CN107010930A - 一种原位合成钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷的方法 - Google Patents

一种原位合成钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种原位合成钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷的方法，包括以下步骤：将钛粉在液氮中进行第一球磨，得到氮钝化后的钛粉；将所述氮钝化后的钛粉与氧化铝粉在液氮中进行第二球磨，得到混合粉料；将所述混合粉料干燥后热压烧结，得到钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷；所述干燥和热压烧结在隔绝氧气的条件下进行。本发明提供的制备方法利用液氮球磨和热压烧结的方法使钛粉全部原位反应生成氮化钛和钛铝氮化合物，提高了复相陶瓷的强度和韧性，避免了传统方法中使用氨气进行还原时效果难以控制的问题，且步骤简单、无环境污染，便于进行工业化生产。

Description

一种原位合成钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷的 方法
技术领域
本发明涉及一种复合陶瓷的技术领域，特别涉及一种原位合成钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷的制备方法。
背景技术
切削加工是机械制造业中应用最广泛的加工方法之一，其中高速切削因其具有高效、高精度和工序简化等优点已成为切削加工的主要方向。高速切削加工要求刀具材料具备熔点高、耐热性好、抗氧化性能好、抗热冲击性能强等特点。氧化铝/氮化钛陶瓷通过在氧化铝基体中引入氮化钛，利用氮化钛高熔点、高硬度、高弹性模量、高化学稳定性等特点改善氧化铝的脆性，提高复合陶瓷的韧性，改善复相陶瓷的导热性并降低摩擦系数，是一种性能优异的陶瓷材料，在高速切削中有广泛的应用。
氧化铝/氮化钛复相陶瓷的传统制备方法为：以微米、亚微米或纳米级的氮化钛，氧化铝粉末为原料，机械混合后通过热压烧结得到氧化铝/氮化钛复相陶瓷。但是这种传统的机械混合方式易造成添加相的团聚或导致局部组分偏离，影响复合材料性能，导致氧化铝/氮化钛复相陶瓷的性能不能达到高速发展的航空航天、军事、能源、汽车、电子等工业的要求。
为了提高氧化铝/氮化钛复相陶瓷的性能，近年来原位合成技术得到了人们的广泛关注。这种方法一般首先通过化学共沉淀法制得纳米氧化铝-氧化钛前驱体，再通过氨气选择性还原的方法原位反应得到氧化铝-氮化钛复合粉体，并利用热压烧结制得氧化铝/氮化钛复相陶瓷。原位反应可以直接在基体中生成弥散分布的超细氮化钛第二相颗粒乃至纳米氮化钛颗粒，从而提高复相陶瓷的力学性能。但目前的原位合成技术，多采用氨气进行还原，对环境影响较大，且氨气选择性还原效果难以控制，在将氧化钛氮化的同时易将氧化铝同时氮化，从而限制了氧化铝/氮化钛复相陶瓷力学性能的进一步提高。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种原位合成钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷的方法，通过液氮球磨的方式进行原料粉预处理，避免了氨气还原效果难以控制的问题，进一步提高了复相陶瓷的力学性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种原位合成钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷的方法，包括以下步骤：
将钛粉在液氮中进行第一球磨，得到氮钝化后的钛粉；
将所述氮钝化后的钛粉与氧化铝粉在液氮中进行第二球磨，得到混合粉料；
将所述混合粉料干燥后热压烧结，得到钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷；所述干燥和热压烧结在隔绝氧气的条件下进行。
优选的，所述氧化铝粉和钛粉的摩尔比为1～19:1。
优选的，所述第一球磨的时间为3～10h；所述第二球磨的时间为3～12h；所述第一球磨和第二球磨的转速独立的为300～800转/min。
优选的，所述第一球磨和第二球磨用研磨球独立的为钢球、氧化铝球和氧化锆球中的一种或几种；
所述第一球磨和第二球磨中，研磨球质量与氧化铝粉和钛粉的总质量之比独立的为10～50:1。
优选的，所述混合粉料的晶粒尺寸为20～500nm。
优选的，所述干燥的温度为0～100℃。
优选的，所述热压烧结的温度为1100～1500℃；所述热压烧结的压力为0.5～50MPa。
优选的，所述热压烧结的时间为0.5～5h。
本发明提供了一种上述方案所述制备方法制备的钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷，包括氧化铝基体和增强相；所述增强相为氮化钛和钛铝氮化合物。
优选的，所述增强相中氮化钛和钛铝氮化合物的摩尔比为5:95～95:5。
本发明提供了一种原位合成钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷的方法，包括以下步骤：将钛粉在液氮中进行第一球磨，得到氮钝化后的钛粉；将所述氮钝化后的钛粉与氧化铝粉在液氮中进行第二球磨，得到混合粉料；将所述混合粉料干燥后热压烧结，得到钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷；所述干燥和热压烧结在隔绝氧气的条件下进行。本发明通过在液氮条件下球磨对钛粉进行表面氮钝化，并将钝化后的钛粉和氧化铝粉在液氮中进行混合球磨，在球磨过程中随着钛粉不断的断裂和冷焊，氮元素在钛粉表面形成一层由钛-氮键组成的非晶层，并在后续热压烧结过程中原位合成氮化钛和钛铝氮化合物增强相，钛铝氮化合物进一步提高了复相陶瓷的力学性能。本发明提供的制备方法避免了使用氨气进行还原时效果难以控制的问题，且步骤简单、无环境污染，设备简单，操作方便，容易进行工业化生产。
本发明提供了一种上述方案所述方法制备的钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷，包括氧化铝基体和增强相；所述增强相为氮化钛和钛铝氮化合物。本发明提供的复相陶瓷包括氮化钛和钛铝氮化合物组成的增强相，钛铝氮化合物的存在进一步提高了复相陶瓷的力学性能，尤其是韧性。实验结果表明，本发明提供的复相陶瓷抗弯强度能够达到753MPa，断裂韧性可以达到9MPa·m1/2。
附图说明
图1为本发明实施例1中液氮研磨后的钛粉的扫描电子显微镜照片和能谱分析图；
图2为本发明实施例1所得复相陶瓷的XRD图谱；
图3为本发明实施例1所得复相陶瓷的扫描电子显微镜照片；
图4为本发明实施例1所得复相陶瓷的背电子散射照片和元素分布图。
具体实施方式
本发明提供了一种原位合成钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷的方法，包括以下步骤：
将钛粉在液氮中进行第一球磨，得到氮钝化后的钛粉；
将所述氮钝化后的钛粉与氧化铝粉在液氮中进行第二球磨，得到混合粉料；
将所述混合粉料干燥后热压烧结，得到钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷；所述干燥和热压烧结在隔绝氧气的条件下进行。
本发明将钛粉在液氮中进行第一球磨，得到氮钝化后的钛粉。在本发明中，所述钛粉的粒径优选为1～20μm，更优选为5～10μm；所述第一球磨的时间优选为3～10h，更优选为4～8h，最优选为5～6h；所述第一球磨的转速优选为300～800转/min，更优选为400～700转/min，最优选为500～600转/min。
得到氮钝化后的钛粉后，本发明将所述氮钝化后的钛粉与氧化铝粉在液氮中进行第二球磨，得到混合粉料。在本发明中，所述氧化铝粉的粒径优选为1～10μm，更优选为1.5～2.5μm；所述氧化铝粉和钛粉的摩尔比优选为1～19:1，更优选为2～15:1，最优选为5～10:1；所述混合粉料的晶粒尺寸优选为20～500nm，更优选为20～150nm，最优选为20～80nm。
在本发明中，所述第二球磨的时间优选为3～12h，更优选为4～10h，最优选为5～8h；所述第二球磨的转速和第一球磨转速的范围选择相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述第一球磨和第二球磨用研磨球独立的优选为钢球、氧化铝球和氧化锆球中的一种或几种；更优选为钢球或氧化铝球；所述第一球磨和第二球磨中，研磨球质量与氧化铝粉和钛粉的总质量之比独立的优选为10～50:1，更优选为20～30:1。
在本发明中，所述研磨球的直径优选为0.5～15mm，更优选为3～10mm，最优选为4～8mm。
本发明对氧化铝粉和钛粉的来源没有特殊要求，使用市场上购买的氧化铝粉和钛粉即可。
本发明对球磨过程中液氮的用量没有特殊要求，将原料氧化铝粉和钛粉浸没即可，本发明优选在球磨过程中不断的加入液氮，使液氮的挥发量和加入量保持平衡，以使液面稳定；在本发明的具体实施例中，可以根据球磨罐的大小及原料粉的用量确定液氮的加入量。
在本发明的部分具体实施例中，可以在第一球磨完成后，直接向球磨罐中加入氧化铝粉进行第二球磨，无需将氮钝化后的钛粉取出或进行任何其他处理。
本发明采用液氮低温球磨的方式对原料钛粉和氧化铝粉进行预处理，球磨过程全部在液氮中进行，在球磨过程中，钛粉发生断裂和冷焊，氮元素进入粉体内部，并在钛粉表面形成一层由钛-氮键组成的非晶层，使钛粉表面氮钝化，为后续的烧结过程中形成氮化钛相和钛铝氮化合物提供了基础。
得到混合粉料后，本发明将所述混合粉料干燥后热压烧结，得到钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷；所述干燥和热压烧结在隔绝氧气的条件下进行。在本发明中，所述干燥优选在真空或惰性气体保护的条件下进行；所述惰性气体优选为氮气和/或氩气，更优选为氮气；本发明对真空条件下干燥的真空度没有特殊要求，在本领域常规的真空干燥条件下进行干燥即可。
在本发明中，所述干燥的温度优选为0～100℃，更优选为20～80℃，最优选为30～60℃；本发明对干燥的时间没有特殊要求，将混合粉料干燥至恒重即可。
本发明将干燥后的混合粉料进行热压烧结，得到钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷。在本发明中，所述热压烧结优选在真空或惰性气体保护条件下进行；所述热压烧结的温度优选为1100～1500℃，更优选为1200～1400℃，最优选为1250～1350℃；所述热压烧结的压力优选为0.5～50MPa，更优选为1～45MPa，最优选为5～40MPa；所述热压烧结的时间优选为0.5～5h，更优选为1～4.5h，最优选为2～3.5h。
本发明优选从室温开始升温至热压烧结温度，在本发明中，升温至所述热压烧结温度的升温速率优选为5～20℃/min，更优选为10～15℃/min；本发明的热压烧结时间自升温至所需温度时开始计算。
所述热压烧结完成后，本发明优选将得到的复相陶瓷随炉冷却至室温。
本发明通过热压烧结使钛粉全部原位生成氮化钛和钛铝氮化合物，片层状的氮化钛弥散分布在氧化铝基体中，并“钉扎”在氧化铝的晶界处，提高了复相陶瓷的力学性能；所述钛铝氮化合物包括多种形式，如Ti3AlN，Ti2AlN，Ti3Al2N2等，钛铝氮化合物是一种高强高硬的物质，位于氧化铝和氮化钛的边界处，可以进一步提高复相陶瓷的力学性能。
本发明提供了一种上述方案所述制备方法制备的钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷，包括氧化铝基体和增强相；所述增强相为氮化钛和钛铝氮化合物。
在本发明中，所述复相陶瓷中氮化钛和钛铝氮化合物的摩尔比优选为5:95～95:5，更优选为20:80～80:20，最优选为30:70～70:30。
下面结合实施例对本发明提供的原位合成钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
以摩尔比为60：40的市售氧化铝粉(粒径为1μm)和钛粉(粒径为1μm)为原料，以钢球为研磨球，将研磨球和钛粉加入到球磨罐中，其中研磨球的质量与氧化铝粉和钛粉总质量之比为30：1；向球磨罐中通入液氮，使钛粉以及研磨球全部浸没在液氮中，以300转/分钟的球磨转速进行球磨，过程中持续通入液氮保持液氮的挥发量与通入量平衡以使液面稳定，球磨5小时后向球磨罐中加入氧化铝粉，继续球磨10h，球磨完成后将混合粉料取出，在真空条件下20℃烘干，将烘干后的粉料置于热压烧结炉中在真空条件下进行烧结，以20℃/min的升温速率升温至1300℃，控制烧结压力为30MPa，保温2小时，烧结完成后随炉冷却至室温，得到钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷；
钛粉在液氮中研磨5h后，取出少量使用扫描电子显微镜进行观测并进行能谱分析，结果如图1所示，图1中(a)为液氮研磨后的钛粉的扫描电子显微镜照片，(b)为液氮研磨后的钛粉的能谱分析图；根据图1(a)可以看出，钛粉表面有一层明显的非晶层；根据图1(b)可以看出，非晶层中主要为氮元素(其中铜元素来自于铜网，碳元素来自于仪器自身)；
使用X射线衍射法对所得复相陶瓷进行检测，所得结果如图2所示；根据图2可以看出，所得复相陶瓷的物相组成仅包括氧化铝、氮化钛和钛铝氮化合物，这说明金属钛全部原位反应生成氮化钛和钛铝氮化合物，证明了采用液氮球磨和热压烧结的方式成功制备了钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷；
使用扫描电子显微镜对所得复相陶瓷进行观察，所得结果如图3所示；根据图3可以看出，片层状的氮化钛弥散分布在颗粒状氧化铝基体中，且“钉扎”在氧化铝的晶界处，从而有助于提高复相陶瓷的力学性能；
使用电子背散射仪对复相陶瓷进行检测，所得电子背散射照片和元素分布图如图4所示，其中图4(a)为电子背散射照片，图4(b)为元素分布图；根据图4(a)可以看出，氮化钛相弥散分布在氧化铝基体中；根据图4(b)可以看出，铝元素和钛元素分布较为均匀，氮元素主要集中在钛内部以及钛元素和铝元素的边界处，说明采用本发明所述方法生成的氧化铝和氮化钛两相分布较为均匀，钛铝氮化合物主要分布于氧化铝和氮化钛的边界处；
按照GB6569-1986《工程陶瓷弯曲强度试验方法》中的方法检测所得复相陶瓷的抗弯强度，可得复相陶瓷的抗弯强度为548MPa；
按照GBT 23806-2009《精细陶瓷断裂韧性试验方法(单边预裂纹梁法)》中的方法检测所得复相陶瓷的断裂韧性，可得复相陶瓷的断裂韧性为8.7MPa·m1/2。
实施例2
以摩尔比为80：20的市售氧化铝粉(粒径为4μm)和钛粉(粒径为5μm)为原料，以氧化锆球为研磨球，将研磨球和钛粉加入到球磨罐中，其中研磨球与氧化铝粉和钛粉总质量之比为50：1，向球磨罐中通入液氮，使钛粉以及研磨球全部浸没在液氮中，以500转/分钟的球磨转速进行球磨，过程中持续通入液氮保持液氮的挥发量与通入量平衡以使液面稳定，球磨10小时后将氧化铝粉加入球磨罐中，继续球磨12h，球磨过程中保证液氮将原料粉和研磨球全部浸没，球磨完成后将混合粉料取出，在真空条件下50℃烘干，并置于热压烧结炉中在氮气气氛下进行烧结，以15℃/min的升温速率升温至1200℃，控制烧结压力为40MPa，保温0.5小时，烧结完成后随炉冷却至室温，得到钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷；
使用X射线衍射法对所得复相陶瓷进行检测，所得结果和实施例1相似；
使用扫描电子显微镜对所得复相陶瓷进行观察，所得结果和实施例1相似；
使用电子背散射仪对复相陶瓷进行检测，所得结果和实施例1相似；
按照GB6569-1986《工程陶瓷弯曲强度试验方法》中的方法检测所得复相陶瓷的抗弯强度，可得复相陶瓷的抗弯强度为753MPa；
按照GBT 23806-2009《精细陶瓷断裂韧性试验方法(单边预裂纹梁法)》中的方法检测所得复相陶瓷的断裂韧性，可得复相陶瓷的断裂韧性为6.7MPa·m1/2。
实施例3
以摩尔比为50：50的市售氧化铝粉(粒径为8μm)和钛粉(粒径为15μm)为原料，以氧化铝球为研磨球，将研磨球和钛粉加入球磨罐中，其中研磨球与钛粉和氧化铝粉总质量之比为20：1，向球磨罐中通入液氮，使钛粉以及研磨球全部浸没在液氮中，以800转/分钟的球磨转速进行球磨，过程中持续通入液氮保持液氮的挥发量与通入量平衡以使液面稳定，球磨3h后向球磨罐中加入氧化铝粉，继续球磨5h，球磨过程中保证液氮将原料粉和研磨球全部浸没，球磨完成后将混合粉料取出，在真空条件下10℃烘干，并置于热压烧结炉中在真空条件下进行烧结，以10℃/min的升温速率升温至1500℃，控制烧结压力为20MPa，保温5小时，烧结完成后随炉冷却至室温，得到钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷；
使用X射线衍射法对所得复相陶瓷进行检测，所得结果和实施例1相似；
使用扫描电子显微镜对所得复相陶瓷进行观察，所得结果和实施例1相似；
使用电子背散射仪对复相陶瓷进行检测，所得结果和实施例1相似；
按照GB6569-1986《工程陶瓷弯曲强度试验方法》中的方法检测所得复相陶瓷的抗弯强度，可得复相陶瓷的抗弯强度为698MPa；
按照GBT 23806-2009《精细陶瓷断裂韧性试验方法(单边预裂纹梁法)》中的方法检测所得复相陶瓷的断裂韧性，可得复相陶瓷的断裂韧性为9MPa·m1/2。
实施例4
以摩尔比为95：5的市售氧化铝粉(粒径为5μm)和钛粉(粒径为10μm)为原料，以氧化锆球为研磨球，将研磨球和钛粉加入球磨罐中，其中研磨球与钛粉和氧化铝粉总质量之比为10：1，向球磨罐中通入液氮，使钛粉以及研磨球全部浸没在液氮中，以600转/分钟的球磨转速进行球磨，过程中持续通入液氮保持液氮的挥发量与通入量平衡以使液面稳定，球磨8h后向球磨罐中加入氧化铝粉，继续球磨3h，球磨过程中保证液氮将原料粉和研磨球全部浸没，球磨完成后将混合粉料取出，在真空条件下100℃烘干，并置于热压烧结炉中在真空条件下进行烧结，以10℃/min的升温速率升温至1500℃，控制烧结压力为20MPa，保温3小时，烧结完成后随炉冷却至室温，得到钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷；
使用X射线衍射法对所得复相陶瓷进行检测，所得结果和实施例1相似；
使用扫描电子显微镜对所得复相陶瓷进行观察，所得结果和实施例1相似；
使用电子背散射仪对复相陶瓷进行检测，所得结果和实施例1相似；
按照GB6569-1986《工程陶瓷弯曲强度试验方法》中的方法检测所得复相陶瓷的抗弯强度，可得复相陶瓷的抗弯强度为748MPa；
按照GBT 23806-2009《精细陶瓷断裂韧性试验方法(单边预裂纹梁法)》中的方法检测所得复相陶瓷的断裂韧性，可得复相陶瓷的断裂韧性为8.3MPa·m1/2。
由以上实施例可知，本发明提供的原位合成钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷的制备方法能够原位生成氮化钛和钛铝氮化合物增强相，且步骤简单，无环境污染，成本低，容易进行工业化生产，避免了使用氨气进行还原时效果难以控制的问题，得到的钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷强度高、韧性好。
由以上实施例可知，本发明以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种原位合成钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷的方法，包括以下步骤：
将钛粉在液氮中进行第一球磨，得到氮钝化后的钛粉；
将所述氮钝化后的钛粉与氧化铝粉在液氮中进行第二球磨，得到混合粉料；
将所述混合粉料干燥后热压烧结，得到钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷；所述干燥和热压烧结在隔绝氧气的条件下进行。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化铝粉和钛粉的摩尔比为1～19:1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一球磨的时间为3～10h；所述第二球磨的时间为3～12h；所述第一球磨和第二球磨的转速独立的为300～800转/min。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述第一球磨和第二球磨用研磨球独立的为钢球、氧化铝球和氧化锆球中的一种或几种；
所述第一球磨和第二球磨中，研磨球质量与氧化铝粉和钛粉的总质量之比独立的为10～50:1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合粉料的晶粒尺寸为20～500nm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为0～100℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热压烧结的温度为1100～1500℃；所述热压烧结的压力为0.5～50MPa。
8.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述热压烧结的时间为0.5～5h。
9.权利要求1～8任意一项所述制备方法制备的钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷，包括氧化铝基体和增强相；所述增强相为氮化钛和钛铝氮化合物。
10.根据权利要求9所述的钛铝氮化合物增强氧化铝/氮化钛复相陶瓷，其特征在于，所述增强相中钛铝氮化合物和氮化钛的摩尔比为5:95～95:5。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110216292A (zh) * 2019-04-23 2019-09-10 宿迁正丰科技有限公司 利用固态co2或液氩或液氮降温机械粉碎制备超细钛粉工艺
CN110436898A (zh) * 2019-09-12 2019-11-12 南昌航空大学 一种原位合成钛铝氮和氮化钛强化氧化铝陶瓷力学性能的制备方法
CN111471954A (zh) * 2020-04-13 2020-07-31 北京科技大学 一种在纯钛和钛合金表面原位合成共格Ti2N薄膜的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000063176A (ja) * 1998-08-18 2000-02-29 Koichi Niihara 二珪化モリブデン系複合焼結体
CN101033135A (zh) * 2006-03-10 2007-09-12 中国科学院金属研究所 一种氧化铝增强钛硅铝碳基陶瓷复合材料及其制备方法
CN103073317A (zh) * 2013-01-24 2013-05-01 中国科学院金属研究所 一种铝氮化钛／二硼化钛复合材料及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000063176A (ja) * 1998-08-18 2000-02-29 Koichi Niihara 二珪化モリブデン系複合焼結体
CN101033135A (zh) * 2006-03-10 2007-09-12 中国科学院金属研究所 一种氧化铝增强钛硅铝碳基陶瓷复合材料及其制备方法
CN103073317A (zh) * 2013-01-24 2013-05-01 中国科学院金属研究所 一种铝氮化钛／二硼化钛复合材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘倩等: ""液氮球磨对低温烧结Ti/Al2O3力学性能的影响"", 《特种粉末冶金及复合材料制备/加工第一届学术会议论文集》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110216292A (zh) * 2019-04-23 2019-09-10 宿迁正丰科技有限公司 利用固态co2或液氩或液氮降温机械粉碎制备超细钛粉工艺
CN110436898A (zh) * 2019-09-12 2019-11-12 南昌航空大学 一种原位合成钛铝氮和氮化钛强化氧化铝陶瓷力学性能的制备方法
CN111471954A (zh) * 2020-04-13 2020-07-31 北京科技大学 一种在纯钛和钛合金表面原位合成共格Ti2N薄膜的方法

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