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基于机械干态颗粒涂层技术制备cBN@TiN粉体

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机械工程材料 2024年第3期48卷 37-42页

作者：罗展鹏刘润平郭伟明谭大旺罗嗣春林华泰内藤牧男广东工业大学机电工程学院广州510006 岭南师范学院机电工程学院湛江524048 萍乡学院机械电子工程学院萍乡337055 大阪大学接合科学研究所大阪565-0871

采用机械干态颗粒涂层技术分别制备了cBN@TiO_(2)(TiO_(2)包覆立方氮化硼)粉体和cBN@(TiO_(2)+C)(TiO_(2)+碳包覆立方氮化硼)粉体,然后在1600℃、N_(2)气氛下进行高温热处理制备cBN@TiN(TiN包覆立方氮化硼)粉体,研究了高温热处理前后粉... 详细信息

采用机械干态颗粒涂层技术分别制备了cBN@TiO_(2)(TiO_(2)包覆立方氮化硼)粉体和cBN@(TiO_(2)+C)(TiO_(2)+碳包覆立方氮化硼)粉体,然后在1600℃、N_(2)气氛下进行高温热处理制备cBN@TiN(TiN包覆立方氮化硼)粉体,研究了高温热处理前后粉体的物相组成与微观形貌以及高温反应机理。结果表明:机械干态颗粒涂层技术可以使纳米TiO_(2)和纳米TiO_(2)+C颗粒均匀包裹在cBN颗粒表面。在高温热处理过程中,TiO_(2)与cBN反应生成液相B_(2)O_(3),促进了cBN相变成六方氮化硼(hBN),cBN的高温稳定性差,以cBN@TiO_(2)为原料制备的cBN@TiN粉体颗粒表面形成由TiN相和hBN相组成的片状结构层;当存在碳时,TiO_(2)会优先与碳发生还原反应生成TiN,抑制B_(2)O_(3)的生成,从而降低cBN相变量,此时cBN的高温稳定性好,以cBN@(TiO_(2)+C)为原料制备的cBN@TiN粉体颗粒表面形成主要为TiN相的颗粒结构层。

关键词： TiN包覆cBN粉体高温热处理机械干态颗粒涂层技术热稳定性

连接温度对铝空气钎焊工艺连接SiC接头结构与性能的影响

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热加工工艺 2024年第13期 46-49页

作者：吴利翔薛佳祥翟剑晗刘洋马海滨任啟森廖业宏郭伟明林华泰中广核研究院有限公司核燃料与材料研究所广东工业大学机电工程学院

采用金属Al箔作为连接材料，探究空气气氛下连接温度对Si C陶瓷连接接头结构和性能的影响。结果表明，1000℃连接时金属Al的过量流失会导致Si C接头连接层孔洞缺陷的产生；保持热处理工艺不变，将连接温度降低至900℃，不仅可避免连接... 详细信息

采用金属Al箔作为连接材料，探究空气气氛下连接温度对Si C陶瓷连接接头结构和性能的影响。结果表明，1000℃连接时金属Al的过量流失会导致Si C接头连接层孔洞缺陷的产生；保持热处理工艺不变，将连接温度降低至900℃，不仅可避免连接层气孔缺陷的产生，而且可有效促进中间层Al单质向Al2O3的完全转化，相比于1000℃连接的Si C接头，其室温剪切强度从（22.0±5.4）MPa提高到（117.0±18.7） MPa。

关键词：碳化硅钎焊连接温度显微结构剪切强度

低温热压制备高硬度、高韧性Si_(3)N_(4)-SiC_(w)-ZrB_(2)陶瓷

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硅酸盐学报 2022年第6期50卷 1527-1532页

作者：陈志伟郭伟明罗嗣春林华泰广东工业大学机电工程学院广州510006

通常低温热压烧结的Si_(3)N_(4)陶瓷具有较高的硬度和较低的断裂韧性;而高温热压烧结的Si_(3)N_(4)陶瓷具有较低的硬度和较高的断裂韧性。为了获得高硬度、高韧性Si_(3)N_(4)陶瓷,添加20%SiC_(w)(SiC晶须,体积分数)和2.5%ZrB_(2),在150... 详细信息

通常低温热压烧结的Si_(3)N_(4)陶瓷具有较高的硬度和较低的断裂韧性;而高温热压烧结的Si_(3)N_(4)陶瓷具有较低的硬度和较高的断裂韧性。为了获得高硬度、高韧性Si_(3)N_(4)陶瓷,添加20%SiC_(w)(SiC晶须,体积分数)和2.5%ZrB_(2),在1500℃低温热压制备了Si_(3)N_(4)基陶瓷,开展其相组成、致密度、显微结构和力学性能研究,并与1800℃高温热压烧结Si_(3)N_(4)进行了对比研究。结果表明:SiC_(w)的引入阻碍了Si_(3)N_(4)低温致密化,致密度从97.9%降低到92.9%,Vickers硬度从20.5 GPa降低到16.4 GPa,断裂韧性从2.9 MPa·m^(1/2)增加到3.4 MPa·m^(1/2)。同步引入SiC_(w)和ZrB_(2),则促进α-Si_(3)N_(4)向β-Si_(3)N_(4)的相变,致密度仍在97.5%,硬度和韧性分别为20.7 GPa和5.1 MPa·m^(1/2)。与低温烧结Si_(3)N_(4)陶瓷相比,Si_(3)N_(4)-SiC_(w)-ZrB_(2)陶瓷的硬度未降低,而韧性大幅提升;与高温烧结Si_(3)N_(4)陶瓷相比,硬度大幅提升。通过结合SiC_(w)、ZrB_(2)以及低温热压,实现了高硬度、高韧性Si_(3)N_(4)基陶瓷的制备,有望进一步推动其在陶瓷结构件领域的应用。

关键词：氮化硅碳化硅晶须硼化锆低温热压烧结显微结构力学性能

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晶粒向心取向织构化SiAlON陶瓷

硅酸盐学报 2023年第12期51卷 3144-3151页

作者：肖水清谭大旺李卫郭伟明林华泰岭南师范学院机电工程学院广东湛江524048 广东工业大学机电工程学院广州510006

采用放电等离子快速加热,通过外径限制环压缩法进行烧结–锻造,获得了晶粒向心取向的织构化SiAlON陶瓷,并对其显微结构、织构化程度和力学性能各向异性特点进行了分析。结果表明,SiAlON陶瓷棒状晶粒c轴(长轴)高度平行于圆柱样品的直径方... 详细信息

采用放电等离子快速加热,通过外径限制环压缩法进行烧结–锻造,获得了晶粒向心取向的织构化SiAlON陶瓷,并对其显微结构、织构化程度和力学性能各向异性特点进行了分析。结果表明,SiAlON陶瓷棒状晶粒c轴(长轴)高度平行于圆柱样品的直径方向,形成辐射状取向。在垂直加压方向和平行径向的截面,SiAlON陶瓷晶粒的c轴与径向夹角的平均值分布为19.2°和9.9°,向心取向织构化程度为0.79。在垂直加压方向截面的硬度比垂直径向截面的硬度高12%左右,达到17.85 GPa;抗弯强度在断裂面垂直径向时比断裂方向平行径向高57%左右,为1 341 MPa;断裂韧性在裂纹扩展垂直径向时比平行径向的高74%左右,为6.27 MPa·m^(1/2)。

关键词： SiAlON 织构化向心取向各向异性

球磨时间对MA-SPS法制备FeCoCrAlNiB高熵合金微观结构、硬度和断裂韧性的影响

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材料科学与工艺 2022年第5期30卷 82-89页

作者：李志聪龙莹车金涛林华泰广东工业大学机电工程学院广州510006

采用机械合金化(MA)和放电等离子烧结(SPS)相结合的方法制备FeCoCrAlNiB高熵合金。研究球磨时间(1、5、10、20、30和40 h)对合金相成分、微观结构、硬度和断裂韧性的影响。结果表明:高能球磨过程中各金属元素的合金化顺序为Al→Co→Ni... 详细信息

采用机械合金化(MA)和放电等离子烧结(SPS)相结合的方法制备FeCoCrAlNiB高熵合金。研究球磨时间(1、5、10、20、30和40 h)对合金相成分、微观结构、硬度和断裂韧性的影响。结果表明:高能球磨过程中各金属元素的合金化顺序为Al→Co→Ni→Fe→Cr;混合粉末球磨20 h后基本形成了单一的BCC固溶体相,其颗粒尺寸约为20μm。对不同球磨时间的混合粉末进行SPS烧结,获得的FeCoCrAlNiB高熵合金主要由无序BCC+B2(Al-Ni)固溶体相和硼化物相(Fe_(2)B等)组成。随着球磨时间的延长,合金中硼化物相含量先减少后增加并主要以网状形式分布,BCC相含量则与之相反;合金硬度随球磨时间的延长逐渐提高,主要是因为合金元素间固溶程度越来越高,硼化物相逐渐增多;但硼化物形成的网状结构会破坏基体的连续性,导致合金断裂韧性逐渐降低。当球磨时间为20 h时,获得的FeCoCrAlNiB高熵合金的维氏硬度(HV)为(10.9±0.2)GPa,断裂韧性(K_(IC))为(4.4±0.2)MPa·m^(1/2),表现出最优的综合性能。

关键词：高熵合金机械合金化放电等离子烧结球磨时间硼化物

TaC对Ti(C_(0.7)N_(0.3))基金属陶瓷的物相、显微结构和力学性能的影响

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复合材料学报 2022年第10期39卷 4927-4934页

作者：劳振勇郭伟明罗展鹏谭大旺林华泰广东工业大学机电工程学院广州510006

为了制备高硬度高韧性的Ti(C_(0.7)N_(0.3))基金属陶瓷,采用1 600℃真空无压烧结制备了含TaC的Ti(C_(0.7)N_(0.3))-WC-Mo_(2)C-VC-AlN-Ni/Co系金属陶瓷,研究了不同TaC含量(0wt%、5wt%、10wt%、15wt%)对金属陶瓷的物相、显微结构、力学性能的影响。结果表明,随着TaC含量增加,Ti(C_(0.7)N_(0.3))(200)主峰逐渐向低角度偏移,环形相的厚度逐渐增大,金属陶瓷的维氏硬度和断裂韧性均先增大后减小。当TaC含量为10wt%时,核芯相细化,尺寸离散度最小,环形相发育更完整且均匀,金属陶瓷获得最高的维氏硬度和断裂韧性,分别为(17.79±0.15) GPa和(10.20±0.39) MPa·m^(1/2)。

关键词： Ti(C_(0.7)N_(0.3))基金属陶瓷 TaC 物相显微结构力学性能

低温热压制备高硬度、高韧性Si;N;–SiC;–ZrB;陶瓷

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硅酸盐学报 2022年

作者：陈志伟郭伟明罗嗣春林华泰广东工业大学机电工程学院

通常低温热压烧结的Si;N;陶瓷具有较高的硬度和较低的断裂韧性；而高温热压烧结的Si;N;陶瓷具有较低的硬度和较高的断裂韧性。为了获得高硬度、高韧性Si;N;陶瓷，添加20%Si Cw（SiC晶须，体积分数）和2.5%ZrB;，在1 500℃低温热压制备了...

通常低温热压烧结的Si;N;陶瓷具有较高的硬度和较低的断裂韧性；而高温热压烧结的Si;N;陶瓷具有较低的硬度和较高的断裂韧性。为了获得高硬度、高韧性Si;N;陶瓷，添加20%Si Cw（SiC晶须，体积分数）和2.5%ZrB;，在1 500℃低温热压制备了Si;N;基陶瓷，开展其相组成、致密度、显微结构和力学性能研究，并与1 800℃高温热压烧结Si;N;进行了对比研究。结果表明：Si Cw的引入阻碍了Si;N;低温致密化，致密度从97.9%降低到92.9%,Vickers硬度从20.5 GPa降低到16.4 GPa，断裂韧性从2.9 MPa·m;增加到3.4 MPa·m;。同步引入Si Cw和ZrB;，则促进α-Si;N;向β-Si;N;的相变，致密度仍在97.5%，硬度和韧性分别为20.7 GPa和5.1 MPa·m;。与低温烧结Si;N;陶瓷相比，Si;N;–SiCw–ZrB;陶瓷的硬度未降低，而韧性大幅提升；与高温烧结Si;N;陶瓷相比，硬度大幅提升。通过结合Si Cw、ZrB;以及低温热压，实现了高硬度、高韧性Si;N;基陶瓷的制备，有望进一步推动其在陶瓷结构件领域的应用。

关键词：

高熵硼化物含量对Si_(3)N_(4)陶瓷显微结构与性能的影响

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硅酸盐学报 2022年第6期50卷 1499-1503页

作者：林锐霖顾乾坤罗嗣春张岩郭伟明林华泰广东工业大学机电工程学院广州510006

氮化硅(Si_(3)N_(4))陶瓷具有广泛的工业应用潜力,但其硬度和断裂韧性往往难以兼顾,这会限制到Si_(3)N_(4)陶瓷的应用。为了获得兼具高硬度和高韧性的Si_(3)N_(4)陶瓷,以高熵硼化物(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Cr_(0.2)Ti_(0.2))B_(2)为添加剂,使用放电等离子烧结法在1600℃制备了Si_(3)N_(4)陶瓷材料。研究了(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Cr_(0.2)Ti_(0.2))B_(2)对Si_(3)N_(4)陶瓷的相组合、致密度、显微组织和力学性能的影响。结果表明:与未添加(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Cr_(0.2)Ti_(0.2))B_(2)的Si_(3)N_(4)陶瓷相比,在较低的烧结温度下(1600℃),仅添加1.0%(体积分数)的(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Cr_(0.2)Ti_(0.2))B_(2)就能将β-Si_(3)N_(4)的质量分数从38%提高到53%,获得双峰显微结构。因而,Si_(3)N_(4)基陶瓷的断裂韧性从(5.4±0.3)MPa·m^(1/2)提升到(6.9±0.2)MPa·m^(1/2),而硬度维持在(20.2±0.2)GPa。随着高熵硼化物的含量增加到2.5%和5.0%,Si_(3)N_(4)基陶瓷致密度降低且相变进一步增加,导致硬度降低。

关键词：氮化硅陶瓷高熵硼化物相组成显微结构力学性能

(Me_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)(Me=Ti,Zr,Ta)陶瓷的制备、显微结构和力学性能

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复合材料学报 2022年第7期39卷 3564-3569页

作者：许亮张岩张威郭伟明林华泰广东工业大学机电工程学院广州510006

以采用硼热/碳热还原反应自合成的(Me_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)(Me=Ti,Zr,Ta)为原料,通过放电等离子烧结制备了(Me_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)陶瓷,系统研究了其相组成、致密度、显微结构和力学性能。结果表明,(Ti_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)和(Zr_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)陶瓷具有较高的致密度(~98%),而(Ta_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)陶瓷的致密度较低(~93%)。(Ti_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)的晶粒较粗,而(Zr_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)和(Ta_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)的晶粒相对较小,并且在(Ta_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)中Nb元素出现局部偏析。(Ti_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)陶瓷具有较优异的力学性能,硬度和韧性分别为(20.08±0.81)GPa和(2.52±0.15)MPa·m^(1/2),而(Zr_(1/3)Hf_(1/3)Nb_(1/3))B_(2)陶瓷的力学性能较差,硬度和断裂韧性分别为(17.21±0.63)GPa和(1.50±0.18)MPa·m^(1/2)。

关键词：硼热/碳热还原法硼化物陶瓷固溶显微结构力学性能