高熵过渡金属碳化物陶瓷的研究进展

高熵陶瓷作为新型材料,较大的构型熵赋予其独特的性能,其中高熵过渡金属碳化物有望成为高超声速飞行器热防护系统的备选材料.相比于单组元碳化物陶瓷,高熵化的单相陶瓷在综合性能上有较大地提高.目前,高熵过渡金属碳化物陶瓷的研究还处于初始阶段,关于高熵过渡金属碳化物的成分设计和理论分析还缺少足够的研究支撑.另外,如何制备高纯度高...     

过渡金属非氧化物高熵陶瓷的研究进展

高熵陶瓷是一种新兴的近等摩尔多组元单相固溶体陶瓷材料, 特别是过渡金属碳化物、过渡金属硼化物等过渡金属非氧化物高熵陶瓷体系, 其具有超高硬度、低热导和抗腐蚀等优异的理化性能, 在航空航天、核能和高速切削加工等极端环境有着广阔的应用前景。目前, 高熵陶瓷材料研究尚处于起步阶段, 主要集中在成分设计、制备方法、单相形成能力和力学性能评价等方面, 设计依据和理论方面的研究还相对较少。本文从高熵效应和高熵合金出发, 综述了过渡金属非氧化物高熵陶瓷的制备、表征和理论研究进展, 同时介绍了部分相关的高熵陶瓷涂层研究现状, 总结并展望了非氧化物高熵陶瓷的未来前景和发展方向。     

真空烧结制备(La0.2Nd0.2Sm0.2Gd0.2Er0.2)2Zr2O7高熵透明陶瓷

高熵陶瓷是近年来陶瓷材料研究的热点,制备性能优异的高熵陶瓷是陶瓷材料的发展趋势.本研究采用燃烧法结合真空烧结制备出高熵透明陶瓷.测试结果显示燃烧法制备高熵(La0.2Nd0.2Sm0.2Gd0.2Er0.2)2Zr2O7粉体的平均晶粒尺寸为8 nm,高熵粉体为无序的缺陷萤石结构.在真空炉中不同温度烧结的高熵陶瓷具有有序...     

磁性钴纳米粒子的制备和应用

介绍了制备磁性钴纳米粒子的方法 ,尤其是介绍了近年发展起来的高温液相法 ,即高温液相还原法 ,金属盐醇解法和金属有机化合物热分解法 ;同时就制备颗粒尺寸小、粒度分布均匀的钴纳米粒子所采用的两种表面活性剂从理论上给予了说明。最后简单介绍了磁性金属钴纳米粒子的主要应用。     

钙钛矿型(La0.2Li0.2Ba0.2Sr0.2Ca0.2)TiO3高熵氧化物陶瓷的制备及性能研究

高熵陶瓷是近年来在高熵合金基础上逐渐发展起来的一种新的陶瓷材料体系,它的出现为开发具有优异性能的非金属材料提供了新的理念和路线.本研究采用固相烧结法制备A位等摩尔比的钙钛矿型高熵氧化物陶瓷(La0.2Li0.2Ba0.2Sr0.2Ca0.2)TiO3,并探索了烧结温度对高熵陶瓷的物相结构及电学性能的影响.结果表明,陶瓷...     

高熵合金摩擦磨损性能的研究进展EI北大核心CSCD

近年来,高熵合金成为金属材料领域的研究热点。高熵合金处于相图中心区域,具有广阔的合金成分空间和组织结构形成可能;成分和制备工艺的协同调控,能够获得更丰富的组织结构;非常规的化学结构有望突破传统抗磨、润滑合金的性能极限。本文讨论了耐磨高熵合金的分类,分析了化学活泼金属、软金属、难熔金属的添加对高熵合金抗磨、润滑性能的影响规律;总结了非金属元素和陶瓷相的添加对高熵合金基复合材料摩擦磨损性能的影响;综述了热处理和表面工程技术对高熵合金表面组织结构和摩擦磨损行为的作用;讨论了苛刻工况下抗磨润滑高熵合金的设计方法。对未来高熵合金在摩擦磨损领域的研究和应用进行了展望,高熵合金在解决传统合金的瓶颈问题上具有巨大潜力,如在极端工况下实现稳定润滑抗磨、保证特定功能作用下实现抗磨。     

陶瓷颗粒增强Cr0.5MoNbWTi难熔高熵合金复合材料的制备及其力学性能

难熔高熵合金因其优异的力学性能、高温稳定性和抗氧化性能等,作为高温结构材料具有广阔的应用前景.为了进一步提升材料的力学性能,本研究利用原位反应烧结制备了陶瓷颗粒增强难熔高熵合金复合材料,并探讨了陶瓷增强相的生成机理及其对复合材料力学性能的影响.通过机械合金化制备了含有碳氮氧非金属元素的Cr0.5MoNbWTi过饱和体心...     

熔融盐相变储热材料的研究现状及发展趋势

熔融盐相变储热材料具有潜热大、储能密度高、过冷度小、热稳定性好、成本低等优点,广泛应用于太阳能热利用的储热介质.在对熔融盐相变储热材料进行分类的基础上,综述了国内外对碳酸盐、氯化盐和硝酸盐等储热材料在热物性和腐蚀性方面的研究现状.针对熔融盐储热材料导热率低的问题,详述了以膨胀石墨、金属、陶瓷、陶土等为基体材料、熔融盐为附体材料的高导热率复合材料制备方面的研究进展.最后展望了熔融盐相变储热材料的研究趋势.     

(Sm0.2Gd0.2Dy0.2Y0.2Yb0.2)3TaO7高熵陶瓷的制备及热物理性能

寻求具有良好热物理性能的新型陶瓷材料是热障涂层领域的研究热点之一.本研究采用固相反应法制备了(Sm0.2Gd0.2Dy0.2Y0.2Yb0.2)3TaO7高熵陶瓷材料,对其晶体结构、显微组织、元素分布、结构稳定性和热物理性能进行了研究.结果表明:制备的高熵陶瓷具有单一的缺陷萤石结构,元素分布均匀,晶粒尺寸在0.2～3μ...     

碳化物陶瓷颗粒对双相高熵合金基复合材料微观组织和力学性能的影响

高熵合金拓宽了复合材料中金属基体的选用范围。本文通过外加碳化物陶瓷颗粒,利用电弧熔炼技术制备Fe_49.5Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀X_0.5 (X=B₄C、ZrC和TiC)等3种高熵合金复合材料,系统研究3种碳化物陶瓷颗粒对双相高熵合金基复合材料微观组织和力学性能的影响。研究结果表明：掺杂碳化物陶瓷颗粒均可细化高熵合金基体的晶粒尺寸,稳定fcc相,抑制hcp相形成,其中B₄C陶瓷颗粒细化晶粒和稳定fcc相效果最显著。掺杂ZrC和B₄C陶瓷颗粒样品,力学性能低于高熵合金基体样品,归因于ZrC和B₄C陶瓷颗粒与基体之间的界面结合情况不佳,界面处出现孔洞性缺陷;而掺杂TiC陶瓷颗粒样品,其强韧化效果显著,归因于良好的界面结合、细晶强化、弥散强化及颗粒承载强化等。     

成型温度对多孔SiC陶瓷性能的影响

以包混工艺合成了核-壳结构的先驱体粉体,并引入少量Al<,2>O<,3>,SiO<,2>和Y<,2>O<,3>作为复合添加剂,通过模压成型、炭化和烧结工艺制备了多孔碳化硅陶瓷;研究了成型温度对样品的孔隙率、密度、热膨胀系数、抗弯强度和热震性能的影响.结果表明:成型温度对多孔碳化硅陶瓷的孔隙率、密度、抗弯强度及热震性能均...     

Particle morphology of various SiC-based nanocomposite powders made by the aerosol-assisted synthesis method

Herein, we present a part of a study on the preparation of SiC-based composite nanopowders by the two-stage Aerosol-Assisted Vapor Phase Synthesis (AAVS) method from organosilicon precursors (neat hexamethyldisiloxane, neat tetramethoxysilane, ethanol solutions of polydimethylsiloxane). Upon generation, liquid aerosol droplets were transported in a stream of argon through a ceramic reactor tube maintained at 1200 degrees C. The resulting solid by-products were collected on a nylon filter as bulk powders. Each raw powder was, subsequently, pyrolyzed in a furnace reactor heated to 1650 degrees C under a flow of argon. After the final pyrolysis at 1650 degrees C, mostly nanocrystalline silicon carbide powder with small quantities of free excess carbon was obtained from the neat hexamethyldisiloxane system, composite powder of not fully converted silica and SiC was prepared from the neat tetramethoxysilane system, and C-rich/SiC composite was made from the ethanol/polydimethylsiloxane solution system. The prevailing phase of the SiC component was the regular beta-SiC polytype. Most of the powders were composed of spheroidal particles--morphology imprinted during aerosol generation at 1200 degrees C and not much affected by the second-stage bulk pyrolysis at 1650 degrees C. The specifics of spheroidal morphology were characteristic of the applied precursor system.     

聚硼硅氮烷的合成及其热解产物的组成及结构

以甲基氢二氯硅烷、三氯化硼、六甲基二硅氮烷为起始原料, 采用共缩合原理合成了聚硼硅氮烷(PBSZ)先驱体, 将PBSZ分别在N₂和NH₃/N₂气氛中高温热解得到SiBNC陶瓷. 利用元素分析、XPS、NMR、FT-IR、XRD等分析手段对PBSZ及其陶瓷产物的组成、结构和热稳定性进行了表征. 结果表明, 先驱体的结构骨架为-Si-N-B-, 其中B、N以硼氮六环的形式存在, C以Si-CH₃形式存在. 1000℃时两种气氛中陶瓷产率分别为63wt%和61wt%, 1500～1850℃之间失重分别为3.8wt%和10.0wt%. 所得陶瓷的主要相组成均为Si₃N₄、BN和SiC, 并且均能在1700℃以上保持非晶, 在1850℃时部分结晶. N₂中热解产物比NH₃/N₂中热解产物有更好的稳定性, 更不易结晶.     

Al作为活性填料对前驱体法复相陶瓷性能的影响

采用微米级Al粉作为活性填料, SiC微粉作为惰性填料, 聚碳硅烷作为陶瓷前驱体制备SiC基复相陶瓷. 研究了热解温度和保温时间对陶瓷产率、线收缩率、力学性能以及微观结构的影响. 研究表明, 由于活性Al粉颗粒在热解过程中与含碳的有机小分子以及反应性气氛发生氮化和碳化反应, 产生体积膨胀效应, 热解陶瓷表现为小收缩、高产率, 可以满足近净尺寸成型的要求. 在1000℃热解保温1h, 线收缩率为0.08%, 陶瓷产率为99.68%, 材料的三点弯曲强度达到293MPa.     

液相先驱体制备ZrC粉末研究

采用氯氧化锆、丙醇、丙三醇和乙酰丙酮为基本原料合成了锆的先驱体溶液,通过液相先驱体转化法合成了ZrC粉末.研究了先驱体溶液组成和热处理温度对合成ZrC粉末的成分和显微结构的影响,结果表明,随丙三醇用量的增加,干燥时间延长,提高碳和锆的物质的量比和温度都能够提高ZrC粉末的生成率.在高温热处理后合成了面心立方的ZrC粉末,1500℃处理后,粉末颗粒呈不规则的形状.1800℃热处理后,颗粒为球型,颗粒长大的趋势明显.     

熔盐辅助合成Dy3Si2C2包裹SiC粉体及其陶瓷的烧结行为

碳化硅陶瓷因自身优良的物理化学性能而具有广泛的应用前景.碳化硅的化学键结合特性决定了其难以烧结成型,因此如何制备高质量碳化硅陶瓷是领域内的难点之一.本研究以三元稀土碳化物Dy3Si2C2作为新型SiC陶瓷的烧结助剂,依据Dy-Si-C体系的高温相转变原位促进碳化硅的烧结致密化.采用放电等离子烧结技术,利用金属Dy与Si...     

尿素法制备纳米氮化锆粉体

利用尿素为固体氮源, 通过尿素分子与ZrCl₄、ZrOCl₂·8H₂O无机锆盐发生络合反应得到Z-U和ZO-U两种ZrN陶瓷的前驱体, 两种前驱体在较低温度下热裂解都可以得到ZrN陶瓷粉体。使用FT-IR对前驱体分子进行了结构分析, 采用TG-DTA跟踪了前驱体的热裂解过程, 并通过XRD和SEM对最终热裂解获得的ZrN产物进行了表征, 探讨了不同锆源制备前驱体的热裂解反应历程及其对产物ZrN的影响。结果显示: 结晶水的存在对络合反应有较大影响, 从而造成两种前驱体分子结构上存在较大差异; 尽管热裂解反应历程相似, 由于前驱体分子结构不同, 获得的ZrN粉体在纯度和形貌上存在较大差异; Z-U前驱体更容易得到纯度高的ZrN纳米粉体。     

Different strategies for the synthesis of silicon carbide–silicon nitride composites from preceramic polymers

Three strategies for the synthesis of silicon carbide–silicon nitride composites from organosilicon preceramic polymers were investigated. Firstly, polymeric precursors with reactive groups for silicon carbide and silicon nitride were synthesized, blended and pyrolyzed. Secondly, a polymeric precursor for silicon carbide was mixed with silicon powder which acts as a reactive filler and the resulting mixtures were pyrolyzed. Thirdly, a co-polycyclodisilazane–silane single polymeric precursor was synthesized and pyrolyzed. The precursors and the various stages of processing were studied using gel permeation chromatography, Fourier transform-infrared spectroscopy, thermo-mechanical analysis, thermogravimetry and X-ray diffraction. In each instance silicon carbide–silicon nitride composites were prepared successfully.     

HfC前驱体的合成及其裂解行为研究

以HfCl₄、乙酰丙酮、无水甲醇、对苯二酚为原料, 采用一锅法合成了HfC陶瓷前驱体, 通过前驱体裂解制备得到了HfC陶瓷粉体。采用XRD、FTIR、SEM/EDS、TEM、SAED等分析手段对裂解产物的组成、形貌和微观结构进行了分析和表征, 利用TG-DSC和TG-MS对前驱体的裂解行为进行了研究。结果表明: HfC前驱体在600℃左右开始陶瓷化, 在1300℃左右开始形成HfC陶瓷相, 在1500℃及以上完全转化为HfC陶瓷及自由碳。HfC陶瓷相具有单晶结构, 颗粒粒径在50~100 nm之间。HfC陶瓷相的形成基于前驱体在低温段裂解形成的HfO₂的碳热还原反应, 裂解过程中形成的自由碳抑制了HfC晶体的生长。     

高强度羟基磷灰石纳米陶瓷的构建及其促成骨细胞活性研究

本研究旨在研究羟基磷灰石(HA)前驱粉体与所制备陶瓷之间的关系,制备具有优良力学性能及成骨活性的HA纳米陶瓷.采用三种HA前驱粉体,即40℃合成的HA-40粉体、以PEG为模板40℃合成的HA-40PEG粉体和80℃合成的HA-80粉体,系统研究了前驱粉体对陶瓷性能的影响.结果显示,HA-40、HA-40PEG和HA-...