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液相烧结碳化硅陶瓷的原位研究（英文）

无机材料学报 2016年第4期31卷 443-448页

作者：梁汉琴姚秀敏黄政仁曾宇平中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室上海200050

采用原位分析设备与传统方法相结合的方式研究了以Al2O3和Y2O3为烧结助剂的Si C陶瓷的液相烧结过程。通过高温实时观测炉对样品在测试过程中的收缩曲线以及形貌变化进行了表征,以及对液相形成过程的模拟进行了观测。采用传统分析方法研... 详细信息

采用原位分析设备与传统方法相结合的方式研究了以Al2O3和Y2O3为烧结助剂的Si C陶瓷的液相烧结过程。通过高温实时观测炉对样品在测试过程中的收缩曲线以及形貌变化进行了表征,以及对液相形成过程的模拟进行了观测。采用传统分析方法研究了样品的相对密度、抗弯强度、物相组成以及微结构演变从1640℃到1920℃以40℃为间隔的变化情况。研究发现,液相明显开始起作用的温度在1640℃到1680℃之间。经典的液相烧结三阶段理论可以通过微结构以及相对密度等的分析来得到验证。该烧结体系的最佳烧结温度确认为1880℃,最高密度为(99.46±0.37)%,最大强度为(650±26)MPa。

关键词：碳化硅液相烧结原位研究微结构

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液相烧结显微组织演化介观尺度数值模拟方法

粉末冶金工业 2022年第6期32卷 1-9,15页

作者：潘诗琰申小平贾迪王佳浩范沧南京理工大学材料科学与工程学院江苏南京210014 南京理工大学工程训练中心江苏南京210014 中国能源建设集团南京线路器材有限公司江苏南京211599 北京睿力材料科技中心北京100041

液相烧结是粉末冶金成形的关键技术。为了提高液相烧结产品性能,需要对液相烧结显微组织演化过程进行数值模拟以优化粉末配比及烧结工艺。综述了用于液相烧结显微组织数值模拟的几种介观尺度方法,介绍了相图计算方法以及扩散动力学方法... 详细信息

液相烧结是粉末冶金成形的关键技术。为了提高液相烧结产品性能,需要对液相烧结显微组织演化过程进行数值模拟以优化粉末配比及烧结工艺。综述了用于液相烧结显微组织数值模拟的几种介观尺度方法,介绍了相图计算方法以及扩散动力学方法在液相烧结模拟领域的定量化应用潜力。液相烧结可以分三个阶段进行介观尺度显微组织数值模拟:针对液相的生成与颗粒的重排采用离散元法、相场法和粘性流动纳维斯多克斯方程,固相的溶解和再析出采用蒙特卡罗法和相场法,固相骨架的形成过程采用相场法。由于液相烧结体系的复杂性和不同模拟方法的局限性,需要耦合不同模拟方法才能对液相烧结过程进行全面的数值分析,从而模拟完整液相烧结过程,这是液相烧结显微组织演化过程数值模拟的主要发展方向。

关键词：粉末冶金液相烧结数值模拟介观尺度相图计算

液相烧结法制备金刚石-WC-Co硬质合金复合材料性能影响因素的研究

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硬质合金 2023年第1期40卷 59-65页

作者：刘靖忠窦明见向天翔吴建国株洲肯特硬质合股份有限公司技术中心湖南株洲412007 株洲肯特硬质合金股份有限公司湖南株洲412007

本文采用常规液相烧结,在1340℃的共晶温度以上制备金刚石-WC-Co硬质合金复合材料。研究了钴含量、钨添加量和烧结温度、烧结压力对金刚石-WC-Co硬质合金复合材料性能的影响。结果表明:烧结温度越高对金刚石损伤越大,烧结温度低易出现欠... 详细信息

本文采用常规液相烧结,在1340℃的共晶温度以上制备金刚石-WC-Co硬质合金复合材料。研究了钴含量、钨添加量和烧结温度、烧结压力对金刚石-WC-Co硬质合金复合材料性能的影响。结果表明:烧结温度越高对金刚石损伤越大,烧结温度低易出现欠烧,最优烧结温度1 390℃;金刚石石墨化导致出现渗碳相,添加亚细W粉后,合金组织可以重新回到两相区;增大烧结压力有助于降低孔隙,提升合金致密度,10 MPa时4%钴含量(质量分数,下同)接近全致密;钴含量低致密度较差、结晶度差,钴含量高对金刚石损伤很大,钴含量优选4%;采用4%Co、1.6%W、0.5%镀Ti金刚石、93.2%WC的配比,在1390℃、10 MPa的烧结工艺下,合金金相组织正常无渗碳相与脱碳相,接近全致密,耐磨性提升至2倍以上。通过低成本生产工艺制备高性能金刚石-WC-Co硬质合金复合材料有利于推进金刚石-硬质合金复合材料产业化应用。

关键词：硬质合金金刚石液相烧结共晶温度

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液相烧结过程中粉末粒径分布演化模拟研究

粉末冶金技术 2018年第6期36卷 409-417,422页

作者：潘诗琰代文杰周子豪蒋捷霍天元申小平范沧南京理工大学材料科学与工程学院南京理工大学工程训练中心

液相烧结过程中,粉末颗粒的熟化长大和聚并同时发生。利用群体平衡模型定量预测了相邻颗粒聚并效应作用下的粒径分布演化规律,提出了一种基于欧式范数的方法以确定液相烧结过程是否达到稳态,研究了从瞬态到稳态的转变过程中的粒径上限... 详细信息

液相烧结过程中,粉末颗粒的熟化长大和聚并同时发生。利用群体平衡模型定量预测了相邻颗粒聚并效应作用下的粒径分布演化规律,提出了一种基于欧式范数的方法以确定液相烧结过程是否达到稳态,研究了从瞬态到稳态的转变过程中的粒径上限及其变化率,发现颗粒瞬态粗化之后将得到稳态粒径分布。模型计算得到的粒径分布和实验数据之间吻合良好,表明本数值模型具备定量预测能力。通过引入布朗粗化频率描述液相烧结过程中的聚并现象,模拟结果表明颗粒的聚并行为显著延缓了瞬态向稳态的转变过程,甚至可能导致最终得到非稳态粒径分布。

关键词：液相烧结群体平衡方程粒径分布聚并

SiZr液相烧结法制备SiC-ZrC涂层对C/SiC复合材料抗氧化性能的影响

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金属学报 2021年第6期57卷 791-796页

作者：皮慧龙石小磊徐兴祥西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室西安710072 中国科学院金属研究所沈阳110016

使用Si-25%Zr(质量分数)合金通过液相烧结法在C/SiC复合材料表面制备了SiC-ZrC抗氧化涂层,研究了烧结过程中涂层的相结构演化,并测试了1400℃及空气气氛下材料的抗氧化性能,分析了涂层氧化前后显微结构的变化,以及氧化对C/SiC复合材料... 详细信息

使用Si-25%Zr(质量分数)合金通过液相烧结法在C/SiC复合材料表面制备了SiC-ZrC抗氧化涂层,研究了烧结过程中涂层的相结构演化,并测试了1400℃及空气气氛下材料的抗氧化性能,分析了涂层氧化前后显微结构的变化,以及氧化对C/SiC复合材料弯曲性能的影响。结果表明,Zr元素在涂层中以ZrC相的形式存在,ZrC颗粒的引入细化了反应SiC层的组织,在氧化过程中形成致密连续的SiO2薄膜,并在氧化500 s后试样出现增重,制备了SiC-ZrC抗氧化涂层的C/SiC样品在1000 s的氧化实验后弯曲强度下降低于5%。

关键词：抗氧化涂层 SiC-ZrC 液相烧结

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介观尺度下液相烧结过程的数值模拟研究进展

材料导报 2019年第17期33卷 2929-2938页

作者：代文杰潘诗琰申小平徐驰范沧南京理工大学材料科学与工程学院南京210014 南京理工大学工程训练中心南京210014

液相烧结是粉末冶金制造的关键技术,可以获得接近全致密化的高性能材料,为高熔点合金、硬质合金和金属陶瓷等材料的制备开辟了新途径。液相烧结过程中的组织演变及致密化行为直接决定了零件的力学性能和尺寸精度。介观尺度的数值模拟着... 详细信息

液相烧结是粉末冶金制造的关键技术,可以获得接近全致密化的高性能材料,为高熔点合金、硬质合金和金属陶瓷等材料的制备开辟了新途径。液相烧结过程中的组织演变及致密化行为直接决定了零件的力学性能和尺寸精度。介观尺度的数值模拟着眼于数十至上千个颗粒的系统,能够明确致密化机制,并准确、直观地反映液相分布、孔隙演化、颗粒生长等组织演变过程,是联系微观结构与宏观性能的重要桥梁,已成为液相烧结过程研究的热点方向。然而,液相烧结过程涉及颗粒运动、固液相变、流动等多种因素的耦合作用,对液相烧结数值模拟研究和实际应用提出了巨大的挑战。目前,液相烧结数值模拟的一种主要思路是将液相烧结过程简化为颗粒重排、固相溶解/析出和骨架形成三个界限分明的阶段,然后分别针对每个阶段开展模拟,从而在降低模拟难度的基础上反映液相烧结的部分显微组织演化机制及影响因素。其中,围绕颗粒重排和固相溶解/析出阶段的研究最为丰富,并取得了较多成果。基于离散元法的模型和液桥粗化模型主要用于颗粒重排阶段的研究,模型考虑了颗粒间的碰撞、滑动和粘结颗粒间烧结应力等的作用,并兼顾液相烧结中存在的表面张力和液相粘性力,描述了颗粒在液相中的重排和孔洞演化及致密化等重要现象,但晶粒生长和熟化的机制通常被忽略。固相溶解/析出阶段可简化为熟化过程,主要使用蒙特卡洛方法和相场方法研究该阶段的颗粒生长、颗粒形状变化和颗粒粒径分布的变化规律等。其中大尺度三维模拟预测的粒径分布和晶粒生长情况等结果能够与液相烧结中后期的实验结果对比,并吻合良好。实际液相烧结各阶段间并无明显界限,分阶段模拟的研究思路仍难以准确描述液相烧结的全过程。近年来研究者们提出了采用耦合模型的研究思路,旨在同时描述液相烧结中的颗粒运动、颗粒生长以及液体流动等行为。耦合模型克服了分阶段简化模型带来的问题,显著提高了模拟精度,准确预测了组织演化,并获得了烧结致密化率等定量数据。为促进基于耦合模型的数值模拟在液相烧结中的实际应用,仍需克服三维模型数值求解困难、实验验证缺乏等问题。本文回顾了介观尺度下液相烧结数值模拟方法的研究进展,分析了各种模拟方法描述液相分布、孔隙演化、颗粒长大以及致密化等问题的可靠性、准确性和优缺点,最后提出液相烧结数值模拟方法的发展前景及意见。

关键词：液相烧结数值模拟粉末冶金介观尺度耦合模型

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液相烧结碳化硼陶瓷的实验研究

中国陶瓷 2015年第11期51卷 68-70页

作者：邬国平焦永峰谢方民孙雪萍何兴龙宁波伏尔肯机械密封件制造有限公司宁波315104

采用液相烧结法制备碳化硼陶瓷,初步对比考察了七组添加剂的助烧效果。结果显示,Al2O3,Y2O3以及Al2O3-Y2O3三组助剂效果明显,样品致密率可以达到95.0~96.2%,显微硬度达到3080 Kg/mm2以上。液相烧结对样品的断裂韧性没有明显改善作用。

关键词：碳化硼液相烧结

液相烧结90W-7Ni-3Fe高密度钨合金组织性能研究

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液相烧结90W-7Ni-3Fe高密度钨合金组织性能研究

作者：胡海哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

高密度钨合金是一种典型的两相合金,具有高密度、高强度和良好的塑性等优异性能,是制作动能穿甲弹弹芯的主要材料。穿甲弹从发射、飞行到穿甲侵彻的过程中处在温度场和应力-应变场耦合环境下,所以综合研究钨合金在温度场和应力-应变场... 详细信息

高密度钨合金是一种典型的两相合金,具有高密度、高强度和良好的塑性等优异性能,是制作动能穿甲弹弹芯的主要材料。穿甲弹从发射、飞行到穿甲侵彻的过程中处在温度场和应力-应变场耦合环境下,所以综合研究钨合金在温度场和应力-应变场下的变形和失效行为是非常必要的。本课题选用液相烧结90W-7Ni-3Fe高密度钨合金作为实验材料,重点研究了钨合金在室温、高温不同应变速率下的拉伸和压缩力学性能,并对钨合金在室温下的动态力学性能和微观组织也进行了实验分析,同时建立了基于不同模型的本构方程。本文对烧结态90W合金的基本物理及力学参数进行了测定和表征,对90W在室温下的力学性能和微观组织进行实验分析。发现90W合金在室温拉伸时随着应变速率增加,强度增加、塑性降低、W颗粒的解理断裂增加、粘结相的韧性撕裂减少;在室温压缩时,塑性变形是钨相与粘结相变形相互协调的过程,在应变速率10-3s-1塑性最高;90W合金在动态压缩时相对于准静态压缩屈服强度明显升高。90W合金在473-1473K高温拉伸实验结果表明应变速率对高温力学性能影响并不显著。研究发现90W合金在673K和1273K时强度和塑性出现明显变化,强度在473-673K时明显降低,随后升高并出现平稳台阶直到1273K时再次出现明显下降;塑性在673K最高,随温度升高缓慢降低在1273K时已经基本没有塑性并趋于稳定。通过对断口的扫描发现,在673K时,90W的断裂方式以粘结相的韧性撕裂为主,极少看到W-W沿晶断裂。对90W合金在1073至1473K、应变速率10-3s-1至10-1s-1下压缩实验表明,90W合金力学行为受温度和应变速率耦合影响,在1473K、应变速率10-3s-1时力学性能明显恶化,试样中心部位出现钨颗粒异常长大现象;在1073K压缩时,试样边角部位出现于压缩方向成45°的剪切带,温度上升到1473K,边角部位相界面则由于变形不一致导致相界面产生大量缺陷。为了描述90W合金在高温下的塑性变形行为,本文建立了基于JC模型、修正后JC的模型、Arrhenius模型和修正后的ZA模型等四个模型共六个本构方程,其中针对JC和修正后的JC分别以293K和1073K为基准建立了本构方程。对每个方程的准确性和预测性利用相关系数和平均相对误差来进行定量计算。通过对比可以得出,以Arrhenius模型和修正后的ZA为基础所构建的本构方程有较高的准确度和拟合度,以JC和修正后的JC模型建立的本构方程误差较大,这是因为Arrhenius模型和ZA模型比较全面的考虑了温度、应变和应变速率对应力的耦合效应。

关键词：高密度钨合金液相烧结高温力学性能动态力学性能微观组织本构关系

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液相烧结三元硼化物硬质合金覆层材料的特性

硅酸盐学报 2007年第8期35卷 1046-1050页

作者：董飞刘福田刘元新马振珠中国建筑材料科学研究总院中国建筑材料检验认证中心北京100024 济南大学材料科学与工程学院济南250022

采用原位反应真空液相烧结技术,在Q235钢基体表面制备三元硼化物硬质合金覆层,使钢基体表面获得耐磨抗蚀、界面结合强度高的覆层材料。利用扫描电镜和能谱分析对三元硼化物硬质合金和钢基体的界面微观结构和界面区元素分布进行了分析,... 详细信息

采用原位反应真空液相烧结技术,在Q235钢基体表面制备三元硼化物硬质合金覆层,使钢基体表面获得耐磨抗蚀、界面结合强度高的覆层材料。利用扫描电镜和能谱分析对三元硼化物硬质合金和钢基体的界面微观结构和界面区元素分布进行了分析,发现硬质合金覆层和钢基体之间形成了一个具有一定厚度的过渡层,合金元素浓度没有发生突变,两相之间形成了良好的冶金结合。研究了覆层材料的显微硬度、抗弯强度与耐磨性能,结果表明:在1200℃烧结,覆层的Vickers硬度达到12MPa,弯曲强度在试样受到拉伸应力与压缩应力时分别达到86.74MPa,1168.21MPa,耐磨性与Q235钢相比有了较大提高。

关键词：液相烧结三元硼化物硬质合金覆层材料耐磨性能