高熵合金粉体制备及应用的发展现状

摘要:【目的】基于当前高熵合金的研究进展,综述高熵合金粉体的制备方法、固化方式及应用现状,展望高熵合金粉体未来的发展趋势。【研究现状】近年来高熵合金粉体的制备方法主要包括机械合金化法、气-水雾化法、等离子旋转电极雾化法、碳热冲击法、热解法和电冲击法、扫描探针光刻技术、等离子电弧法、直流电弧蒸发法、化学还原法等,对上述方法的优势、局限性进行评价;高熵合金粉体的固化工艺包括材料烧结、涂层、增材制造等;高熵合金粉体的功能性应用包括储氢材料、医学和生物工程材料、高效催化剂、电磁屏蔽材料等。【结论与展望】提出机械合金化法和雾化法是目前制备高熵合金粉体的主要方法,但仍须要提升制备效率和粉体质量;有待进一步研究高熵合金粉体的结构稳定性、力学性能,以及储能、磁性和催化等功能等;通过增材制造技术制备具有特殊位错结构和微观组织的高熵合金,可能成为未来高性能材料的重要研究方向。认为基于材料基因工程理念,可借助粉末冶金高通量技术快速筛选高熵合金成分,从而缩短合金研发周期。利用粉末冶金工艺的灵活性和成分过饱和性等优势,可设计和制备复合结构、层状结构、梯度结构等异质高熵合金材料,有望应用于航空航天、生物医用等领域。

人造金刚石的合成机理研究现状

摘要:人造金刚石合成机理的研究符合发展新质生产力的内在要求,可以高效指导优质金刚石晶体材料的制备,特别是对合成边界条件的预测和探究,形核和长大过程的控制,性能的调控和修饰等具有重要作用。本文就目前金刚石合成方法中的高温高压法、爆轰法、气相沉积法的相关合成机理进行详细的阐述,以期对金刚石的合成过程有更加深入的了解。由于目前的技术条件无法对合成过程进行直接实时观察,对人造金刚石的合成机理暂未形成统一的认识,上述理论研究方法主要通过对实验过程和合成前后产物的分析进行推理。笔者认为借助于分子动力学等方法进行模拟仿真,同时利用原位测量设备如原位X射线进行实时监测,结合合成过程中的其他表征,未来有望进一步揭示人造金刚石合成的本质。

深海采矿技术现状与硬质合金需求分析

摘要:深海海底蕴藏丰富的关键金属矿产资源,有效开发深海矿产资源,对于缓解陆地资源枯竭、保障国家矿产资源安全、推进深海关键技术发展具有重要意义。本文在阐述国际海底矿产资源概况及深海采矿技术发展现状的基础上,调研分析了硬质合金材料在深海采矿装备中的应用需求,以多金属硫化物采矿车切割截齿为例,探讨了深海采矿对硬质合金材料性能的具体要求,提出了在深海金属矿产开发领域切割破碎所用硬质合金材料的关键技术,为硬质合金材料在深海采矿领域的应用与发展提供参考。

钨基合金靶材的粉末冶金制备工艺及其磁控溅射薄膜的研究进展

摘要:具有高密度、高纯度、高熔点及优异机械性能的钨基合金靶材在磁控溅射应用领域具有重要的应用价值。制备方法包括粉末冶金、熔炼等,其中粉末冶金法以较好的成分均匀性和细密的显微结构广受关注。磁控溅射作为一种先进的薄膜沉积技术,因其高效性和精确控制能力,被广泛用于钨基合金薄膜的制备。以钨基合金靶材为原材料,通过磁控溅射的方法制备的W-Mo、W-Cu、W-Ti、W-B 等薄膜,目前已广泛应用于电子器件、机械加工和等离子体物理研究等多个领域。本文首先介绍了粉末冶金钨基靶材的主要制备方法,如热压、热等静压、放电等离子烧结技术等; 然后,介绍了钨基合金靶材磁控溅射薄膜在无扩散屏障材料、超导材料、面向等离子体材料以及硬质涂层材料等领域的应用,并对其抗扩散性能、摩擦磨损性能以及其抗腐蚀氧化性能进行了介绍与分析。最后,展望了钨基合金靶材在未来在各个领域中的广阔应用前景。

AgCu系电接触材料研究进展

摘要:银铜系电接触材料作为银基电接触材料的一大重要门类在电接触材料行业中因其卓越的电导率、耐磨性、抗熔焊性和广泛应用而占据重要地位。本文对AgCuNi、AgCuV、AgCuO 合金系列以及AgCu/LSCO 等银铜系电接触材料的性能特点、制备工艺和研究现状进行了归纳和阐述。分析了银铜系电接触材料研究中存在的问题,并展望了发展趋势。

先进制程芯片用超高纯钽靶制备工艺研究进展

摘要:通过物理气相沉积(physical vapor deposition,PVD)制备的Ta/TaN层具有优异的抗Cu-Si扩散性与良好的接触电阻等特性,随着半导体先进制程芯片的发展,其成为了扩散阻挡层的最佳选择。然而,作为PVD的重要原料- 磁控溅射超高纯Ta靶往往会因晶粒尺寸、织构梯度均匀性的问题,极大地影响沉积薄膜厚度的均匀性,从而影响先进制程芯片良率。因此,结合先进制程芯片的特殊应用环境,本文简述了集成电路用PVD工艺过程与先进制程对Ta靶的应用需求,并综述了近些年集成电路用超高纯Ta常用提纯与晶粒、织构控制工艺的研究进展,包括Ta粉提纯、电子束熔炼、锻造、轧制、再结晶退火工艺以及加工对最终Ta靶溅射性能的影响,针对各类工艺对Ta晶粒、织构的影响进行了阐述。最后,对磁控溅射超高纯Ta靶在先进制程芯片的应用现状与制备工艺难点进行了总结和展望,指出领域内新出现的更具高经济性与材料利用率的超高寿命高厚度(0.65英寸,1英寸=25.4 mm)Ta靶,以及对超高纯Ta形变热处理工艺研发与优化的迫切需求。

钨及钨合金强化方法和烧结工艺研究进展

摘要:钨及其合金因其优异的性能被广泛应用于核工业、航空航天等极端环境中,但钨固有的低温脆性和重结晶脆性也限制了它的进一步应用。本文结合近年来相关研究, 从钨及其合金的成分和制备工艺两方面出发, 综述了钨基材料性能方面的改善及其实现方法。成分调控领域有Re,Ta和 Nb等元素的固溶强化,以及碳化物和氧化物的第二相强化;制备工艺方面分为场辅助烧结的热压、放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)和微波烧结等工艺,以及无场辅助烧结的活化烧结和无压两步烧结方法。最后,总结了现有工艺和技术的发展现状,对不同制备工艺的发展趋势进行了展望。

自钝化钨合金高温氧化性能研究现状

摘要:钨因具有高熔点、高硬度和优良的抗离子溅射性能,被选为聚变堆面向等离子体第一壁的重要候选材料。但是钨的抗氧化性能较差,严重限制了其工程应用。通过添加钝化元素制备自钝化钨合金,可形成保护性氧化膜改善其抗氧化性能。与纯钨相比,自钝化钨合金的抗氧化性能提高了2~4个数量级。近年来,研究者从成分设计和成分优化对自钝化钨合金开展了大量研究, 取得了丰硕成果。通过添加Si或Cr制备的W-Si或W-Cr二元自钝化钨合金,因可形成SiO2 或Cr2O3 保护膜,其抗氧化性能明显提高。在二元自钝化钨合金基础上,通过添加活性金属元素如Y,Zr改善氧化产物与合金基体的结合力,发展了三元和四元自钝化钨合金,进一步改善了其抗氧化性能。总结归纳了自钝化钨合金的研究进展,从氧化前后显微结构、物相分析、氧化增重等方面论述了其氧化过程及机制。在此基础上,指出了自钝化钨合金面临的问题并对其发展前景进行了展望。

W-Cu复合材料的应用现状及掺杂改性的研究进展

摘要:W-Cu复合材料因具有高的硬度、耐磨性、抗烧蚀性能、导电性和导热性以及低热膨胀系数等综合性能而被广泛应用于多种工业领域。本文介绍了W-Cu复合材料的最新研究进展及其在电触头、微电子、军事、功能梯度材料方面的应用现状,着重总结和分析了目前W-Cu复合材料掺杂改性的分类及原理,以及掺杂改性对材料性能的影响,最后提出了W-Cu复合材料未来发展的潜在问题和值得关注的研究方向。

真空蒸馏分离杂质提纯金属钪研究

摘要: 采用Miedema混合焓模型进行热力学计算,获得了金属钪中各元素的饱和蒸气压、杂质元素与Sc的分离系数以及蒸馏挥发速率,分析了真空蒸馏提纯金属钪过程中Fe、Al杂质的分离特性及规律。根据理论分析结果,在蒸馏温度为1 550~1 700 ℃、真空度小于10-3 Pa的条件下进行金属钪的真空蒸馏提纯实验。计算结果表明,杂质Mg、Ca、Mn、Ni与主元素Sc的饱和蒸气压差值较大,易于真空蒸馏分离,而饱和蒸气压与Sc相近的Fe和Al杂质难分离;在1 550~1 700 ℃范围内杂质Fe、Al与Sc的分离系数均远小于1,且随着蒸馏温度的升高逐渐增大,不利于Sc与Fe、Al分离;随着蒸馏温度的升高,Sc与杂质Fe和Al的挥发速率均逐渐增大,且杂质随其含量升高挥发速率进一步增大。实验结果表明真空蒸馏可有效去除金属钪中的杂质Fe和Al,使其残留在渣相中。