非晶原位晶化法制备纳米微晶陶瓷

用非晶原位晶化法制备纳米陶瓷可克服粉末烧结法中组成不均匀、存在残留气孔和晶粒在烧结过程中快速长大等难题,具有对起始原料的粒度要求不高、晶相含量、结晶形貌和晶粒尺寸可控等优点.本文以天然矿物和工业废渣为主要原料,将粗的原料在1350～1550℃高温下熔融为均质的玻璃体,成型并退火后在适宜的热处理制度下进行核化和晶化,获得了组成均匀、结构致密、晶粒尺寸在纳米或亚微米级的陶瓷材料.结果表明以CaF2为晶核剂可获得具有球状纳米级晶粒的显微结构,主晶相为硅灰石(β-CaSiO3)和透辉石(CaMg(SiO3)2);加入钢渣和高炉渣可得到具有针柱状结晶的微晶陶瓷,其显微硬度超过12 GPa,弯曲强度达366 MPa引入10%和15%ZrO2的Al2O3-SiO2-ZrO2系玻璃经1200℃晶化处理后具有显著不同的显微结构.     

Sol-gel法制备纳米TiO2锐钛矿相的晶化动力学

采用Sol-gel技术制备了纳米级锐钛矿TiO2，并在300～450℃之间发生了非晶向纳米晶的转变，运用非等温结晶过程的计算原理经过数学变换，计算了Avrami指数n、晶化激活能E、晶粒长大维数m和晶粒长大激活能Q等动力学参数。结果表明，在非晶向纳米晶的转变过程中，纳米晶体的特殊结构m对应着独特的动力学性质。     

Pechini法制备的CeO2纳米晶的晶化动力学

通过Pechini法制备CeO2粉末.XRD分析表明,该粉末在300℃下煅烧1 h后成为纳米晶体.用DT-40热分析仪研究其晶化过程,在热分析过程中,CeO2的晶化过程符合Kissinger方程,计算得到其相变激活能为86.42 kJ/mol,且其晶化过程所需能量比固相法的晶化过程所需能量显著降低.根据Qzawa方程得到,在250℃下Avrami指数n为1.5,频率因子为1.75×108.并由此推断该反应机理的形核过程为长程扩散控制型生长(初期阶段),从小尺寸开始的各种形状的生长形核率随时间下降.     

快淬Nd-Fe-B非晶厚带的晶化过程和非等温晶化动力学

利用熔体快淬法在12 m/8的辊速下制备了Nd6Fe72B22和Nd6Fe68Ti4B17C5非晶厚带.通过DSC和XRD,并借助Kempen模型和Kissinger方程,研究了合金的非晶晶化过程及非等温晶化动力学.结果表明,两种合金厚带具有不同的晶化过程以及晶化动力学机制.Nd6Fe72B22合金的晶化过程分为三步完成:非晶相(AP)→Nd2Fe23B3→Nd2Fe14B+α-Fe+Fe3B→Nd2Fe14B+α-Fe+Fe3B+NdFe4B4,而Nd6Fi4Ti4B17C5合金一步完成晶化:AP→Nd2(Fe,Ti)14(B,C)+α-Fe+Fe3B.与Nd6Fe72B22合金由界面控制的多晶型晶化不同,Nd6Fe68Ti4B17C5合金以扩散控制的共晶型晶化为主.     

水热晶化法制备CeO2纳米晶

用水热晶化法制备了Ceo2纳米晶。X射线衍射（XRD）分析表明，所合成的CeO2纳米晶属于立方晶系，空间群为O^5H-FM3M。透射电镜（TEM）分析表明，CeO2纳米粒子呈球形，平均粒径小于100nm。实验发现，水热处理温度升高，CeO2粒子中含水量减少。CeO2纳米晶的相对密度随水热处理温度的升高而略有增大。     

Co基非晶软磁合金的制备与晶化动力学行为研究

采用旋铸急冷工艺在大气环境中制备出Co6.85Fe4Si10B17.5非晶合金带材.XRD分析表明:样品为完全非晶.用DiamondTG/DTA差热分析仪在高纯氩气保护下测量了非晶薄带的等温晶化动力学曲线.采用JMA方程计算出了合金的晶化动力学参数,在不同的晶化温度下,Avrami指数的值在2.11～2.58之间,晶化激活能Ec为113.67 kJ/mol.Co6.85Fe4Si10B17.5非晶合金的晶化方式是初晶型(761、791、803 K)和共晶型晶化(813 K),合金的晶化百分比与退火时间的关系曲线均为S型曲线.     

Cu-Zr-Ag-Al非晶合金晶化过程的动力学效应

采用铜模吸铸法制备了直径3 mm的Cu_(40)Zr_(44)Ag_8Al_8大块非晶合金(BMGs),并分别利用X射线衍射仪(XRD)和同步示差扫描量热仪(DSC)对其晶化过程中显微结构的演变及其晶化动力学进行研究。结果显示,该BMGs在晶化过程中依次从非晶基体中析出Al_3Zr和Cu_10Zr_7相。采用Kissinger和Ozawa方法计算的非晶样品第一晶化峰的晶化激活能分别为315.69和312.65 k J/mol,该非晶合金具有很强的热稳定性。此外,该非晶合金晶化过程具有很强的动力学效应,特征温度对升温速率的依赖性遵循Lasocka方程,但其晶化机理函数却无明显的动力学效应,与加热速率无关。采用GM模型对30 K/min加热速率下的DSC实验数据进行拟合,发现其拟合参数由λi=5.2,n=3.4变为λi=2.5,n=4,说明该非晶合金的晶化行为遵循形核率随时间增加而不断增加的初晶型晶化规律。     

镍基块状非晶合金的晶化动力学行为

利用铜模铸造方法制备了Ni45 Ti23Zr15Si5Pd12块状非晶合金，采用扫描差热分析(DSC)和X射线衍射(XRD)对该块状非晶合金的晶化动力学行为进行了研究．结果表明：Ni45Ti23Zr15Si5Pd12块状非晶样品的晶化过程为多阶段晶化，主要晶化过程的Avrami指数大于3．0，为三维形核长大过程；随着晶化体积分数的增加，剩余非晶的晶化激活能增大，合金热稳定性增加；原子尺寸差异以及各原子间大的负混合焓是合金具有高的热稳定性的主要原因．     

铪基非晶合金的晶化动力学研究

采用铜模吸铸方法制备了Hf26Be18Ti18Zr18Cu7.5Ni12.5块体非晶合金.并对铪基非晶合金的晶化动力学进行了研究.结果 表明,在连续加热的条件下,根据Kissinger和Ozawa两种方法计算了铪基非晶合金的活化能.根据这两个方程的计算,观察到存在相似的值,并且得出Ex小于Ep,说明铪基非晶合金在整个晶...     

NiCoNbTi非晶合金晶化行为的研究

采用单辊甩带法制备出(Ni0.5Co0)6Nb25Ti15非晶带材,利用X射线衍射和扫描差热分析对该非晶带材的晶化动力学过程进行研究,并用Kissinger方程计算其晶化激活能.结果表明:(Ni0.5Co0.5)60Nb25Ti15非晶带材在升温过程中晶化过程为一级晶化,且随升温速率的增大,该非晶合金晶化起始温度Tx和晶化峰值温度T0均增大,其晶化激活能为165.714 kJ/mol,晶化峰值激活能为168.357 kJ/mol.(Ni05Co05)60Nb25Ti15非晶带材的晶化为多晶析出的共晶晶化方式.     

非晶晶化法制备高性能ZTM微纳米复相陶瓷

采用非晶晶化法制备了Si-Al-Zr-O系氧化锆增韧莫来石(ZTM)微纳米复相陶瓷.分析了不同热处理温度和氧化锆含量对材料微观结构及其力学性能的影响.锆含量为15%(质量分数)的样品在1150℃热处理后能得到较好的力学性能,断裂韧性和抗弯强度分别达到了5.13 MPa·m1/2,520 MPa.比用传统方法制各的ZTM陶瓷性能提高约40%.     

Non-isothermal Crystallization Kinetics and Isothermal Crystallization Kinetics in Supercooled Liquid Region of Cu–Zr–Al–Y Bulk Metallic Glass

The crystallization kinetics of Cu_(43)Zr_(48)Al_9and(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2bulk metallic glasses in non-isothermal and isothermal conditions was studied by differential scanning calorimetry.In the non-isothermal and isothermal modes,the average activation energy of(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2is larger than that of Cu_(43)Zr_(48)Al_9,meaning the higher stability against crystallization of(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2.In addition,the average activation energies for Cu_(43)Zr_(48)Al_9and(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2calculated using Arrhenius equation in isothermal mode are larger than the values calculated by Kissinger–Akahira–Sunose method in non-isothermal mode,indicating that the energy barrier is higher in isothermal mode.The Johnson–Mehl–Avrami model was used to analyze the crystallization kinetics in the non-isothermal and isothermal modes.The Avrami exponent n for Cu_(43)Zr_(48)Al_9is above 2.5,indicating that the crystallization is mainly determined by a diffusion-controlled three-dimensional growth with an increasing nucleation rate,while the Avrami exponent n for(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2is in the range of 1.5–2.5 in the non-isothermal mode,implying that the crystallization is mainly governed by diffusion-controlled three-dimensional growth with decreasing nucleation rate.Finally,the Avrami exponents n for Cu_(43)Zr_(48)Al_9and(Cu_(43-)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2are different in the non-isothermal and isothermal conditions,which imply different nucleation and growth behaviors during the crystallization processes.     

FeNiAlGaPBSiC非晶合金的晶化动力学

采用单辊急冷法制备了Fe68Ni1Al5Ga2P9.65B4.6Si3C6.75非晶薄带.用XRD、DSC研究合金的晶化动力学过程.结果表明:合金的玻璃转变和晶化行为均具有动力学效应,其晶化类型为初晶型和随后的共晶型反应.用Kissinger法计算得到的Eg、Ex、Ep1、Ep2分别为703、373、446、723 kJ/mol,Eg远大于Ex,表明该合金具有较高的热稳定性.     

W17.9Ni65.6B13.5V3非晶合金的非等温晶化动力学研究

采用单辊急冷法制备了W17.9Ni65.6B13.5V3非晶薄带,并用X射线衍射(XRD)和示差扫描量热分析仪(DSC)研究了该非晶合金的变温晶化动力学。结果表明：玻璃转变温度Tg、晶化起始温度Tx和晶化峰值温度Tp均随着升温速率的增加而提高,具有明显的动力学效应;利用Kissinger方程和Ozawa方程求出的W17.9Ni65.6B13.5V3非晶合金的晶化激活能Ex分别达456.9kJ/mol和471.1kJ/mol,非晶合金具有较强的热稳定性;利用Kissinger方程和Ozawa方程计算得到的晶化激活能Ex均小于晶体长大激活能Ep,表明形核过程比晶粒长大过程更容易,该非晶合金在一定条件下退火容易获得超细晶粒组织。     

搅拌摩擦加工制备Al3Ni-Al原位反应复合体

通过在搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing,FSP)过程中填加微米级Ni粉的方法,利用Al、Ni在FSP条件下的快速原位反应,在Al合金1100-H14表面层获得Al3Ni-Al复合体。采用SEM、EDS以及XRD对表面复合体微观结构及相组成进行分析,并对其显微硬度进行评测。结果表明,在FSP强烈的热、力耦合作用下,Ni粉产生了充分碎化,破碎后的Ni粒子与Al产生快速原位反应,生成亚微米甚至纳米级Al3Ni颗粒,而少量微米级残留Ni颗粒被Al3Ni包裹,并与细小的Al3Ni颗粒一同均匀分布于Al合金基体中,从而使得表面复合体的硬度显著提高,其平均值达到了818.3MPa,为基体硬度的2.4倍。     

Fe73.5CulNb3Si13.5B9非晶合金的晶化动力学

用差热分析(DTA)结合X射线衍射(XRD),研究了Fe73.5Cu1Nb3 Si13.5B9非晶合金的晶化动力学.结果表明:温度在0～700℃范围内,该合金的晶化相为α-Fe和Fe2B;α-Fe相晶化表观激活能为452.39 kJ/mol,Fe2B相的晶化表观激活能395.23 kJ/mol;两相在晶化初期激活能最小,随晶化量Xc的增加而迅速增大,在a-Fe的体积分数为30%～80%,Fe2B的体积分数为40%～80%时,呈现极大值.     

锆基大块非晶合金的晶化动力学研究

利用差示扫描量热法(DSC)和X射线衍射法(XRD)研究了非晶合金Zr65Al10Ni10Cu15和Zr52.5Al10Ni10Cu15Be12.5的晶化动力学情况.结果表明,在恒速升温情况下,随着升温速率的加快,非晶合金的特征温度TgTxTp均向高温区移动,其过冷液相区的宽度也逐渐增加,表明非晶合金的玻璃转变和晶化均具有动力学效应;在等温晶化情况下,利用JMA方程计算出两种合金的Avrami指数和有效激活能,由此得出这两种合金的晶化同为受扩散机制控制的形核率随时间增加而下降的晶化过程;并且非晶合金Zr52.5Al10Ni10Cu15Be12.5的热稳定性要强于Zr65Al10Ni10Cu15,经过分析认为,造成这一现象的主要原因是原子半径较小的Be原子与合金中的其它原子组成紧密的堆垛结构,抑制了合金元素的长程扩散.     

Computer Simulation of the Kinetics of Eutectic Crystallization1

The state-of-the-art in the phenomenological theory of eutectic crystallization is considered. The theory is used for developing a method for computer simulation of the kinetics of crystallization of castings from eutectic alloys. The kinetic aspect of the process is considered in terms of the geometry of nucleation, growth, and competition in the process of growth of a set of crystals.