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碳化硼陶瓷自润滑研究现状

中国表面工程 2024年第3期37卷 103-114页

作者：张巍张杰中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110870

碳化硼(B_(4)C)陶瓷的自润滑对其摩擦学性能具有重要影响,但缺乏这方面的系统性综述介绍。碳化硼具有高的硬度(维氏硬度为36 GPa),因此碳化硼陶瓷是一种应用于耐磨元件的潜在候选材料。然而,碳化硼陶瓷的摩擦因数较高,增加了摩擦系统的... 详细信息

碳化硼(B_(4)C)陶瓷的自润滑对其摩擦学性能具有重要影响,但缺乏这方面的系统性综述介绍。碳化硼具有高的硬度(维氏硬度为36 GPa),因此碳化硼陶瓷是一种应用于耐磨元件的潜在候选材料。然而,碳化硼陶瓷的摩擦因数较高,增加了摩擦系统的能耗,限制了其广泛应用。自润滑是一种可避免外部润滑剂造成污染的方法,揭示碳化硼陶瓷自润滑的机理可为解决碳化硼陶瓷摩擦因数高的问题提供可行参考方案。目前碳化硼陶瓷自润滑的方式主要有预氧化、添加固体润滑剂、构建表面浮雕结构三种。预氧化是将碳化硼陶瓷预先在空气环境中进行高温下氧化处理,使其表面生成氧化层;添加固体润滑剂是将具有层状晶体结构的材料添加到碳化硼陶瓷基体中,在滑动过程中固体润滑剂从碳化硼陶瓷基体中脱落,从而在碳化硼陶瓷的磨损面上形成一层外部润滑层;构建表面浮雕结构是在碳化硼陶瓷基体中引入硬度相对较低的第二相,利用两相晶粒的硬度差,在滑动过程中原位生成凹凸的表面形貌。这些自润滑方法虽然存在技术上的局限,但仍可在一定工况下实现碳化硼陶瓷的自润滑,减小摩擦副的摩擦因数,降低摩擦系统的能耗。总结近年来碳化硼陶瓷自润滑的相关研究进展,并对碳化硼陶瓷自润滑未来的研究方向进行展望,研究结果填补了碳化硼陶瓷自润滑领域目前缺少综述文章来引领的空白,可为碳化硼陶瓷自润滑的设计、研究及应用提供有益的指导。

关键词：碳化硼陶瓷自润滑预氧化固体润滑剂浮雕结构

B_(4)C-Al_(2)O_(3)复合陶瓷的增韧机理

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材料研究学报 2024年第8期38卷 614-620页

作者：张巍张杰中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110870

在碳化硼(B_(4)C)陶瓷中加入第二相Al_(2)O_(3),研究其对B_(4)C陶瓷断裂韧性的影响和B_(4)C-Al_(2)O_(3)复合陶瓷的增韧机理。结果表明,在B_(4)C陶瓷中引入第二相Al_(2)O_(3)使B_(4)C陶瓷的断裂韧性提高。Al_(2)O_(3)加入量为40%(质量分数)的B_(4)C-Al_(2)O_(3)复合陶瓷,其断裂韧性达到最大值4.96 MPa·m^(1/2)。B_(4)C-Al_(2)O_(3)复合陶瓷的增韧机理是,在B_(4)CAl_(2)O_(3)复合陶瓷中裂纹的扩展过程中Al_(2)O_(3)晶粒形成了解理结构。这种解理结构,延长了裂纹扩展的路径和消耗了部分裂纹扩展能。同时,Al_(2)O_(3)晶粒与B_(4)C晶粒之间因热膨胀失配而产生了残余应力。虽然B_(4)C晶粒内的压应力有利于抑制裂纹的扩展,但是B_(4)C晶粒与Al_(2)O_(3)晶粒的相界处产生的张应力在一定程度上弱化相界的结合而使部分裂纹在扩展过程中沿晶扩展出现偏转,从而使B_(4)C-Al_(2)O_(3)复合陶瓷的断裂韧性提高。

关键词：无机非金属材料断裂韧性 B_(4)C-Al_(2)O_(3)复合陶瓷解理结构热膨胀失配裂纹扩展

晶界添加Pr-Cu合金纳米粉对烧结NdFeB磁性能及耐腐蚀性能的影响

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辽宁化工 2024年第5期53卷 657-662页

作者：李仁俊李志杰郑阳阳张洪伟沈阳工业大学理学院辽宁沈阳110870

为了提升Nd FeB磁体的磁性能及耐腐蚀性能,首先用等离子体直流电弧法得到Pr-Cu合金纳米粉,再用双元合金法即晶界添加Pr-Cu合金纳米粉得到高性能烧结NdFeB磁体。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)和电化... 详细信息

为了提升Nd FeB磁体的磁性能及耐腐蚀性能,首先用等离子体直流电弧法得到Pr-Cu合金纳米粉,再用双元合金法即晶界添加Pr-Cu合金纳米粉得到高性能烧结NdFeB磁体。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)和电化学工作站、恒温恒湿箱表征了磁体微观结构、磁性能及耐腐蚀性能。结果表明,添加质量分数0.6%Pr-Cu合金纳米粉时,磁体的矫顽力由959.1 kA/m增加到1 080.5 kA/m,提高了12.6%;剩磁则由1.24 T下降至1.13 T,下降了9.1%。此外,磁体的耐腐蚀性能明显提高,磁体的腐蚀电流密度由62.0m A/cm^(2)下降至22.0m A/cm^(2);在0.2MPa、120℃、100%相对湿度下进行失重腐蚀实验96h后磁体的质量损失为4.5mg/cm^(2),仅为未添加时的26.5%。适量添加Pr-Cu合金纳米粉改善烧结NdFeB磁体的性能是可行的。

关键词：烧结NdFeB Pr-Cu合金纳米粉磁性能耐腐蚀性能

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碳纳米管/氧化锌协同增强碳纤维复合材料的电磁屏蔽性能

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材料研究学报 2024年第1期38卷 61-70页

作者：马源王函倪忠强张建岗张若南孙新阳李处森刘畅曾尤中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

在碳纤维上原位生长氧化锌纳米线、沉积碳纳米管薄膜,经叠层铺设和真空辅助树脂浸渍成型制备出叠层混杂碳纤维/环氧树脂复合材料,表征其微观结构并系统地研究了这种材料的电导率和电磁屏蔽性能。结果表明,这种复合材料(厚度为2 mm)在8.2... 详细信息

在碳纤维上原位生长氧化锌纳米线、沉积碳纳米管薄膜,经叠层铺设和真空辅助树脂浸渍成型制备出叠层混杂碳纤维/环氧树脂复合材料,表征其微观结构并系统地研究了这种材料的电导率和电磁屏蔽性能。结果表明,这种复合材料(厚度为2 mm)在8.2~12.4 GHz波段的电磁屏蔽效能达到50 dB,比碳纤维复合材料提高了51.52%。这种材料的优异性能,可归因于氧化锌纳米线的高效介电损耗、连续碳纳米管薄膜的高导电性、层间多组元界面的多重反射和高效吸收损耗。

关键词：复合材料电磁屏蔽性能叠层混杂结构氧化锌纳米线碳纳米管

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BC-SiC复合陶瓷力学性能的研究进展

复合材料学报 2024年

作者：张巍中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心

B4C-SiC复合陶瓷结合了碳化硼(B4C)和碳化硅(SiC)的性能，具有良好的物理和力学性能。与单相B4C陶瓷相比，B4C-SiC复合陶瓷具有更高的断裂韧性；与单相SiC陶瓷相比，B4C-SiC复合陶瓷具有更大的硬度。B4C-SiC复合陶瓷有望替代单相B4C陶... 详细信息

B4C-SiC复合陶瓷结合了碳化硼(B4C)和碳化硅(SiC)的性能，具有良好的物理和力学性能。与单相B4C陶瓷相比，B4C-SiC复合陶瓷具有更高的断裂韧性；与单相SiC陶瓷相比，B4C-SiC复合陶瓷具有更大的硬度。B4C-SiC复合陶瓷有望替代单相B4C陶瓷和单相SiC陶瓷广泛应用于工程领域。B4C-SiC复合陶瓷的力学性能与B4C-SiC复合粉体的颗粒分散均匀性有关。同时，B4C-SiC复合陶瓷的力学性能还受微观结构和相组成的影响。为了降低B4C-SiC复合陶瓷的烧结温度，常在原料中添加烧结助剂，常用的烧结助剂主要有：碳、氧化物、硼化物、碳化物、金属单质、非金属单质(除碳外)。不同烧结助剂促进B4C-SiC复合陶瓷烧结的机制各不相同；同时，这些烧结助剂通过影响B4C-SiC复合陶瓷的微观结构进而影响其力学性能。本文根据B4C-SiC复合陶瓷力学性能的研究结果，从B4C-SiC复合粉体、微观结构、相组成和烧结助剂等方面详细阐述了B4C-SiC复合陶瓷力学性能的影响因素，以期为B4C-SiC复合陶瓷的设计和研究提供依据。

关键词： B C-SiC 复合陶瓷力学性能微观结构烧结助剂

烧结助剂种类对B_(4)C陶瓷摩擦学性能的影响

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材料热处理学报 2024年第6期45卷 220-228页

作者：张巍张杰中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心辽宁沈阳110016 沈阳工业大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110870

为了研究烧结助剂种类对B_(4)C陶瓷摩擦学性能的影响,以B_(4)C微粉为原料,分别添加4种不同种类的烧结助剂(炭黑、SiC、Al_(2)O_(3)和Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)),采用热压烧结工艺制备B_(4)C陶瓷,研究了添加不同种类烧结助剂的B_(4)C陶瓷与... 详细信息

为了研究烧结助剂种类对B_(4)C陶瓷摩擦学性能的影响,以B_(4)C微粉为原料,分别添加4种不同种类的烧结助剂(炭黑、SiC、Al_(2)O_(3)和Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)),采用热压烧结工艺制备B_(4)C陶瓷,研究了添加不同种类烧结助剂的B_(4)C陶瓷与SiC对磨球在干滑动条件下的摩擦与磨损行为。结果表明,在本试验条件下,添加Al_(2)O_(3)烧结助剂的B_(4)C陶瓷(B_(4)C(Al_(2)O_(3)))和对应的SiC对磨球具有最光滑的磨损表面,B_(4)C(Al_(2)O_(3))/SiC摩擦副表现出最低的摩擦系数,B_(4)C(Al_(2)O_(3))陶瓷表现出最低的磨损率。添加炭黑、SiC和Al_(2)O_(3)烧结助剂的B_(4)C陶瓷的磨损机理主要为晶粒断裂,而添加Al_(2)O_(3)-Y2O3烧结助剂的B_(4)C陶瓷的磨损机理主要为晶粒拔出。

关键词： B_(4)C陶瓷烧结助剂摩擦磨损晶粒

YAlO对热压烧结BC陶瓷微观组织及力学性能的影响

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兵工学报 2024年

作者：张巍张杰中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳工业大学材料科学与工程学院

为了研究烧结助剂Y3Al5O12对热压烧结制备的B4C陶瓷的影响，以B4C微粉为原料，Al2O3+Y2O3原位反应生成的Y3Al5O12为烧结助剂，在1 950 ℃烧结温度下，采用热压烧结工艺制备出B4C陶瓷，研究了Y3Al5O12添加量对B4C陶瓷物相组成、烧结性能... 详细信息

为了研究烧结助剂Y3Al5O12对热压烧结制备的B4C陶瓷的影响，以B4C微粉为原料，Al2O3+Y2O3原位反应生成的Y3Al5O12为烧结助剂，在1 950 ℃烧结温度下，采用热压烧结工艺制备出B4C陶瓷，研究了Y3Al5O12添加量对B4C陶瓷物相组成、烧结性能、微观结构和力学性能的影响。研究结果表明：当烧结助剂Y3Al5O12添加量<7 wt.%时，B4C陶瓷中晶界以B4C-B4C晶粒相连接的清洁晶界和B4C-非晶相Y3Al5O12-B4C晶界两种形式存在；当烧结助剂Y3Al5O12添加量≥7 wt.%时，B4C陶瓷中晶界以B4C-B4C晶粒相连接的清洁晶界、B4C-非晶相Y3Al5O12-B4C晶界和B4C-晶相Y3Al5O12-B4C晶界3种形式存在；当Y3Al5O12添加量为7 wt.%时，热压烧结B4C陶瓷的综合性能最佳，即相对密度为96.2%，硬度为20.9 GPa，抗弯强度为455 MPa，断裂韧性为3.53 MPa·m1/2；烧结助剂Y3Al5O12通过改变热压烧结B4C陶瓷的气孔率、晶粒尺寸和晶界特征影响B4C陶瓷的力学性能。

关键词： B C陶瓷烧结助剂钇铝石榴石力学性能晶界

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陶瓷材料表面织构减摩抗磨性能的研究进展

粉末冶金材料科学与工程 2024年

作者：张杰张巍沈阳工业大学材料科学与工程学院中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心

表面织构是陶瓷材料有效的减摩抗磨手段，能够减少陶瓷在滑动时的摩擦因数以及因磨损所带来的损耗。本文从陶瓷表面织构的制备、类型、几何参数以及摩擦学机理出发，对其进行综合评述。首先，对陶瓷材料表面织构主要的制备方法进行介绍... 详细信息

表面织构是陶瓷材料有效的减摩抗磨手段，能够减少陶瓷在滑动时的摩擦因数以及因磨损所带来的损耗。本文从陶瓷表面织构的制备、类型、几何参数以及摩擦学机理出发，对其进行综合评述。首先，对陶瓷材料表面织构主要的制备方法进行介绍(激光加工、反应离子刻蚀)。其次，讨论了表面织构的类型(凸体、凹坑、凹槽、仿生织构等)以及几何参数(宽度、深度、面积占比等)对陶瓷摩擦学性能的影响。随后，分别分析了表面织构在干滑动以及润滑情况下的摩擦学机理。在干滑动情况下，表面织构能够困住磨损碎屑以及降低陶瓷与对磨体的接触面积；在润滑情况下，表面织构能够改善陶瓷在滑动时的流体动压和润湿性，这均能使得陶瓷的摩擦学性能提升。最后，对陶瓷表面织构目前面临的难题以及未来的研究方向分别进行了总结与展望。

关键词：陶瓷材料表面织构摩擦磨损润滑

液氮温度下纯Ti动态塑性变形中的孪晶变体选择

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金属学报 2022年第9期58卷 1141-1149页

作者：高栋周宇于泽桑宝光大连工业大学机械工程与自动化学院大连116034 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中航沈飞股份有限公司沈阳110850

在液氮温度下对商用纯Ti进行了动态塑性变形(DPD),利用电子背散射衍射(EBSD)技术观察变形前后微观组织的变化,分析孪生对变形前后Schmid因子(m)的影响,提出一种多晶纯Ti孪晶变体的选择机制。结果表明,经过液氮温度DPD后,纯Ti中出现高密... 详细信息

在液氮温度下对商用纯Ti进行了动态塑性变形(DPD),利用电子背散射衍射(EBSD)技术观察变形前后微观组织的变化,分析孪生对变形前后Schmid因子(m)的影响,提出一种多晶纯Ti孪晶变体的选择机制。结果表明,经过液氮温度DPD后,纯Ti中出现高密度初级孪晶,并伴有二级孪晶和双孪晶;孪晶形成后,基面滑移的m发生明显改变,大量晶粒的m靠近0.5;在原有滑移和孪生匹配关系的几何相容因子(m')和相邻晶粒的Schmid因子(m1)基础上提出了新的参数取向相容因子ω(ω=m_(1)·m')作为孪晶变体的选择依据,并定量分析了多晶纯Ti塑性变形过程中的孪晶变体。发现ω决定了多晶纯Ti孪晶变体的选择,同时发现相邻晶粒锥面滑移在促进孪晶变体启动中起主要作用。

关键词：纯Ti 微观组织几何相容因子取向相容因子孪晶变体