1 福建工程学院材料科学与工程学院，福州 350118
2 中材高新氮化物陶瓷有限公司，淄博 255000
3 中材人工晶体研究院有限公司，北京 100018
4 中材高新材料股份有限公司，北京 100102
采用注射成型与气压烧结结合的工艺，可以低成本、大批量制备出体积小、精度高的陶瓷异形件。本文以低密度聚乙烯(LDPE)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)为黏结剂，在注射温度165 ℃、注射压力85 MPa的条件下制备氮化硅坯体，通过热脱脂工艺和烧结动力学测试，得到了完整的氮化硅注射成型工艺路线，并研究了喂料固含量对坯体密度、烧结密度和维氏硬度的影响，以及喂料在140~160 ℃时的非牛顿指数变化。结果表明：喂料的最佳固含量为52.42%(体积分数)，该条件下制备的氮化硅注射坯体密度为2.10 g/cm3，烧结密度为3.23 g/cm3，维氏硬度为（15.24±0.34） GPa；喂料在160 ℃时的非牛顿指数最小，即在该温度下喂料的流变性最好。
氮化硅 注射成型 黏结剂 固含量 热脱脂 气压烧结 维氏硬度 silicon nitride injection molding binder solid content thermal degreasing pressure sintering Vickers hardness
以锂铝硅酸盐玻璃为研究对象, 研究了不同氧化锆含量以及热处理工艺对微晶玻璃理化性能的影响。结果表明, 当氧化锆摩尔含量从2.0%增加至3.5%时有利于细化晶粒, 使微晶玻璃透过率从70%增加至85%, 对玻璃维氏硬度和热膨胀系数影响不大, 但会降低耐酸性且增强耐碱性; 当氧化锆摩尔含量≥3.0%时, 通过晶化处理可析出硅锂石和氧化锆纳米晶复合相, 使微晶玻璃的维氏硬度从6.38 GPa逐渐增加至7.28 GPa, 同时热膨胀系数受析出晶相影响逐渐增大, 但会降低透过率和化学稳定性。
锂铝硅酸盐 维氏硬度 透明微晶玻璃 氧化锆 理化性能 lithium aluminum silicate vickers hardness transparent glass ceramics zirconia physical and chemical properties
1 河南交通职业技术学院汽车学院，河南 郑州 450005
2 平顶山技师学院现代制造系，河南 平顶山 467000
3 长安大学工程机械学院，陕西 西安 710064
4 华电郑州机械设计研究院有限公司，河南 郑州 450000
以内燃机用45Cr钢为基底，通过激光熔覆制得加入SiC颗粒的CoCrFeNiMo/SiC高熵合金涂层，对比分析第1亚层CoCrFeNiMo（S1），第2亚层CoCrFeNiMo与10%SiC（S2），第3亚层CoCrFeNiMo与20%SiC（S3）的组织形态、力学特性与耐磨损性能的差异性与影响因素。研究结果表明：S2与S3试样中除FCC物相结构，还检测到了M7C3成分（M表示Cr、Mn、Fe）。S1涂层和基体间呈现圆弧结构的结合状态；S2涂层纵截面部位形成了良好结合状态；S3涂层中形成了厚度更小的第2亚层，涂层稀释率升高。在亚层内加入SiC后，生成了脆硬性M7C3产物，表现出更高的硬度。S1涂层磨损后发生了明显的磨粒磨损；S2涂层表面区域形成了更深的磨痕，发生了大片脱落；S3涂层形成更多大尺寸析出相，表现为磨粒磨损的特点。
激光熔覆 高熵合金 梯度结构 维氏硬度 摩擦磨损 laser cladding high entropy alloy gradient structure vickers hardness friction and wear
1 安徽工业大学数理科学与工程学院, 马鞍山 243032
2 先进激光技术安徽省实验室, 合肥 230037
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 合肥 230026
采用提拉法生长了2%Dy3+和1%Tb3+(原子数分数)共掺的钆钪铝石榴石激光晶体(Gd3Sc2Al3O12, GSAG)。研究了晶体(111)晶面的腐蚀缺陷形貌并对缺陷形成机理进行了解释, 讨论了晶体缺陷的特征形貌与晶体结构之间的关系。表征并计算了晶体(111)晶面的维氏硬度和莫氏硬度, 在0.2 kgf载荷和10 s保荷时间条件下, 晶体(111)面的维氏硬度为1 267 kg/mm2, 对应的莫氏硬度为7.3。研究结果对揭示混晶石榴石晶体中缺陷的成因和探索高品质晶体生长与加工工艺具有一定的参考价值。
钆钪铝石榴石晶体 提拉法 激光晶体 共掺 缺陷形貌 维氏硬度 Gd3Sc2Al3O12 Czochralski method laser crystal co-doping defect morphology Vickers hardness
1 常熟佳合显示科技有限公司，常熟 215500
2 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070
设计玻璃组成及晶化工艺提高Li2OAl2O3SiO2微晶玻璃的强度是当前亟需解决的问题。本文通过熔融浇铸法制备了具有特定组成的Li2OAl2O3SiO2玻璃，通过两步热处理方法制备了高强度半透光微晶玻璃。差示扫描热分析结果显示玻璃的转变温度为532 ℃，且有多个析晶峰。热处理后，X射线衍射证明了玻璃中析出以Li2Si2O5、LiAlSi3O8、LiAlSi4O10为主晶相的晶体，且随着热处理温度的上升或时间延长，透锂长石逐渐转变为锂辉石晶相，晶粒尺寸也从70 nm(热处理条件为：750 ℃，0.5 h和780 ℃，10 h)生长至340 nm(热处理条件为：820 ℃，0.5 h和850 ℃，4 h)，微晶玻璃从半透光转变为完全乳浊。微晶玻璃具有优异的机械性能，维氏硬度最大可达9.15 GPa，环上环的最大负载可达1 335 N，最大整机跌落高度可达162 cm。此微晶玻璃可用于手机等电子器件的背板保护玻璃。
微晶玻璃 维氏硬度 热分析 机械性能 热处理 熔融浇铸法 glass ceramics Vickers hardness thermal analysis mechanical property heat treatment meltquenching mehtod
本研究理论预测了三元Hf-Ta-C空位有序结构以及空位对力学性质的影响。采用第一性原理进化晶体结构预测软件USPEX, 预测得到了5种热力学稳定和3种亚稳的(Hf, Ta)C1-x空位有序结构, 这些结构都属于岩盐结构。采用第一性原理方法, 计算了(Hf, Ta)C1-x空位有序结构的力学性质, 并分析了力学性质随空位浓度的变化。(Hf, Ta)C1-x都具有较高的体模量、剪切模量、杨氏模量和维氏硬度;各(Hf, Ta)C1-x的Hf/Ta比相同时, 其模量、硬度等随空位浓度增大而减小。最后, 计算了(Hf, Ta)C1-x的电子态密度, 发现其均具有强共价性和弱金属性。本研究结果对于了解Hf-Ta-C体系的空位结构及其力学性质和应用, 具有重要参考价值。
Hf-Ta-C体系 空位有序结构 维氏硬度 第一性原理方法 Hf-Ta-C system vacancy ordered structure Vickers hardness first-principles method
1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
2 重庆京东方电子科技有限公司, 重庆 400799
3 咸宁南玻光电玻璃有限公司, 咸宁 437000
高强度超薄盖板玻璃是电子信息产品的重要组成部分, 化学强化(离子交换)是提升超薄盖板玻璃力学性能的主要技术途径。在离子交换过程中, 玻璃易产生应力弛豫等现象, 导致化学强化玻璃难以具备较高的表面压应力、较大的应力层深度与较高的维氏硬度。本文采用两步法离子交换工艺, 研究了熔盐、离子交换温度与时间等因素对强化后超薄铝硅玻璃应力层分布及维氏硬度等性能的影响。结果表明, 本文所研发的两步法离子交换工艺, 可以使玻璃兼具较高的表面压应力、较大的应力层深度与较高的表面维氏硬度。离子交换后, 铝硅玻璃的表面压应力可达900 MPa以上, 应力层深度可达70 μm以上, 同时表面维氏硬度达7.2 GPa以上。
超薄玻璃 盖板玻璃 铝硅玻璃 离子交换 表面压应力 应力层深度 维氏硬度 ultrathin glass cover glass aluminosilicate glass ion-exchange compressive stress depth of layer Vickers hardness
以α-Si3N4粉末为原料, Y2O3和MgAl2O4体系为烧结助剂, 采用无压烧结方式, 研究了烧结温度、保温时间、烧结助剂含量以及各组分配比对氮化硅致密化及力学性能的影响。结果表明: 以Y2O3和MgAl2O4为烧结助剂体系, 氮化硅陶瓷在烧结温度为1 600 ℃, 保温时间为4 h, 烧结助剂含量为12.5%(质量分数), Y2O3和MgAl2O4质量比为1∶1时, 综合性能最好; 氮化硅陶瓷显气孔率为0.21%, 相对密度为98.10%, 抗弯强度为598 MPa, 维氏硬度为15.55 GPa。
氮化硅 无压烧结 显气孔率 相对密度 抗弯强度 维氏硬度 silicon nitride pressureless sintering apparent porosity relative density bending strength Vickers hardness
1 沈阳工业大学机械工程学院, 辽宁 沈阳 110870
2 沈阳帕卡濑精有限总公司, 辽宁 沈阳 110042
采用脉冲激光清洗技术以不同的振镜扫描速度对TA15钛合金表面的氧化层和油污进行去除,分析了激光清洗后TA15钛合金的表面形貌以及清洗表面的成分变化和硬度变化。结果表明:随着振镜扫描速度从7000 mm·s -1 增大到10000 mm·s -1,清洗表面的钛元素含量呈现先增加再降低的趋势,而氧元素含量则是先降低再升高;当扫描速度为8000 mm·s -1时,清洗表面的钛元素含量达到最高值,w(Ti)=79.47%,氧元素含量达到最低值,w(O)=8.62%;清洗表面的硬度随着扫描速度的减小而增大;激光清洗去除TA15氧化层的机制主要为气化机制和相爆炸机制。
激光技术 激光清洗 TA15钛合金 氧化层 表面形貌 表面成分 维氏硬度 中国激光
2021, 48(18): 1802004
南京理工大学高端装备数字化设计制造研究中心, 江苏 南京 210094
钴铬合金是常用的口腔修复体材料，采用选择性激光熔融(SLM)技术成形钴铬合金，研究其硬度变化规律对人工义齿在咀嚼过程中的摩擦磨损分析具有重要意义。探讨工艺参数对钴铬合金SLM 成形件硬度的影响规律，并建立维氏硬度预测模型。实验结果表明，SLM 成形过程中，激光功率对钴铬合金试件维氏硬度的影响最显著，扫描速度次之，扫描间距最小。沿建造方向，晶粒呈柱状排列，生长方向一致，晶粒之间有明显的层状堆叠；沿垂直于建造方向，晶粒呈网格状且排列均匀紧密。随着激光能量密度增大，晶粒尺寸逐渐变大，成形件强度和硬度提高，微观纹理致密且孔洞缺陷明显减少。根据实验数据，建立了维氏硬度预测模型并验证了其有效性。
激光技术 选择性激光熔融 钴铬合金 维氏硬度 预测模型
