氮化硅—铁系复合材料的制造方法

本文介绍耐磨性、耐热性均优的氮化硅—铁系复合材料的制造方法。 目前已付诸实用的陶瓷金属系复合材料有两类:一类是陶瓷分散型合金如Al_2O_3—Al系、ThO_2—Ni合金系等;另一类是金属陶瓷如WC—Co系、WC—TiC—Co系、TiC—Ni系、Cr_3C_2—Ni系、Al_2O_3—Cr系等。Si_3N_4—Fe系复合材料,因其主要原料氮化硅和铁在烧结中反应彻底,氮化硅陶瓷相和铁系金属相不能稳定存在,如按常规烧结冶炼,先要将Si_3N_4和Fe粉末混合、成形后,再置真空、惰性气体、H_2等氛围(为防止烧结过程中氧化和氮化)中以1150～1250℃高温烧结,按     

一种新型晶粒长大抑制剂对YG10硬质合金烧结行为的影响

研究了一种新型晶粒长大抑制剂对机械合金化制备的纳米晶WC-10Co复合粉末真空烧结行为的影响,探讨了其影响机理.研究结果表明:新型晶粒长大抑制剂有利于烧结致密化;在传统的过渡族元素碳化物基础上添加新型晶粒长大抑制剂,能明显提高复合抑制剂抑制晶粒长大效果,使WC晶粒在烧结过程中明显发生定向生长,抑制盘状WC晶粒的形成;含0.1%新型晶粒长大抑制剂的WC-10Co-0.8VC/Cr3C2纳米晶复合粉末压坯在1375℃烧结30 min后密度为14.48 g/cm3,WC晶粒尺寸为160 nm,显微硬度为2.150 GPa.     

激光选区烧结多孔堇青石陶瓷微观结构及性能

针对传统加工方式复杂结构多孔堇青石陶瓷零件难成形问题,提出采用激光选区烧结(SLS)成形复杂宏观多孔堇青石(2MgO·2Al_2O_3·5SiO_2)陶瓷,利用高温烧结对有机粘结剂的烧损作用成形微观多孔,以获得宏、微观孔并存结构.通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征SLS成形陶瓷的微观形貌及相特征,并研究SLS工艺及高温烧结温度对陶瓷强度及孔隙率的影响规律.SEM结果显示:SLS成形的多孔陶瓷初坯存在大量不规则孔隙,经过高温烧结后孔隙因为有机粘结剂的分解而增多,然后随高温烧结温度的升高孔隙逐渐减少.XRD分析结果表明:堇青石经SLS和高温烧结温度1 400℃以下时其相组成无明显改变,高于1 450℃时,出现部分分解,得到MgO相.SLS初坯抗压强度达1.54MPa,经1 400℃高温烧结4h其强度达到13.77 MPa.最后,应用优化工艺成形出传统工艺难以制造的复杂多孔堇青石陶瓷.     

真空碳热还原直接制备铁/碳化钛复合粉体和陶瓷

传统生产碳化钛系钢结硬质合金的方法是将金属钢粉和TiC粉机械混合后压块烧结成型。该方法原料成本高,且TiC粉表面极易氧化,使得后续的粉末冶金过程中TiC表面与Fe的接触变差,不能紧密黏结在一起,严重影响最终产物的材料性能和纯度。实验采用TiO2粉、石墨粉和还原铁粉作为原料,通过真空碳热还原直接制备出Fe-TiC复合粉体,作为生产TiC系钢结硬质合金的原料。该方法成功避免了TiC粉表面氧化的问题,且原料成本低,产品纯度高,制得的陶瓷性能优良。研究发现,随着原料中碳配比的增加,最终得到的陶瓷产物硬度逐渐降低,而其弯曲强度先升高后降低。同时发现使用Ti粉作为烧结添加剂有助于增强产品的硬度及弯曲强度。最终产品的硬度为1 191.7 HV(11.7GPa),弯曲强度为1 776 MPa;其制备工艺为:原料配比TiO2∶C∶Fe=20∶8.6∶15,温度1 400℃,烧结时长6h,并加入质量分数为1%的Ti粉作为添加剂。     

烧结方式对WCoB-TiC复相金属陶瓷微观组织及力学性能的影响

以WC、TiB2、Co、VC和Cr3C2粉末为原料,采用热压原位反应液相烧结和真空原位反应液相烧结技术,在1400℃烧结炉中制备WCoB-TiC复相金属陶瓷,利用SEM、XRD对两种烧结方式下制备的WCoB-TiC复相金属陶瓷进行表征,并分析其耐磨性和抗弯强度等性能。结果表明,与真空原位反应液相烧结方式相比,热压原位反应液相烧结方式能更好地促进WCoB-TiC复相金属陶瓷晶粒分布均匀且细化晶粒、降低材料的孔隙率,有效提高材料的耐磨性和抗弯强度,增强其力学性能。     

高岭土原位碳热还原制备Al2O3/SiC复相陶瓷材料的研究

详细介绍了利用高岭土通过原位反应及热压烧结制备Al2O3/SiC复相陶瓷材料.探索了以天然矿物高岭土,碳作为原材料,低成本合成制备高性能Al2O3/SiC复相陶瓷的新方法.首先,在原位碳热还原反应中,高岭土和碳在流动氩气氛中合成制备Al2O3/SiC复相陶瓷粉,对合成反应的热力学过程进行理论分析和实验研究,对合成的Al2O3/SiC复相陶瓷粉进行了DTA和XRD分析,分析表明陶瓷粉的合成过程分两步,第一步是高岭土自身的脱水,第二步是SiO2被还原的过程及制备出Al2O3/SiC复相陶瓷粉.研究表明,最佳的粉末合成温度为1550℃;其次,Al2O3/SiC复相陶瓷粉通过热压烧结合成制备Al2O3/SiC复相陶瓷,烧结助剂的添加有助于降低烧结温度.复相陶瓷抗弯强度达到420 MPa,相对密度达到98%,硬度HRA89.     

烧结温度对SiC多孔陶瓷中过渡层的影响

为研究过渡层对多孔陶瓷材料的影响,在不同烧结温度下制备具有过渡层的SiC多孔陶瓷.陶瓷纤维过渡层中各成分(莫来石纤维:硅酸铝纤维:羧甲基纤维素钠(CMC):去离子水)的质量比为1:1:1.5:70.采用甩膜法将过渡层浆料均匀涂覆在支撑体上,样品烧结温度分别为1 225、1 250、1 275、1 300和1 325℃.利用扫描电子显微镜(SEM)、过滤压降测试系统和阿基米德排水法分别对烧结后样品的表面形貌、过滤压降和气孔率等性能进行分析.实验结果显示:烧结温度从1 225℃升高后,样品气孔孔径逐渐增大,气孔的连通度越来越好,气孔率越来越大,并在烧结温度为1 300℃时达到最佳值.当温度高于1 300℃时,部分气孔堵塞,样品出现陶瓷化现象随着温度升高,过渡层和支撑体整体的过滤压降先减小后增大,在1300℃时过滤压降最小.     

前驱体碳化复合等离子熔覆涂层

以钛铁粉、铬粉、铁粉和碳的前驱体（蔗糖）等为原料,通过前驱体碳化复合技术制备了碳化复合粉,并利用等离子熔覆技术在Q235钢表面制备了Fe-Cr-C和Fe-Cr-C-Ti涂层.采用X射线衍射和扫描电镜对涂层的相组成和显微组织结构进行了分析.结果表明:Fe-Cr-C涂层由（Cr,Fe）₇C₃初生碳化物和菊花瓣状分布共晶碳化物（Cr,Fe）₇C₃与奥氏体组织组成;Fe-Cr-C-Ti涂层由原位合成的TiC相和（Cr,Fe）₇C₃共晶相与奥氏体相构成.这两种涂层与基体之间都是冶金结合.涂层中碳化物TiC的体积分数呈现梯度分布,并且涂层的熔合区和中部区域TiC颗粒形状多为等轴状颗粒,涂层的表层区域部分TiC颗粒多为树枝晶颗粒.与Fe-Cr-C涂层相比较,Fe-Cr-C-Ti涂层的抗开裂性更好.Fe-Cr-C和Fe-Cr-C-Ti两涂层的平均显微硬度约是750HV_0.2,是基体金属的3.2倍,从涂层表面到熔合区相差不大.     

国内期刊亮点

正预烧结影响低压烧结WC-Co硬质合金组织和性能WC-Co硬质合金具有良好力学性能,其中WC的晶粒尺寸决定了其本征性能的发挥。北京工业大学材料科学与工程学院新型功能材料教育部重点实验室宋晓艳等采用原位还原碳化反应制备超细WC-10%Co,对WC-10%Co复合粉末在低于共晶点的温度下进行预烧结处理,采用XRD、SEM和力学性能测试手段考察预烧结对随后的低压二次烧结合金组织和性能的影响。     

杂化非本征铁电体Ca_3Ti_2O_7陶瓷的溶胶-凝胶法制备

采用溶胶-凝胶反应法合成Ca_3Ti_2O_7陶瓷,并系统地研究了制备过程中烧结温度、烧结时间和干凝胶预处理温度等工艺参数对陶瓷物相的影响。X射线衍射测试结果显示,Ca_3Ti_2O_7陶瓷的干凝胶转变温度不会明显影响合成陶瓷的物相纯度;烧结温度和烧结时间是合成陶瓷物相的决定性因素,当烧结温度范围介于1 420～1 440℃之间,烧结时长为30～40 h时,能得到纯度最佳的Ca_3Ti_2O_7陶瓷。     

微波烧结制备纳米稀土改性WC-Co硬质合金

以WC粉为基体,Co粉为粘结相,添加纳米Y2O3,通过球磨、压制成型和微波烧结制备WC-Co硬质合金。结果表明:制备的试样相结构为WC和η相(Co3W3C相),随烧结温度提高,试样的相对密度明显增大,在1 300℃时达到最高值,继续升高到1 320℃时出现局部熔融现象,随保温时间延长,试样的相对密度明显增大,但保温20 min后趋于稳定。加入纳米Y2O3可以明显细化晶粒,且其硬度和抗弯强度有一定程度提高。     

放电等离子烧结制备碳化钛块材研究

利用放电等离子烧结(SPS)对碳化钛(TiC)/氢化钛(TiH2)混合粉末进行烧结以制备块材。利用X射线衍射(XRD)并结合Rietveld精修法对块材进行定性与结构分析;借助扫描电子显微镜(SEM)对块材断面微观形貌进行观察;测试了块材硬度并探讨SPS技术制备TiC块材的致密化过程与反应机理。结果表明:混合粉末经SPS烧结,获得了高度致密的TiC块材;与传统烧结方法比较,SPS技术更具低温快速性。     

原位反应TiCP/3 Crl 3复合材料的抗氧化性能研究

研究了原位反应法制备的TiCp/3Crl3钢基复合材料在850℃和950℃的抗 氧化性能．结果表明：与基体合金相比,在850℃条件下,由于TiC颗粒的引入,复合 材料在氧化初期具有短路扩散效应,稳定阶段它的氧化动力学曲线符合对数增长规 律,氧化膜由棱角多面体状的Cr2O3组成,复合材料具有理想的氧化膜结构和优良的 抗氧化性能;在950℃条件下,氧化膜由粗大的FeO·Cr2O3组成,氧化膜致密度下降, 复合材料的抗氧化性能提高不多．,The oxidation resistance of TiC paniculate reinforced 3Cr13 matrix composites prepared by in-situ process at a temperature of 850 ℃ and 950 ℃ has been investigated, the results showed that, com pared to 3Cr13 matrix, the short path diffussional effect is caused by TiC phase at initial oxiding stage, the cruves for oxiding kinetics of comoposite agrees with the law of logarithmic growth. The oxide film consists of polyhedron-like Cr2O3, the composite has an ideal structure of oxide film and excellent oxida tion resistance at 850 ℃. The oxidation resistance of composite increases a little at 950 ℃ due to the de crease in compactivity of oxide film and the increase in size of (FeO· Cr2O3) oxide.     

B_4C陶瓷材料的无压烧结与性能

以碳化硼微粉作为原料,选用SiC和C为烧结助剂,研究了SiC和C对无压烧结B4C材料的体积密度、硬度、抗折强度和断裂韧性等性能的影响.结果表明,最佳烧结温度为1975℃,保温时间是30min.SiC和C的质量分数对材料密度、硬度和抗折强度的影响都是先增大后减小.烧结助剂SiC和C的最佳添加量分别为6%和5%(质量分数)时,得到相应的无压烧结B4C陶瓷材料的最佳力学性能:体积密度为2.45g/cm3,维氏硬度为35GPa,抗折强度为240MPa,断裂韧性为3.0MPa.m1/2     

熔模铸造高铬铸铁抛丸器叶片耐磨性

以正交试验法研究高铬铸铁抛丸器叶片最佳热处理工艺参数,通过添加微量钒元素及纳米WC/TiC颗粒,改善高铬铸铁件的耐磨性并提高使用寿命,取得了初步的成效。试验结果发现：当淬火保温时间3 h、回火温度450 ℃、回火时间2 h、叶片硬度60 HRC时,耐磨性最好;微量钒元素和纳米WC/TiC颗粒的加入,可细化叶片微观组织,改变碳化物形貌,使叶片耐磨性提高30%。研究结果表明,优化热处理工艺和添加特殊成分可提高高铬叶片的耐磨性,提高综合效益。     

反应热压法制备B4C基复合材料的烧结致密化研究

通过在B4C中添加Si3N4以及少量的SiC和TiC,在1 820~1 900℃,30 MPa的热压条件下反应生成了B4C基轻质复合材料,烧结助剂为(Al2O3+Y2O3)。结合材料的断口SEM形貌,分析讨论了烧结致密化过程,结果表明:在相同烧结温度下,随基体相B4C含量的增多,复合材料变得更难烧结;对同成分组成的复合材料来说,随着烧结温度的升高,最终得到的材料致密度有所提高。两步烧结过程中的降温保温阶段,有利于放热反应的彻底进行,使最终复相陶瓷组织中含有少量细小的TiB2和BN相,同时,放热反应可以维持致密化进程的继续进行,这对于提高复合材料的强度和韧性有利。     

反应烧结锆英石质多孔陶瓷烧结机理初探

研究了以工业氧化锆、天然石英为原料,加入少量氧化物为助剂制备锆英石质多孔陶瓷的烧结过程和烧结机理。试验结果表明,在研究所涉及 的温度范围内,该体系为气相传质,烧结过程为有气相参与的反应烧结过程,锆英石的合成反应与烧结过程交替进行。     

烧结工艺对透明氧化铝陶瓷性能的影响

以Isobam600AF为分散剂,Isobam104为胶黏剂,采用注凝成型工艺和真空无压烧结技术,通过改进两步烧结法制备了透明氧化铝陶瓷,探究了不同烧结温度和保温时间对氧化铝陶瓷晶粒尺寸、致密度、光学性能和力学性能的影响.结果表明:该烧结工艺可有效控制晶粒尺寸长大和提高相对密度,进而提高其光学性能和力学性能.在烧结过程中,当温度升高到一定范围时,致密化过程开始,且致密化速率随着温度的升高和保温时间的延长先增加后降低,在两步烧结1 400 ℃保温3 h时致密化速率达到最快.因此,坯体的致密化过程是非线性的,且具有一个最高致密化速率温度和保温时间点.     

准同型相界内KNN-LS-BF无铅压电陶瓷的烧结与压电性能

采用传统的陶瓷工艺制备成分处于准同型相界(MPB)内的无铅压电陶瓷0.956K0.5Na0.5NbO3-0.004BiFeO3-0.04LiSbO3(0.956KNN-0.004BF-0.04LS),研究烧结温度对陶瓷的结构与压电、介电性能和相变温度的影响.研究结果表明:所有样品均为单一的钙钛矿结构;在1100℃以下烧结的样品的相结构均呈现明显的正交相与四方相共存的特征,同时略偏向四方相区;适当的烧结温度的提高,能促进陶瓷的致密化;随着烧结温度的升高,陶瓷的压电性能先显著提高后降低,陶瓷的介电损耗先降低后提高,但对正交相与四方相转变温度(θ0-1)和居里温度(θc)的影响比较小;当烧结温度为1100℃时,陶瓷具有最好的压电与介电性能,其压电常数(d33)高达297 pC/N,机电耦合系数(kp)高达54％,居里温度为355℃,tanδ为2.6％,这表明0.956KNN-0.004BF-0.04LS无铅压电陶瓷具有广阔的应用前景.     

二次烧成对CaO-B2O3-SiO2系微晶玻璃结构和性能的影响

研究一次和二次烧成对CaO-B2O3-SiO2(CBS)微晶玻璃的烧结性能与介电性能的影响。用X线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等分析探讨二次烧成对CBS微晶玻璃的微观结构与介电性能的关系。结果表明:与一次烧成相比,二次烧成能够促进玻璃体中的小晶粒生长,试样的收缩率和体积密度有所增加,有利于介电常数提高和介质损耗的降低,且体系中没有出现新的晶相;875℃烧结的试样,X/Y轴收缩率均为14.33%,体积密度达到2.46 g/cm3,10MHz介电常数和损耗相应为6.21和3.5×10-3,热膨胀系数为11.86×10-6/℃,抗折强度为157.36MPa。