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期刊信息/Journal information
中南大学学报（自然科学版）
中南大学
中南大学学报（自然科学版）

中南大学

黄伯云

月刊

1672-7207

zngdxb@csu.edu.cn

0731-88879765

410083

湖南省长沙市中南大学校内

中南大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Central South University（Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中南大学主办的一本以有色金属和稀有金属为主的综合性学术刊物，主要刊登地质采矿、矿物工程、有色冶金、材料科学与工程、机械工程、自动控制工程、计算机科学、应用数理化等方面的学术论文和科研成果，可供有关高等院校师生，研究院研究人员、厂矿企业及地质队工程技术人员在教学、科研和生产工作中参考。
正式出版
收录年代

    基于场致应变的钛酸铋钠基压电纤维复合材料性能研究

    陈宇龙汤林袁晰罗行...
    2857-2866页
    查看更多>>摘要：基于钛酸铋钠基无铅陶瓷制备压电纤维复合材料,并研究BNT基压电陶瓷纤维体积分数对复合材料的影响.研究结果表明:随压电陶瓷体积分数的增加,自由应变和顶端位移增大;当压电陶瓷体积分数为81.40％时,在0～1 500 V正弦电压激励下,自由应变和顶端位移最大分别达到543×10-6和14.92 mm;在循环寿命实验中,经历1.0×106次循环后性能依然稳定,具有优异的耐疲劳性能,作为柔性驱动器应用前景广阔.

    压电纤维复合材料钛酸铋钠场致应变驱动性能

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    铜增韧Mo2BC陶瓷的力学性能和摩擦学性能

    张智源王帅逄显娟刘娟...
    2867-2878页
    查看更多>>摘要：采用快速热压反应烧结法制备高强韧Mo2BC/Cu陶瓷基复合材料.研究铜含量对Mo2BC/Cu复合材料的微观组织、力学性能和摩擦学性能的影响,并对其增韧机制和磨损机理进行分析.研究结果表明:Cu均匀地分散在Mo2BC基体中,具有细化晶粒的作用.Mo2BC/Cu复合材料中铜可以添加的最大质量分数为7.5％.随着铜含量的增加,Mo2BC/Cu复合材料的弯曲强度和断裂韧性增加.当Cu质量分数为7.5％时,复合材料的弯曲强度和断裂韧性最高,分别为625.1 MPa和7.4 MPa·m1/2,与Mo2BC陶瓷相比,分别提高了24％和62％,其主要的增韧机制为铜的塑性变形、晶粒拔出、桥接效应和裂纹的偏转.此外,铜的添加还可以明显提高Mo2BC/Cu复合材料的摩擦磨损性能.当Cu质量分数为2.5％时,复合材料的摩擦因数可低至0.36,磨损量最小,耐磨性最优,其主要的磨损机制为轻微的二体磨粒磨损和氧化磨损.

    陶瓷基复合材料Mo2BC高强韧摩擦磨损

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    磷酸含量对FeSiCr@磷酸盐/硅酸钠软磁粉芯性能的影响

    王璞刘佳奇王成飞朱争取...
    2879-2886页
    查看更多>>摘要：基于粉末冶金工艺制备FeSiCr@磷酸盐/硅酸钠软磁粉芯,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)与盐雾等实验方法与损耗分离计算,探究不同磷酸含量(质量分数为0～1.5％)对FeSiCr复合粉芯软磁性能与耐蚀性的影响.研究结果表明,适度增加磷酸含量,可提高磁粉芯相对密度与直流偏置性能,并显著降低磁粉芯损耗.但过高的磷酸含量会降低绝缘层均匀性,增加磁畴壁运动的阻力,导致磁粉芯损耗增加与磁导率下降.此外,磁粉芯耐蚀性也随磷酸含量增加而下降.当磷酸质量分数为1.0％时,FeSiCr磁粉芯具备最优综合软磁性能,磁导率为38.3(100 kHz时),损耗为646.24 mW/cm3(1 MHz与20 mT时).

    FeSiCr合金软磁粉芯绝缘包覆软磁性能耐蚀性能

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    烧结氧分压对25(20Ni-Cu)/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷微观结构及其力学与电学性能的影响

    刘晨旭何勇熊慧文周科朝...
    2887-2899页
    查看更多>>摘要：为提高金属陶瓷的相对密度,优化物相组成,采用可控氧分压烧结制备名义成分为25(20Ni-Cu)/(10NiO-NiFe2O4)的金属陶瓷,并基于Fe-Ni-O三元相平衡热力学,探究烧结氧分压对材料微观组织、力学与电学性能的影响,揭示不同烧结氧分压下,金属陶瓷的失氧反应与组织演变机制.研究结果表明,烧结氧分压影响了尖晶石相的分解和金属相的氧化过程,进而决定金属陶瓷的平衡相组成;当氧分压为2.1～12.1 Pa时,NiFe2O4相有一定程度的分解,且金属相含量高于标准含量,经1 250℃烧结后,金属陶瓷的平衡相组成为CuNiFe-NiO-NiαFe3-αO4.金属陶瓷的力学性能和电导率均随氧分压的升高而降低,当氧分压为2.1 Pa时,样品相对密度最高,达99.7％,抗弯强度达176.86 MPa,室温电导率为14 S·cm-1.

    金属陶瓷铝电解力学性能电学性能烧结气氛

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    成分优化对软磁MnZn铁氧体的影响规律

    徐展源赵伟史湘石张振宇...
    2900-2909页
    查看更多>>摘要：采用"化学溶胶—喷雾干燥—煅烧"方法制备Mn0.5-yZn0.5Fe2+yO4(y=0,0.01,0.03,0.05,0.07,0.09)软磁MnZn铁氧体,利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和超导量子干涉磁测量系统等检测方法对其进行表征.研究结果表明:当y=0～0.07时,样品均只含有MnZn铁氧体单相;而当y=0.09时,将析出α-Fe2O3杂质相,此现象得到了XRD和Raman光谱结果验证.随着Fe含量的增加,平均晶粒度先减小再增大,当y=0.03时,平均晶粒度最小.样品中的Fe呈+3价,Zn呈+2价,而Mn则存在+2、+3和+4这3种价态,其中,当y=0.09时,样品中Fe3+位于MnZn铁氧体和α-Fe2O3中的环境不同,其Fe2p3/2峰存在结合能分别为710.09、711.16和713.71 eV的3个子峰.样品中Mn2+的含量先增加再减少,在y=0.07时最大.所有样品均呈细小颗粒组成的空心球壳形貌,几乎不存在非空心球壳粉末形貌,且元素均匀化分布.当y=0～0.09时,比饱和磁化强度(Ms)为41.15～54.58 A·m2/kg,剩磁(Mr)为0.91～6.50 mA/m,矫顽力(Hc)为2 242.4～8 917.6 A/m,矩形比(Mr/Ms)为0.02～0.12.其中,当Fe过量时,Ms呈先增大再减小的趋势;当y=0.07时,MnZn铁氧体的综合特性最优.

    MnZn铁氧体磁性能软磁Fe含量

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    SiZrCN纳米复相陶瓷的成分结构调控与吸波性能

    张振宇杨金灿卢丽文统辉...
    2910-2924页
    查看更多>>摘要：以聚硅氮烷和四(二甲胺)锆为原料,利用单源先驱体法制备SiZrCN纳米复相陶瓷.研究先驱体的合成路径、聚合物-陶瓷转变过程及陶瓷高温结构演变规律.研究结果表明,通过对先驱体改性可精确调控陶瓷中的Zr含量,并提高陶瓷产率.1 100℃热解后的SiZrCN陶瓷为无定形,当热处理温度≥1 500℃时,形成以Si3N4为主相、纳米ZrCN颗粒和自由碳均匀分布于其中的纳米复相陶瓷.Zr的加入抑制了热处理过程中含氮相的碳热还原反应,显著提高了陶瓷的高温热稳定性,1 600℃热处理的SiZrCN陶瓷的质量损失率仅为SiCN陶瓷的1/3.通过改变Zr含量和微观结构对SiZrCN陶瓷的介电参数进行了调控,并获得了优异的吸波性能.其中,当15SiZrCN-1500陶瓷的厚度为1.8 mm时,最小反射损耗为-61.02 dB,有效吸收带宽可达4.56 GHz.纳米ZrCN和自由碳形成的异质界面极化和缺陷偶极子极化以及所构成的导电网络是SiZrCN陶瓷具有优异吸波性能的主要原因.

    先驱体陶瓷微观结构介电电磁吸波

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    超细/纳米晶WC基硬质合金制备技术研究发展现状

    袁媛韩勇唐思思周飞扬...
    2925-2939页
    查看更多>>摘要：超细/纳米晶WC基硬质合金具有超高强度、硬度和韧性等优点,在汽车、航空航天、国防军工等领域有着重要应用.然而,超细/纳米级WC粉末粒度小、活性大,控制超细/纳米级WC粉末在烧结过程中的快速长大粗化成为一个巨大的挑战.为了获得超细/纳米晶WC基硬质合金,从原料粉末制备、新型烧结技术开发、晶粒长大抑制剂添加和新型硬质合金设计等方面综述最新的研究进展,分析优化的制粉和烧结工艺获得的WC粉末的粒度以及烧结后合金的力学性能,并对比各种晶粒生长抑制剂对WC基硬质合金微观结构和性能的影响,比较新型的烧结方法,如低压热等静压烧结(Sinter-HIP)、放电等离子体烧结(SPS)和微波烧结(MS)对WC基硬质合金微观结构和性能的影响,阐述典型的新型纳米级硬质合金的微观结构和性能,包括无黏结剂硬质合金和高熵黏结相的硬质合金,并展望超细/纳米晶WC基硬质合金的发展前景和研究重点,以期为现代超细/纳米晶硬质合金材料及技术的发展提供新的途径.

    超细/纳米晶WC基硬质合金抑制剂新型烧结技术新型硬质合金

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    烧结温度对WMoTaVTi难熔高熵合金显微组织与力学性能的影响

    杨一涵韩勇唐思思李媛...
    2940-2950页
    查看更多>>摘要：难熔高熵合金(refractory high entropy alloys,RHEAs)因具备高的服役温度和优异的热稳定性在航空航天等超高温领域有广阔的应用前景.然而,难熔高熵合金目前面临综合力学性能不足等问题,限制了其进一步应用.针对此,本文在WMoTaV基础上进一步引入Ti元素,制备一种WMoTaVTi难熔高熵合金,重点研究烧结温度对合金烧结致密化、显微组织和力学性能的影响.研究结果表明:随着烧结温度的升高,合金的晶粒尺寸逐渐增加,屈服强度呈现先增加后降低的趋势.当烧结温度为1 500℃时,合金具有最佳的综合性能,此时其相对密度超过99％,室温压缩屈服强度为1 672 MPa,断裂应变为16.6％,断口形貌主要为沿晶断裂;相比于WMoTaV难熔高熵合金,合金的屈服强度提高了18％.由于粉末冶金过程中引入少量O元素,该合金主要由BCC基体相和少量FCC结构的TiO析出相组成,随着烧结温度的升高,基体的固溶度增加,TiO相的体积分数逐渐减少.合金强度的提高主要归因于固溶强化和析出强化两种强化机制.

    难熔高熵合金放电等离子烧结显微组织力学性能

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    热处理对Fe-Mn-Al-C轻质钢析出相演变及力学性能的影响

    李诗瑶王峰刘宇琪宋旼...
    2951-2960页
    查看更多>>摘要：采用调控热处理工艺研究Fe-30Mn-9Al-1.2C奥氏体轻质钢中析出相演变及其对力学性能的影响.研究结果表明:冷轧后采用固溶时效处理的轻质钢的组织为完全再结晶奥氏体组织,晶内析出大量均匀弥散分布的细小κ-碳化物(粒径为8 nm),具有优异的强度和塑性性能,其中,屈服强度为839 MPa,总伸长率高达57％.冷轧后直接低温退火的轻质钢的组织为部分再结晶组织,其屈服强度达到1 380 MPa,但总伸长率仅为5.3％,发生明显的脆性断裂,这主要源于再结晶区通过共析反应生成了复杂的三相组织,包含晶间κ-碳化物(粒径为0.4 μm)、α-铁素体(粒径为0.5 μm)和γ0-奥氏体(粒径为0.7 μm),在变形过程中,各相之间硬度的显著差异引起了应变不相容性,导致在粗大的κ-碳化物硬质相界面处产生应力集中,引起了κ-碳化物的破碎或形成沿相界面的裂纹,进而显著降低了材料的塑性.

    轻质钢κ-碳化物析出行为力学性能

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    粉末冶金Ti-Al-Mo-Cr-Fe-B体系的组织与力学性能

    方浩煜李健徐学军周翔幸...
    2961-2969页
    查看更多>>摘要：采用粉末冶金技术制备Ti-Al-Mo-Cr-Fe-B合金,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、准静态拉伸测试和显微硬度测试等方法研究Mo、Cr、Fe含量对钛合金显微组织、烧结致密化和力学性能的影响.研究结果表明,所有合金均由α相、β相和金属间化合物组成,Mo、Cr、Fe的添加降低了钛合金体系在缓慢冷却过程中形成α相的倾向,增加了β相和金属间化合物的比例.其中,Ti-3A1-1.5Mo-4Cr-1Fe-0.1B的性能最优,其致密度、显微硬度、极限抗拉强度和伸长率分别为(99.29±0.06)％、438.40±13.69(HV)、(1 124±119)MPa和(1.93±0.04)％.所有合金均以脆性断裂为主,其力学性能与残余孔隙率密切相关,孔隙率越高,合金强度和塑性越低.合金的致密化主要受到Cr、Fe原子快速扩散带来的综合影响,即快速扩散促进烧结致密化的积极效果与快速扩散导致孔隙形成的消极效果之间的交互作用.

    钛合金粉末冶金混合元素显微组织力学性能

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