亚微米硬材料的高压制备及强化机理探索

项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51872189
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0203.碳素材料与超硬材料
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

It is commonly acknowledged that nanocrystalline strengthening can increase the strength and toughness of known materials. Is there any other strengthening mechanism? This project proposes a high-pressure strengthening mechanism. The sample, which with the strength and toughness of nanomaterials, can be prepared by sintering at ultra-high pressure and high temperature with submicron hard materials. The hardness of it exceeds that of single crystal. For instance, by sintering at high pressure (8-10 GPa) and high temperature (2300 K), with 0.2-0.5um cBN single crystal starting material, under a load of 29.4 N, the sample reaches Hv of 75 GPa. Also, using 0.5um diamond powder as the starting material, sintered at high pressure (14 GPa) and high temperature (2200K), the sample has a hardness of Hv=125 GPa at a load of 49 N. It was found in the TEM analysis that nanoscale parallel stripe substructures exist in the submicron grains. Based on the experimental results, this project will prepare hard materials with better performance by relying on domestic cubic press with two-stage system developed by our laboratory, and at the same time, to explore the high-pressure strengthening mechanism in bulk hard materials. This strengthening mechanism can also be extended to WC materials, Al2O3, Si3N4 and other ceramic materials.
纳米强化是目前公认的既能提高材料强度又能提高材料韧性的强化方法,除此之外还存在其它的强化机制吗?本项目提出了一种高压强化机制。它采用亚微米硬材料在超高压、高温的条件下烧结,制备出的样品具有纳米材料的强度与韧性,其显微硬度超过了其单晶的硬度。例如采用0.2-0.5μm的cBN单晶材料,在(8-10GPa,2300k)的高压高温条件下烧结,其样品的显微硬度Hv=75GPa(3kg加载),同样采用0.5μm的金刚石单晶为初始材料,在(14GPa,2200K)高温高压下烧结,样品的显微硬度Hv=125GPa(5kg加载)。在TEM分析中发现在亚微米晶粒的内部存在纳米量级的平行条纹亚结构。本项目将在该实验结果的基础上,依靠本实验室自主研发的国产六面顶二级增压技术,制备出更好的硬材料,探索块体材料的异于纳米强化的高压强化机理。这一强化机理还可推广到WC材料,Al2O3,Si3N4等陶瓷材料领域。

结项摘要

通过改进六面顶压机一级组装,达到了12GPa、2100K的压力、温度条件,能够制备出纯相硬材料的块体样品;通过改进二级组装的加热原件,达到了20GPa、2500K的压力温度条件,制备出高性能纯相多晶立方氮化硼样品。采用亚微米cBN在11 GPa/1750℃,制备出了纯相PcBN烧结体,其显微硬度HV=72GPa(3KG加载),断裂韧性KIC=12.4MPaM1/2,耐热性1273℃;采用0.4~1微米cBN在14GPa/1700℃、14GPa/1800℃制备出了纯相透明PcBN烧结体,透光率为49%–57 % 、67 %–71 % (400 nm–800 nm);同时1700℃样品其显微硬度HV=69GPa(3KG加载),断裂韧性KIC=11.6MPaM1/2。其显微硬度超过了cBN单晶的最高硬度45GPa。这是除了细晶强化的另外一种强化方法-即高压强化。本项目为研究开发新材料打开了一扇门。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
High-pressure preparation of high-hardness CoCrFeNiMo0.4 high-entropy alloy
高硬度CoCrFeNiMo0.4高熵合金的高压制备
  • DOI:
    10.1016/j.ijrmhm.2021.105718
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
    International Journal of Refractory Metals and Hard Materials
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Yulin Qin;Yipeng Wang Shixue Guan Chuqi Wang Bo Jiang;Wenqiang Wang Mengyang Huang Bo Peng Qingze Li;Fang Peng;Zili Kou
  • 通讯作者:
    Zili Kou
Micro-sized polycrystalline cubic boron nitride with properties comparable to nanocrystalline counterparts
微米级多晶立方氮化硼的性能可与纳米晶对应物相媲美
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2019.12.120
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Yin Xiaoshuang;Kou Zili;Wang Zhiwei;Liu Teng;Liang Akun;Yang Ming;Guan Shixue;Zhang Yuanfen;Chen Shijiang;Jiang Mingli;He Duanwei
  • 通讯作者:
    He Duanwei
Progress to electrical properties of diamond-SiC composites under high pressure and high temperature
金刚石-SiC复合材料高压高温电性能研究进展
  • DOI:
    10.1016/j.diamond.2019.03.012
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
    Diamond and Related Materials
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Chen Shijiang;Kou Zili;Li Yuanyuan;Wang Zhiwei;Zhang Yuanfen;Yuan Linmao;Yin Xiaoshuang;Jiang Mingli;He Duanwei
  • 通讯作者:
    He Duanwei
Study on the extreme thermodynamic conditions for the synthesis of CoCrFeNiMox (x = 0–0.3) alloy
CoCrFeNiMox(x=0~0.3)合金合成极端热力学条件研究
  • DOI:
    10.1016/j.ijrmhm.2022.106015
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
    International Journal of Refractory Metals and Hard Materials
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Yipeng Wang;Yue Tang;Zili Kou;Duanwei He
  • 通讯作者:
    Duanwei He
A double-layer heating method to generate high temperature in a two-stage multi-anvil apparatus
一种在两级多砧装置中产生高温的双层加热方法
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/ab9dec
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Peng Bo;Kou Zili;Zhao Mengxi;Jiang Mingli;Zhang Jiawei;Wang Yipeng;Zhang Lu
  • 通讯作者:
    Zhang Lu
共 13 条
  • 1
  • 2
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其他文献

碳化铝与水反应合成甲烷水合物的实验研究
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    李文强;寇自力;李文雍;王赵;张伟;贺端威
  • 通讯作者:
    贺端威
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  • 发表时间:
    2012
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    工具技术
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    --
  • 作者:
    刘珅琢;李勇;寇自力
  • 通讯作者:
    寇自力
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    硅酸盐学报,2007,35(7):828~831
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐翠霞;唐敬友;姚 怀;寇自力
  • 通讯作者:
    寇自力
立方氮化硅的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    材料导报,2007,21(9):17~19
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐翠霞;唐敬友;寇自力;刘雨生
  • 通讯作者:
    刘雨生
共 4 条
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高纯细粒度聚晶立方氮化硼的高温高压制备与表征
  • 批准号:
    51072123
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    37.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目