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材料研究与应用
材料研究与应用

梁振锋

季刊

1673-9981

gdys6108@163.net

020-61086285 37239026

510650

广州市天河区长兴路363号

材料研究与应用/Journal Materials Research and Application
查看更多>>本刊主要刊登有色和稀有金属的选矿与冶炼、金属材料与加工、粉末冶金、选冶药剂、分析检测、焊接技术、自动控制、节能技术等学科的学术论文、科研成果、理论探讨、专题性或综合性的动态评述等。
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    银基合金靶材研究现状及发展趋势

    高洋廖锋尧李强柳春锡...
    685-694页
    查看更多>>摘要：银及银合金靶材是新型显示与半导体集成电路中重要的电子材料之一,但其制备技术在我国未能实现产业化.近年来,随着我国新型显示技术及半导体集成电路领域的快速发展,银合金靶材的市场需求总量及经济价值也在持续快速增长,相关产业化进程也在逐渐加快.为此,从银合金靶材的制备技术、专利现状、应用前景及市场概况等方面进行综合评述.针对银合金靶材制备过程中原料提纯、微合金化等关键技术的工艺原理及靶材微观组织调控方法进行分析讨论.阐述了银合金靶材制备工艺流程及微观组织形貌、晶体学取向调控的作用机制和其对合金薄膜性能的影响,提出了目前我国在银合金靶材制备领域的主要问题.此外,针对银与银合金薄膜在实际应用过程中不耐氧化、硫化和耐气候性差的特点,对国内外申请的专利进行了归纳,重点分析了微合金化过程中In、Pd、Cu、Sc、Sn等元素添加对靶材抗氧化、抗硫化、耐气候性的性能的影响及作用机理,为研发新型组分的银合金靶材提供了借鉴.最后,从市场规模及技术发展方向等方面对现阶段我国银合金靶材的研究进展进行了总结,提出了微合金化及组织优化仍是未来银合金靶材新产品开发的主要方向,指出了产业链的健全及多领域的协同联动不足是当前银合金行业发展面临的主要困难和挑战.

    半导体集成电路银合金微合金化溅射靶材抗氧化抗硫化耐气候性专利分析

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    碲化铋基柔性热电器件研究进展

    顾晓凤戈镇洲舒元春彭德权...
    695-709页
    查看更多>>摘要：碲化铋基柔性热电器件具有体积小、质量轻、可变形、可弯折的特点,能够实现高密度阵列集成,契合未来电子信息领域对高性能、微型化、低功耗器件的发展需求.该种器件适用于复杂几何结构和不规则曲率变化的表面,能够满足物联网、可穿戴设备、微电子芯片行业对微能源供应、小空间快速制冷、个人热量管理的需求.综述了近年来碲化铋基柔性热电器件研究进展和存在的问题,并对其未来的发展方向进行了展望.虽然碲化铋基柔性热电器件的研究取得了一定的进展,但整体上仍处于实验室阶段,实现大规模商用应用还有一段距离,今后应侧重于输出功率的提升、穿戴舒适性和美观性、服役稳定性和使用寿命,以及降低制造难度方面的研究.碲化铋基柔性热电器件主要分为块体型、薄膜型和纺织物型3大类型.块体型器件的输出功率一般可达1×10-5 W∙cm-2,但其柔韧性和穿戴舒适性不足,可通过提高碲化铋基热电材料本身的ZT值、优化负载电阻、选择热导率低的封装材料,以及合理设计封装元件尺寸和热电臂的形状、数目和连接方式等方法来持续提高其热电性能,可通过开发柔韧性更高、甚至具备自愈能力的封装材料和连接材料来提升其柔韧性和穿戴舒适性.薄膜型器件的输出功率一般在1×10-6-1×10-9 W∙cm-2之间,还达不到实际应用需求,通过提升碲化铋基薄膜制备技术并优化工艺参数来提高薄膜本身热电性能,开发热稳定性、电阻率、导热系数更优的热电界面材料,从而降低接触热阻导致的界面热损失,提高输出功率和转换效率,通过选择柔韧性和机械稳定性更高的基底材料来其使用寿命.纺织物型器件具有较好的拉伸、弯曲和剪切性能,能满足穿戴的舒适性要求,但热电性能较差,输出功率也普遍在 1×10-6-1×10-9 W∙cm-2 之间,且稳定性不足,可通过改进涂印和浸渍工艺来提高纱线表面碲化铋基热电材料的均匀性,创新热电纱线组装的结构以在织物厚度方向上更好地建立温差,从而提高其热电性能.本研究为碲化铋基柔性热电器件的应用提供了理论参考.

    碲化铋柔性热电器件块体型薄膜型纺织物型性能

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    铝基复合材料搅拌摩擦加工制备工艺及其耐磨性能研究进展

    刘傲翔王江涛李星辰何明涛...
    710-720页
    查看更多>>摘要：铝基复合材料具有密度低、加工性能良好、耐腐蚀等特点,在高性能制造方面拥有举足轻重的地位,被广泛应用于航空航天、船舶机械等领域.然而,在往复运动的工况条件下,工件之间的磨损对材料的性能影响最为显著,从而降低工件的服役寿命.因此,提高工件耐磨性能和延长服役寿命,对于扩展铝合金的使用范围具有非常重要的意义.在制备铝基复合材料的工艺中,搅拌摩擦加工(Friction stir processing,FSP)技术是制备复合材料的新兴方式之一,所制备的复合材料具有优异的微观组织、不易产生界面反应等特点.所以,搅拌摩擦加工技术在铝基复合材料的生产中有巨大的应用潜力.针对搅拌摩擦加工制备铝基复合材料进行了综述,重点介绍了增强相的种类和含量,以及搅拌摩擦加工中的搅拌道次和焊接等参数,并且讨论了上述因素对铝基复合材料耐磨性能的影响.结果表明:随着增强相含量的增多,铝基复合材料的耐磨性能增强,但过多的含量反而会导致耐磨性能降低;随着搅拌道次的增加,有利于晶粒的细化,但是晶粒的细化程度过高,反而降低了铝基复合材料的耐磨性能.在此基础上,还研究了提高耐磨性能的机理.结果表明,在往复磨损过程中,材料的亚表层易形成动态再结晶,而动态再结晶尺寸对复合材料的耐磨性能有影响,过小的结晶尺寸会使耐磨性能下降.此外,还指出了搅拌摩擦加工制备铝基复合材料过程中存在的问题,如纳米增强相的团聚现象,以及选取适合FSP的工艺窗口等.最后,对FSP未来的研究趋势进行了展望.

    FSP铝合金铝基复合材料增强相种类增强相含量搅拌道次焊接参数耐磨性能

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    晶体结构对316不锈钢腐蚀影响的第一性原理研究

    柳剑许涛王翠凤苏芳...
    721-726页
    查看更多>>摘要：316不锈钢的耐腐蚀问题是研究者关注的热点之一.基于密度泛函理论第一性原理,运用Materials Studio软件中CASTEP模块,对316不锈钢的晶体(奥氏体、铁素体、渗碳体和Fe合金)进行总能量和电子结构模拟计算,考察晶胞总能量、能带结构及电子态密度对316不锈钢腐蚀性能的影响.晶胞总能量计算结果表明,渗碳体和Fe合金的晶胞总能量最小,其次是奥氏体,最后为铁素体.说明,316不锈钢中渗碳体和Fe合金的性质最稳定、抗腐蚀性能最好,而铁素体的抗腐蚀性最差.随着316不锈钢中Cr含量增加,晶胞总能量逐渐减小,各相态晶体结构的稳定性逐渐变强.说明,当受到腐蚀介质侵蚀时,增加Cr的含量可提高316不锈钢的稳定性和耐腐蚀性.能带图和电子态密度结果表明,渗碳体和Fe合金的能带宽度小而密集且局域性强,而铁素体能带宽度大且非局域性强.说明,渗碳体和Fe合金的性质更稳定、抗腐蚀性能更好,而奥氏体次之,铁素体抗腐蚀性最差.随着316不锈钢中Cr含量增加,含Cr奥氏体的最大峰值对应的能量越低,区域分布的核外电子数越少.核外电子分布较少,不易失去电子,也不易发生氧化还原反应,结构越稳定.在发生腐蚀过程中,含Cr高的奥氏体结构更稳定,耐腐蚀性能更好,这一结论符合贫铬理论或晶间区偏析杂质理论.

    316不锈钢晶体结构第一性原理金相组织耐腐蚀性晶胞总能量能带结构电子态密度

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    Cr3+掺杂F-修饰BaScO2F钙钛矿结构宽带近红外荧光粉

    谢思源马博新郭月禹庭...
    727-735页
    查看更多>>摘要：Cr3+掺杂的近红外荧光材料,因具有高量子效率、可调的宽带发射及在蓝色光谱范围内的强吸收特性而备受关注.通过晶体场工程,可以调节Cr3+掺杂的近红外荧光材料的发射范围,但常规的阳离子取代对发射范围的调节通常限制在近红外Ⅰ区(波长<1 000 nm).在生物医学成像领域,由于生物组织的吸收、散射和自发荧光较低,在近红外Ⅱ区,能够实现更高的穿透深度及无创或微创的深部组织成像.采用高温固相法,以Ba2Sc2O5 类钙钛矿型氧化物为基体,合成了一系列基于F-修饰的近红外荧光粉BaSc1-xO2F:x Cr3+(x=0.001-0.01).通过XRD图谱和容差因子计算,证明了合成的样品具有立方钙钛矿结构.另外,通过漫反射光谱(DRS)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段,确认了Cr离子的价态为Cr3+.利用电子顺磁共振(EPR)对Cr3+周围的晶体环境进行检测分析发现,样品在波长700-1 400 nm范围内表现出近红外宽带发射,发射中心约在1 040 nm处,半峰宽(FWHM)高达250 nm.表明,Cr3+的发射有效覆盖了近红外Ⅱ区.同时,也证明了通过阴离子掺杂调节晶体场强度是可行的.由于PLE光谱和PL光谱在波长700-850 nm范围内存在重叠,随着Cr3+掺杂浓度的增加,发射部分被重吸收,导致发射中心出现明显的红移现象.由于BaSc1-xO2F:x Cr3+近红外荧光粉的吸收峰与蓝光LED芯片能够匹配,表明其具有商业化潜力.本研究为生物医学成像领域的近红外Ⅱ区荧光粉转换LED器件提供了优异的宽带近红外光源材料.

    宽带近红外光高温固相法荧光粉Cr3+钙钛矿结构阴离子F修饰晶体场强度近红外Ⅱ区

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    冷轧变形量对热处理后CoCrFeMnNi高熵合金退火孪晶及力学性能的影响

    杨煜锋杨玉婧董勇李传强...
    736-741页
    查看更多>>摘要：经冷变形与热处理后的CoCrFeMnNi高熵合金性能会受到在退火过程中产生退火孪晶的影响,而孪晶形貌与种类的变化与冷变形量和热处理条件相关.探究了高温短时热处理下,冷变形量对退火孪晶及力学性能的影响.采用真空中频感应熔炼炉制备了FCC单相CoCrFeMnNi高熵合金,样品经均匀化退火后使用两辊轧机沿同一方向进行多次冷轧,得到不同变形量的样品.样品在900℃条件下退火1 h,采用金相显微镜、X射线衍射与透射电子显微镜对样品的微观组织形貌进行表征以观察样品中退火孪晶的变化,在室温下对样品进行了静态单轴拉伸试验,研究了不同变形量对于退火孪晶的影响以及退火前后力学性能的变化.结果表明,退火孪晶的种类和数量会随变形量变化:变形量30%的样品内部晶粒尺寸大,退火孪晶的种类和数量最少;变形量80%的样品晶粒尺寸与30%的样品相近,但退火孪晶数量、种类多;变形量50%的样品晶粒尺寸最小,退火孪晶数量与种类中等.未经热处理的样品其抗拉强度与变形程度呈正相关,抗拉强度最高可达到1 333.44 MPa,经900℃×1 h退火处理后,其抗拉强度与变形程度呈负相关,抗拉强度最高为585.81 MPa.结果表明,CoCrFeMnNi高熵合金在高温短时间的热处理条件下具有良好的相稳定性,轧制和退火后均为FCC单相结构,没有析出相产生.冷变形后的样品在热处理后样品内部发生了再结晶,晶粒的尺寸大小与退火孪晶的数量和种类以及样品的力学性能会随着变形量的不同产生变化.同时,合金内部产生的小尺寸退火孪晶起到了存储位错的作用.

    高熵合金冷轧退火孪晶再结晶晶粒尺寸相稳定性拉伸试验力学性能

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    后处理优化组织结构改善冷喷涂增材制造M2052合金阻尼性能

    孙立赢陈龙刘硕段康飞...
    742-749页
    查看更多>>摘要：冷喷涂增材制造技术具有低的热输入,以及能够有效避免晶粒长大、相变和高热应力等缺陷形成的优势,越来越受到人们的关注.虽然冷喷涂方法能够有效地避免高阻尼锰铜合金在制备过程中的氧化和热裂纹的形成,但冷喷涂过程中粉末严重塑性变形产生的大量位错会导致冷喷涂锰铜合金阻尼性能明显降低.因此,对不同热处理工艺提升冷喷涂Mn-20Cu-5Ni-2Fe(M2052)合金阻尼性能的机理,以及相关的微观组织演变规律进行了研究.结果表明,在冷喷涂过程中,由于粉末颗粒变形不充分,因此形成了一些孔洞.在粉末颗粒边界处形成的孔洞经固溶处理后数量明显减少,这是因原子扩散促进了颗粒间的部分孔洞愈合.另外,在冷喷涂成形过程中粉末颗粒碰撞的界面处会产生巨大的热量,从而发生动态再结晶,形成尺寸约为200-400 nm的纳米晶粒.冷喷涂沉积M2052合金经850℃、1 h固溶处理和恒温420℃不同时间的时效处理后,晶粒发生再结晶和长大,形成了无畸变的等轴晶,这与时效处理导致冷喷涂M2052合金奥氏体调幅分解有关.随着时效时间的增加奥氏体调幅分解程度增加,导致富锰基体中锰含量的增加,从而促进了M2052 合金马氏体相变温度的增加.冷喷态M2052 合金经固溶(850 ℃×1 h)+时效(420 ℃×24 h)处理后,室温下呈现出了最佳的阻尼性能(Ψ0.08％≈26％).本研究为锰铜合金的阻尼性能的提高提供了理论依据.

    冷喷涂增材制造M2052合金阻尼性能调幅分解马氏体相变原子扩散组织结构热处理

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    AgVO3类氧化酶对槲皮素的信号增强型比色传感研究

    吴芸芸杨秀双刘文峰秦冬冬...
    750-761页
    查看更多>>摘要：目前,纳米酶的设计合成及比色传感应用是分析化学领域的研究热点,开发一种具有高活性、良好稳定性、不依赖过氧化氢的单一类氧化酶活性材料是实现高效比色传感的关键.采用适合大规模制备的溶液共沉淀法,合成了长度为 10-20 μm、直径为 100-200 nm的AgVO3 纳米棒(AgVO3 NRs).研究发现,AgVO3 NRs能催化无色的3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)氧化生成蓝色产物oxTMB.机理研究发现,AgVO3 NRs显示单一且高效的类氧化酶活性,并对不同底物具有广谱性.以TMB为底物时,底物诱导活化材料表面吸附的化学氧,并将其转化为超氧自由基(·O2-).超氧自由基作为电子受体,将底物TMB氧化并触发显色反应,该过程近似为一级反应.当有槲皮素存在时,TMB的氧化得到促进,oxTMB浓度增加导致其吸光度显著上升,蓝色加深.基于该过程,构建了一种具有信号增强型"关-开"模式的槲皮素比色传感检测系统,即AgVO3 NRs+TMB+槲皮素.研究结果表明,在25℃下、缓冲溶液pH=4条件下,槲皮素(浓度在0-1.0 μmol∙L-1)与oxTMB在652 nm处的吸光度呈良好的线性关系,检测限为11.82 nmol∙L-1.说明,AgVO3 NRs是一种性能优良的类氧化酶材料,可实现多酚类化合物槲皮素的比色检测.本研究揭示了AgVO3 NRs在化学分析检测、食品安全、生物医学领域的应用潜力.

    纳米酶类氧化酶AgVO3纳米棒槲皮素自由基信号增强比色传感器

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    1050 H12铝合金力学性能的响应曲面模型及优化预测

    段伟肖永通邝宏聪关耀威...
    762-768页
    查看更多>>摘要：随着全球各国对南极、深海、太空等极端环境探索活动的增加,铝合金材料的低温服役性能日渐凸显重要,开展铝及铝合金在极端温度条件下力学行为与性能的研究具有重要意义.采用一种符合旋转性的球面设计方法—响应曲面设计(Box-Behnken design,BBD),对1050 H12铝合金拉伸试验参数(拉伸速率、试验温度、保温时间)进行了系统的研究,获取拉伸试验参数与1050 H12铝合金的抗拉强度和断后伸长率的关系,同时结合力学试验结果(抗拉强度、断后伸长率)得出最高优度值分别为复相关系数r12=0.999 1、r22=0.994 8及显著性水平 P值(Prob>F)均小于0.000 1的可靠数学模型.通过模型及方差分析可知,抗拉强度模型及断后伸长率模型的失拟项分别为 0.077和 0.117(均大于 0.05),表明失拟性检验均为不显著,充分反映了模型试验的误差小,可用于精确分析和预测试验温度、保温时间、拉伸速率与抗拉强度、断后伸长率之间的关系.试验设计方案中3个拉伸试验参数对1050 H12铝合金抗拉强度、断后伸长率的影响从大到小的顺序为试验温度>拉伸速率>保温时间,其中1050 H12铝合金的抗拉强度、断后伸长率均对试验温度十分敏感,且均与试验温度、保温时间呈负相关关系,即在低温条件下1050 H12铝合金会出现低温增强增韧现象.通过响应曲面模型的精确预测得出,当试验温度为-30℃、保温时间为14 min、拉伸速率为 9 mm∙min-1 时,1050 H12铝合金的抗拉强度和断后伸长率会出现峰值.本研究为极端环境下应用1050 H12铝合金提供了有效的数据支撑.

    1050H12铝合金低温响应曲面抗拉强度断后伸长率方差分析拉伸速率Box-Behnken设计

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    热处理工艺对SLM打印成形CoCrMoW显微结构和力学性能的影响

    邱芷薇
    769-776页
    查看更多>>摘要：CoCrMoW合金是烤瓷牙金属基底和可拆卸活动支架的理想材料.针对SLM成形CoCrMoW合金的热处理工艺,尤其是较长的时效时间导致的生产效率过低,以及热处理后SLM成形件尺寸一致性和翘曲变形程度等问题,对热处理后的合金性能进行了研究.以气雾化CoCrMoW合金粉末(粒度15-53 μm)为原材料,采用SLM方法打印CoCrMoW合金试样,并将其分别在920、960和1 000℃下进行热处理并保温 1 h,随炉冷却至 600℃后取出.采用SEM、EDS和拉伸测试等方法,研究热处理工艺对SLM打印态CoCrMoW合金的显微结构及力学性能的影响.结果表明:热处理后合金基体的晶内、晶界均析出了第二相颗粒,在温度920和960℃下析出相颗粒分布均匀且密集,而在温度1 000℃下晶内部分析出相溶解;随着热处理温度的提高,析出相明显生长得更加粗大.根据EDS成分分析,判断析出相为金属间化合物Co3(Mo,W)2Si.不同热处理条件下,试样的力学性能有明显差异,并且与析出相的分布、数量、尺寸密切相关.当在920℃下进行热处理时,密集细小的析出相对基体的强化效果最为显著,表现为最高的屈服强度(1 134 MPa)、最低的塑性(延伸率7%),断口为脆性倾向的准解理断裂.随着热处理温度升高,析出相发生了粗化且部分溶解,试样的强度逐渐下降,而塑性逐渐提升.在1 000℃下进行热处理时,合金的力学性能恢复至接近打印态水平,屈服强度892 MPa、延伸率14.8%,断口为韧性倾向的准解理断裂,此时合金兼具高强度和高塑韧性.此外,较高的热处理温度可以更有效地释放残余应力,减小翘曲变形,经1 000℃热处理后的试样形变量最小(0.13 mm).热处理条件对SLM成形CoCrMoW合金的性能和形变控制至关重要,可以根据不同应用需求进行选择.

    CoCrMoW合金齿科材料激光选区熔化热处理显微结构力学性能翘曲变形残余应力

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