纳米Si_2N_2O-Sialon陶瓷超塑性挤压试验与模拟研究

文章以Y2O3和Al2O3纳米粉体作为烧结助剂,真空热压烧结非晶纳米Si3N4粉体和纳米AlN混合粉体,制备具有超塑性的平均晶粒直径小于100nm的Si2N2O-Sialon复相陶瓷,研究纳米复相陶瓷的超塑性挤压性能。在1550℃的低温下,纳米Si2N2O-Sialon复相陶瓷实现了以1mm/s的高速率、3.57大挤压比的挤压变形,成形出良好的制件。采用有限元技术模拟Si2N2O-Sialon陶瓷的超塑性挤压过程,得出了不同温度挤压变形的力和行程曲线,以及挤压成形过程中应力和应变的分布情况,与实验结果进行比较,分析了纳米陶瓷超塑性变形的基本规律。研究表明,纳米Si2N2O-Sialon陶瓷具有较好的超塑性,可实现大挤压比挤压变形,可以进行工程陶瓷零件的超塑性成形。     

纯钼高压扭转过程中微纳尺度的力学性能演化

对工业烧结纯钼在室温下进行了压力为6 GPa,扭转圈数为1、2和5圈的高压扭转实验,借助纳米压痕测试技术对变形前后试样进行了力学性能表征,通过有限元模拟获得了不同变形程度试样的应力-应变曲线。结果表明：高压扭转对纯钼力学性能具有显著的强化作用,变形前后试样的纳米硬度和屈服强度分别从3.02 GPa和970 MPa升高至7.80 GPa和3370 MPa,分析认为细晶强化和位错强化是强度提升的主要因素。然而,高压扭转变形导致的位错增殖和残余应力升高使材料的弹性模量随应变量的增大而逐步降低。此外,基于有限元模拟所得的应力-应变曲线,建立了高压扭转过程中应力和等效应变之间的关系,讨论了大塑性变形过程中的硬化行为。     

基于准连续介质法预测薄膜材料纳米硬度和弹性模量

采用准连续介质法模拟了单晶Al和单晶Cu纳米压痕实验中的初始塑性变形过程,获得了压头在不同压深下的加载和卸载曲线.在计算得到的载荷-压深曲线基础上,根据Oliver-Pharr法计算了薄膜材料的接触刚度、纳米硬度和弹性模量,并与相关文献的实验结果进行了比较.研究表明,接触刚度-位移曲线呈线性关系;纳米硬度测量中存在尺寸效应,而在弹性模量测量中却不存在尺寸效应.单晶Al和单晶Cu纳米硬度和弹性模量计算值分别为(0.584±0.013)和(84.088±0.332)GPa,(0.755±0.027)和(131.833±4.449)GPa.预测值与实验结果吻合,表明使用该方法预测薄膜材料的纳米硬度和弹性模量是可行的.     

单晶SnO2纳米带裂纹形核的临界应力和断裂韧性

使用纳米压痕法测量了单晶SnO2纳米带的硬度、断裂韧性以及裂纹形核的临界应力。结果表明，当载荷大于临界值后微裂纹就从压痕顶端形核、扩展；与此相应，在载荷一位移曲线上出现位移突变平台，根据平台载荷计算出压痕裂纹形核的临界应力σc=3．4GPa；利用裂纹的长度计算出SnO2纳米带的断裂韧性为0．028—0．066MPa-m^1／2，其平均值为KIc=0．044MPa-rn^1／2，它比其它块体脆性材料的断裂韧性小一个数量级,实验测出SnO2纳米带的硬度H=6．25GPa和弹性模量E=86．7GPa。     

3J21合金简化本构关系的建立及其纳米压痕试验

为进一步研究3J21合金在塑性成形过程中的微观组织演变规律和强化机理,结合3J21合金在电子万能材料拉伸试验机上进行单轴拉伸试验所得的数据,建立了以应变ε和应变硬化指数n为基本参数的3J21简化Johnson-Cook本构关系方程。借助3J21合金的纳米压痕试验,测定该合金的弹性模量,并利用所建的本构关系方程对纳米压痕试验进行有限元模拟,模拟结果和压痕试验所得的载荷-压深曲线有较好的吻合。建立的简化本构关系可较好地描述3J21合金在常温准静态应变率试验条件下的应力应变特征。     

TA15钛合金中纳米压痕附近残余应力-应变场及几何必须位错密度的分布

结合纳米压痕及高分辨电子背散射衍射技术(EBSD)测定了TA15钛合金中α及β相的弹性模量和纳米硬度,揭示了纳米压痕附近应力-应变场及几何必须位错(GND)密度的非均匀分布情况.利用高分辨EBSD测试过程中同步保存的背散射电子衍射花样,并基于cross-correlation的处理方法,计算得出了纳米压痕附近区域的残余弹性应力-应变场分布.结合应变梯度场理论,计算分析了纳米压痕附近区域的几何必须位错密度分布,进而对合金的微观塑性变形机制进行了讨论与分析.结果表明,α相的弹性模量及纳米硬度分别为129.05 GPa和6.44GPa,而β相的相应值为109.80 GPa和4.29 GPa.纳米压痕附近区域的残余Mises应力呈现明显的非均匀分布并受到相邻较软β相的显著影响.压痕附近的低残余应力区域伴随有显著较高的<α>形和柱面型几何必须位错密度分布.     

高强高导Cu-Nb微观复合材料的尺寸效应

高强度高电导Cu-Nb微观复合材料具有纳米结构的Nb芯丝和纯Cu层,材料的尺寸效应促使力学性能呈规律变化。通过不同线材尺寸的应力应变曲线测试研究了材料强度随内部Nb芯丝尺寸的变化规律,通过纳米压痕手段分析了材料弹性模量和纳米压痕值随随材料尺寸的变化特征。结果表明,材料的强度实测值远大于混合定律计算的理论值,且随Nb芯丝尺寸的减小强度呈指数增加,Nb芯丝纳米硬度值也随尺寸的减小显著增加。与电子自由程相关的界面电子散射作用是影响材料电导的主要因素。     

纳米压入结合有限元模拟确定金属材料的塑性性能

材料具有相同的弹性模量 E以及代表性应力与代表性应变(σr,εr)时,可以获得相同的纳米压痕加载曲线,而与材料的应变强化指数 n无关。基于此,利用纳米压入结合有限元数值模拟建立一种确定金属材料塑性性能参数的改进方法。首先,不考虑金属材料的加工硬化,通过不断调整代表性应力的假设值,当模拟与实验载荷?位移曲线的加载阶段相吻合时,确定其代表性应力。其次,对金属材料假设不同的应变强化指数,采用相同的方法确定其代表性应变。最后,通过调整应变强化指数的假设值,使模拟曲线与实验曲线的卸载阶段相吻合来确定金属材料的真实应变强化指数,继而利用幂强化本构方程确定金属材料的初始屈服极限。将该方法应用于AISI 304不锈钢、铁及铝合金三种金属,其有效性得到验证。     

基于纳米压痕和有限元模拟的激光熔覆316L不锈钢弹塑性能研究

分别对激光熔覆316L不锈钢涂层、热轧316L不锈钢进行纳米压痕试验得到载荷-位移曲线和弹性模量,并对热轧316L不锈钢进行单轴拉伸试验,以此应力应变曲线作为材料属性,通过有限元模拟纳米压痕,得出载荷-位移曲线,与试验进行比较,验证有限元模型的可靠性。对未知属性的316L熔覆层,选取不同的屈服强度(250~375 MPa)和应变硬化指数(0.25~0.375),正交组合分别模拟,通过与试验结果的对比,得出316L熔覆层屈服强度为325 MPa,应变硬化指数为0.3,并分析了载荷-位移曲线参量随材料属性的变化规律。     

纳米压痕法确定TSV-Cu的应力-应变关系

为得到硅通孔电镀填充铜(TSV-Cu)的力学性能,对TSV-Cu进行了Berkovich纳米压痕实验.基于Oliver-Pharr算法和连续刚度法确定TSV-Cu的弹性模量和硬度分别为155.47 GPa和2.47 GPa;采用有限元数值模拟对纳米压痕加载过程进行反演分析,通过对比最大模拟载荷与最大实验载荷,确定TSV-Cu的特征应力和特征应变;由量纲函数确定的应变强化指数为0.4892;将上述实验结果代入幂强化模型中,确定TSV-Cu的屈服强度为47.91 MPa.最终确定了TSV-Cu的幂函数型弹塑性应力-应变关系.     

氮气催化燃烧合成纳米碳化硅粉体

以硅粉和炭黑为原料,在N2气氛中通过燃烧合成制备出纳米SiC粉体。利用XRD、SEM等手段研究了N2压力、球料比、研磨时间等因素对燃烧合成反应的影响。结果表明,球料比和研磨时间对物料的反应程度影响显著。在球料比≥12.5∶1、球磨时间≥4 h的条件下,原料粉体可实现完全燃烧,生成产物主要为β-SiC,平均颗粒尺寸小于100 nm。在实验基础上,结合热力学分析,研究指出SiC是在N2催化作用下通过Si-C燃烧合成得到的,反应历程为:Si粉首先与N2反应生成Si3N4,同时放出大量的热,随着反应温度的升高,先生成的Si3N4发生分解,释放出的游离Si与C反应生成SiC。     

氮化硅──氧化镁──二氧化铈的无压烧结

对氧化硅－氧化镁－二氧化铈无压烧结的研究表明：MgO－CeO_2是一种非常有效的氮化硅助烧剂，MgO－CeO_2的含量及烧结工艺对氮化硅的致密化及机械性能有强烈的影响，本文讨论了这些影响规律，当氧化镁与氧化铈共存时，二氧化铈更容易与氮化硅颗粒表面的二氧化硅反应形成难熔的窗铈的玻璃相，无压烧结的氮化硅－氧化镁－二氧化铈陶瓷，其相对密度可超过98％，强度超过920MPa，这在目前的各种无压烧结的氮化硅材料中，是非常高的，Si－Mg－Ce－O－N系统在理论研究和实用上都有极大的价值。     

Green,cheap and rechargeable Al-N_2 battery with efficient N_2 fixation

正Battery technologies have obtained great attention due to their wide-ranging applications in present and emerging fields [1,2],and great progress in exploring novel battery technologies has been achieved [3,4].However,there is still huge room to develop new kinds of battery technologies with the appearance of new materials,technologies and ideas [5].Compared with some metal (e.g.,Li,Na,K,Mg,Zn)-based batteries,     

FRACTURE BEHAVIOUR OF Si_3N_4-ZrO_2CERAMIC COMPOSITE

<正> ZrO_2增韧的复合陶瓷,由于强度和韧性均得到改善,近年来引起科学和技术界的广泛重视,但其增韧机理还有待进一步研究,当ZrO_2以单斜相弥散于基体中时,其主要增韧机理是微裂纹增韧;然而,当ZrO_2以四方相弥散     

SiO_2-BN-Si_3N_4系复相陶瓷制备及性能

以Y_2O_3和Al_2O_3陶瓷粉体作为烧结助剂,对不同含量BN原料配比无压烧结制备SiO_2-BN-Si_3N_4系复相陶瓷,生坯采用注凝成型制备,然后在1780 ℃保温2 h烧结,烧结体主要由板条状的Si_2N_2O及长柱状的β-Si_3N_4晶粒构成,BN晶粒弥散在各晶粒之间.Si_2N_2O相通过反应SiO_2+Si_3N_4=2Si_2N_2O原位生成.Si_2N_2O具有优异的抗氧化性,Si_3N_4具有高的强度,而BN的加入大大提高了材料的可加工性能,材料结合了各相的优异性能.实验结果表明:材料热冲击性能优异,热冲击温差在800 ℃时,材料的弯曲强度还略有提高,1200 ℃时,材料的残余弯曲强度保持不变.     

C_2H_2/N_2流量对反应等离子喷涂TiCN涂层影响的研究

以不同流量的C2H2与N2作为反应气体,通过反应等离子喷涂的方法制备TiCN涂层。并对涂层中物相、组织形貌和显微硬度进行比较与分析。实验结果表明,以C2H2气体流量为0.25m3/h喷涂时,所得涂层的组织致密,硬度较高;以C_2H_2:N_2流量比为1:1进行喷涂时,涂层中的氧化物含量较少,但组织致密性较差,硬度降低。     

Joining of Si_3N_4-Si_3N_4 using CuNiTi alloy brazing filler

01lltrodnotionOwingtoitssuperiormechanicalproperties,thesiliconnitrideceramicisbecomingoneofthemostpotentialstructurematerialsinengineeringapplications.Insomecases,theSt3N4ceramicusuallyneedstobejoinedwithitselformetals.Recently,theAgCuTibrazingfillerInetalshavebeentvidelyusedl'-,I,buttheycontainratherhighquantityofAgupto57%Whichisanexpensivekindofmetal.Therefore.itisnecessarytodevelopanewkindofbracingfillerInetalsx\'ithsimil:ll'propertiestothatofAgCuTibrazingalloysbutwithoutsilver.Thewe…     

Joining of Si_3N_4-Si_3N_4 using CuNiTi alloy brazing filler

ＪｏｉｎｉｎｇｏｆＳｉ_３Ｎ_４－Ｓｉ_３Ｎ_４ｕｓｉｎｇＣｕＮｉＴｉａｌｌｏｙｂｒａｚｉｎｇｆｉｌｌｅｒ￥ＸＩＯＮＧＨｕａｐｉｎｇ；ＷＡＮＣｈｕａｎｇｅｎｇａｎｄＺＨＯＵＺｈｅｎｆｅｎｇ（ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅ...     

N_2-O_2-SO_2气氛中沉积盐引起Fe_3Al和FeAl的热腐蚀

研究表面分別有混合盐Na_2SO_4-NaCl,Na_2SO_4-V_2O_5和纯Na_2SO_4沉积并在模拟燃气气氛中Fe_3Al和FeAl于600℃的热腐蚀,在所有试验条件下两种合金均发生热腐蚀。随试验时间的延长、纯Na_2SO_4和Na_2SO_4-NaCI引起的腐蚀明显减缓,而Na_2SO_4-V_2O_5的腐蚀则加剧并长时持续。FeAl一般较之Fe_3AI耐蚀,只有在Na_2SO_4-NaCl情况下两者腐蚀性能相近。所有合金的腐蚀产物层总是由一高铁的外层和含铝与铁和少量硫的内层组成,后者的成分随     

二氧化硅碳还原法制取Si3N4粉的研究

报导了用二氧化硅碳还原氮化法制取高性能Ｓｉ３Ｎ４粉的研究结果。研究了氮化温度、氮化时间、氮气流量等工艺因素对氮化产物的颜色、颗粒形状、粒度和粒度分布以及相结构的影响；分析了非晶态、ＳｉＯ２、ＳｉＣ产物的形成条件。结果表明：氮化工艺因素对氨化产物的性能有明显的影响，采用１４５０℃氮化温度，氮化时间２ｈ，Ｎ２流量２．５Ｌ／ｍｉｎ的工艺条件，能制得高α相比例，颗粒微细和粒度分布均匀的优质Ｓｉ３Ｎ４粉。