难熔金属及其合金单晶的发展与运用
钨钼材料的切削加工
钨钼材料的切削加工1.常用难熔金属的力学物理性能有哪些？工业上常用的高熔点金属统称难熔金属，如钨、钼、钽、铌、锆等。
难熔金属熔点高、密度大，晶体结构稳定，激活能大，切削加工困难。
以难熔金属为主，添加其他合金元素构成难熔金属材料。
随着科学技术的发展，难熔金属在原子能、宇航、机械、电子、化工、医疗、纺织、轻工等领域得到了越来越广泛的应用。
常用难熔金属中钨的熔点最高(3380℃)，密度最大(19.1g/cm³)，而钼的弹性模量最大，达到343 350MPa。
难熔金属系列——钨合金4.怎样切削加工钨锭与钨棒？纯钨的硬度和强度都很高，钨的铸锭在切削加工时，由于晶粒粗大，易产生掉块而使加工表面粗糙。
切削钨锭和钨棒可以使用硬质合金作刀具材料，常用的硬质合金牌号有YG6、YG8、YS2(YG10H)、726等。
用硬质合金切削钨锭或钨棒，可选用45º主偏角，荒车时前角与后角应小些，粗车与半精车时前角、后角适当加大。
纯钨性极脆，切削时易崩边或剥落，刀具切入切出时，应减小进给量，以防止刀具破损。
钨的切削参数推荐值见表10-2。
CBN刀具也可以加工纯钨。
例如，用DLS—F复合片车削φ10 mm钨棒，在νC =30m/min、f=0.1mm/r、ap=0.1mm；γO=-4º、αO=12º、λO=0º、Κr=90º、rε=0.3mm、倒棱为0.25mm×(-8º)的条件下，当后刀面磨损0.2mm时,切削路程为104 m。
而用YG6X刀片，当νC=9.5m/min、后刀面磨损0.2 mm时，切削路程为57.6m。
可见，CBN刀具的切削速度为YG6X硬质合金刀具3倍的条件下，耐用度为其2倍。
虽然CBN刀具硬度高，耐磨性好，但脆性较大，强度和韧性差，不适于冲击大的切削加工。
用CBN刀具加工纯钨，可选用较高的切削速度，但切削深度和进给量应小些。
5.怎样切削加工钨合金？以钴、镍作粘结剂用粉末冶金法烧结成的钨合金密度大，称为高密度合金，也称高比重合金。
金属氧化物 单晶
金属氧化物单晶
金属氧化物单晶是指由金属和氧元素组成的晶体材料，具有完全的晶格结构和单一的晶向。
金属氧化物单晶在材料科学和电子学领域具有重要的应用，以下列举一些常见的金属氧化物单晶及其应用:
1.氧化锌单晶（Zinc Oxide, ZnO）：氧化锌单晶具有广泛的应
用，特别在光电器件领域。
它具有优异的透明导电性质，用于制造LED、光电探测器、薄膜晶体管等。
2.氧化铝单晶（Aluminum Oxide, Al2O3）：氧化铝单晶是一种
重要的绝缘体材料，在电子学、陶瓷和高温材料中被广泛应用。
它具有高绝缘性能、耐腐蚀性和热稳定性，用于制造集成电路基板、陶瓷绝缘件等。
3.氧化铁单晶（Iron Oxide, Fe2O3）：氧化铁单晶常见的有赤
铁矿和磁铁矿。
这些单晶在电磁器件和磁性材料中发挥重要作用，用于制造传感器、记忆磁条和磁性存储材料等。
4.氧化钨单晶（Tungsten Oxide, WO3）：氧化钨单晶具有杰出
的电致变色效应，可在外界电场的作用下改变其颜色。
因此，氧化钨单晶广泛应用于光电显示、电调制器、智能窗户等领域。
5.氧化锆单晶（Zirconium Oxide, ZrO2）：氧化锆单晶具有优
异的热膨胀系数、机械强度和化学稳定性。
它在高温结构材料、耐火材料和生物医学领域中被广泛应用。
金属氧化物单晶的合成通常涉及特殊的制备方法，如浮区法、溶胶-凝胶法或气相传输法。
这些制备方法可以产生大尺寸、高质量的单晶，以满足各种应用的需求。
单晶材料的制备方法介绍
❖ 水热法生长的水晶：（人工晶体所生长）
ZnO晶体的水热生长
❖ 氧化锌晶体是第三代半导体的核心基础材料之一，它既是一种宽 禁带半导体，也是一种具有优异光电性能的多功能晶体。
❖ 早在上世纪60年代，美国曾采用水热法生长出重达几克的氧化锌 晶体。我国上海硅酸盐研究所在1976年也曾用水热法生长出重60 克、C面上面积达6cm2的氧化锌晶体。但由于应用领域较窄，制 约了研究工作的开展。
❖ 直到1997年，日本和我国香港的科学家首次报道氧化锌薄膜室温 下的光致发光效应后，重新引起了人们对氧化锌晶体研发的重视。 特别是2004年，日本东北大学川崎教授率先研制成功基于ZnO同 质PN结的电致发光LED，ZnO单晶制备研究引起了世界各国研 究的热门课题。
❖ 目前日本已生长出直径达2英寸的大尺寸高质量的氧化锌体单晶。 我国还没有生长出大尺寸的ZnO单晶。
G = H -T S = H ( Te – T) / Te = H T/ Te= -(L/ Te)* T
结晶过程： H 0 ， G 0 T Te 过冷度 熔化潜热
T Te 是从熔体中生长晶体的必要条件
❖ 组分分凝
纯材料（纯元素或同成分熔化化合物），熔点和凝固点 是重合的，晶体和熔体具有相同的成分。
3.3.3 助熔剂法
❖ ——又称高温溶液法、熔盐法。
❖ ——在高温下从熔融盐熔剂中生长晶体的方法。
❖ 利用助熔剂法生长晶体的历史已近百年，现在用助熔剂生长 的晶体类型很多，从金属到硫族及卤族化合物，从半导体材 料、激光晶体、光学材料到磁性材料、声学晶体，也用于生 长宝石晶体。
❖ 基本原理： 将晶体原料在高温下溶解于低熔点的助熔剂中 形成饱和溶液，然后通过缓慢降温或在恒定温度下蒸发熔剂 等方法，使熔融液处于过饱和状态，从而使晶体自发结晶或 在籽晶上生长的方法。
稀有金属_锂_铍_铌_钽
锂 、铍 矿 选 矿 方 法 ， 有 手 选 法 、浮 选 法 、化 学 或 化学－ 浮 选联合法、热 裂选 法 、放 射 性 选 法 、粒 浮 选 矿法等， 其中前 ３ 种方法较为常用。
手 选 法 在 五 六 十 年 代 是 国 内 外 锂 、铍 精 矿 生 产 中 的 主 要 选 矿 方 法 之 一 。 但 手 选 劳 动 强 度 大 、生 产 效率低、资源浪费大、选别指标低， 因而正在逐渐地 为机械选矿方法所代替。然而在劳动力便宜的发展 中国家里， 手选仍是生产锂铍精矿的主要方法。
的划分， 根据生产实践经验， 若矿体中锂辉石粒径＞ ３ ｃｍ， 矿石品位在 ２％～３％以上； 绿柱石的粒径＞０．５ ｃｍ，矿石品位在 ０．１％～０．２％以上 ， 就适于手选 ， 划分 为手选矿石， 并进行手选矿物储量计算。铌钽铁矿 粒径＞０．３ ｃｍ， 在开采过程中， 可附带手选。手选矿石 的尾矿具有机选价值的和不适于手选矿石的， 均属 机选矿石。 ３．２ 选矿
锂、铍、铌、钽制取主要有以下方法： （ １） 锂冶金包括化合物制取和金属制取 锂 化合物的 制取， 将锂辉 石精矿（含 Ｌｉ２Ｏ ６％～６．５％）和 锂 云 母 精 矿（含 Ｌｉ２Ｏ ４％～５％）用 硫 酸 法 或 石 灰 法 工 艺流程处理。硫酸法可适用于锂辉石矿物原料， 石 灰法适用于锂云母矿物原料。此外， 从矿石提取锂 化 合 物 的 方 法 还 有 硫 酸 钾 法 、氯 化 焙 烧 法 和 碱 压 煮 法等。工业生 产金属锂则 采用 ＬｉＣｌ－ ＫＣｌ 熔盐电 解 法。 （ ２） 铍的制取 工业上金属铍的生产一般分 为两步： 第一步是从绿柱石中提取氧化铍， 第二步 是由氧化铍制取金属铍。氧化铍的提取有硫酸盐法 和氟化物法。金属铍的生产， 因氧化铍极难直接还 原成金属，故生产中先将氧化铍转化为卤化物， 然后 再还原成金属。有两种工艺， 即氟化铍镁还原法和 氯化铍熔盐电解法。 （ ３） 铌 的 冶 炼 包 括 分 解 精 矿 、分 离 钽 铌 、制 取 化 合 物 和 金 属 、精 炼 等 过 程 。 金 属 铌 的 工 业 生 产 方法有碳热还原法、钠热还原法和铝热还原法。 （ ４） 钽的冶炼 主要步骤是分解精矿， 净化和 分离钽、铌 ， 以 制 取 钽 、铌 的 纯 化 合 物 ， 最 后 制 取 金 属 。 矿 石 分 解 采 用 氢 氟 酸 分 解 法 、氢 氧 化 钠 熔 融 法 和氯化法等。钽铌分离可采用溶剂萃取法（常用的萃 取 剂 为 甲 基 异 丁 基 酮（ＭＩＢＫ）、磷 酸 三 丁 酯（ＴＢＰ、仲 辛 醇和乙酰胺等）、分步结晶法和离子交换法。
镍基单晶高温合金杂晶缺陷的研究进展
第16卷第1期精密成形工程陈楚玥，霍苗*，简航岳（西安石油大学材料科学与工程学院，西安 710065）摘要：随着单晶涡轮叶片结构的不断优化和高温合金中难熔元素添加量的增大，镍基高温合金单晶叶片在凝固过程中更易出现杂晶、条纹晶、枝晶碎臂、小角度晶界等缺陷。
其中，杂晶是单晶叶片制备过程中最常见的一类凝固缺陷，严重影响单晶叶片的成品率。
为了减少该类凝固缺陷的产生，提高叶片的成品率，研究镍基单晶高温合金杂晶缺陷的形成机制、影响因素及其控制措施，对提高单晶叶片的服役性能具有重要意义。
因此，关于定向凝固过程中杂晶缺陷的形成机制、影响因素及其控制措施的研究，引起了国内外研究者的广泛关注。
本文综述了单晶叶片的制备技术，分析了籽晶法和选晶法制备单晶叶片过程中不同位置杂晶的形成机理，分别讨论了选晶段杂晶、籽晶回熔区杂晶、缘板杂晶的影响因素和控制措施，并对未来的研究方向进行了展望。
关键词：镍基单晶高温合金；定向凝固；杂晶缺陷；控制方法DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2024.01.015中图分类号：TG132.3 文献标志码：A 文章编号：1674-6457(2024)01-0129-11Research Progress on Stray Grain Defects in Ni-based Single Crystal SuperalloyCHEN Chuyue, HUO Miao*, JIAN Hangyue(School of Materials Science and Engineering, Xi'an Shiyou University, Xi'an 710065, China)ABSTRACT: With the complexity of turbine blade structure and the increase of refractory elements in alloy, solidification de-fects such as stray grain, freckles, dendrites fragment and low angle grain boundaries are more likely to occur during the prepa-ration of nickel-based single crystal superalloy blades. Among them, the occurrence of stray grain is a prevalent defect during the solidification process in the production of single crystal blades, which seriously affects the delivery rate of single crystal blades. In order to reduce the occurrence of such solidification defects and improve the yield of blades, the work aims to study the formation mechanism, affecting factors and strategies for mitigating stray grain defects in nickel-based single crystal super-alloy, which is of significant importance for enhancing the service performance of single crystal blades. Therefore, the investiga-tion into the formation mechanism, affecting factors, and strategies for mitigating stray grain defects in directional solidification process has attracted extensive attention from researchers in China and abroad. The preparation technology of single crystal收稿日期：2023-08-19Received：2023-08-19基金项目：国家自然科学基金（5210011310）；陕西省自然科学基础研究计划（2021JM-403）；陕西省教育厅科研计划（21JC027）；西安市科技计划（2020KJRC0100）Fund：National Natural Science Foundation of China(521001130); Natural Science Basic Research Program of Shaanxi Province （2021JM-403）；Scientific Research Program of Shaanxi Provincial Education Department (21JC027)；Xi'an Science and Technology Plan(2020KJRC0100)引文格式：陈楚玥, 霍苗, 简航岳. 镍基单晶高温合金杂晶缺陷的研究进展[J]. 精密成形工程, 2024, 16(1): 129-139.CHEN Chuyue, HUO Miao, JIAN Hangyue. Research Progress on Stray Grain Defects in Ni-based Single Crystal Superalloy[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(1): 129-139.*通信作者（Corresponding author）130精密成形工程 2024年1月blade was reviewed, the formation mechanism of stray grain at different positions in the preparation process of single crystal blade by seed crystal method and crystal selection method was analyzed, the affecting factors and measures used to control stray grain in the crystal selection section, seed crystal remelting zone and edge plate stray grain were discussed, and the future re-search direction was prospected.KEY WORDS: Ni-based single crystal superalloy; directional solidification; stray grain defect; control methods随着交通、生产等行业对飞机性能要求的不断提高，最早的活塞式发动机已不能满足需求，燃气涡轮发动机逐渐走向主流。
钼铌合金单晶性能分析
第31卷第1期2007年2月中 国 钼 业C H I NA MOLYBDENUM I NDUSTRYVo.l 31No .1February 2007收稿日期:2006-08-30作者简介:张 清(1966-),高级工程师,从事粉末冶金、难熔金属材料的研究。
钼铌合金单晶性能分析张 清,李中奎,胡忠武,殷 涛,张军良,张廷杰(西北有色金属研究院,陕西 西安 710016)摘 要:采用20k W 电子束区域熔炼炉制备出大尺寸M o-Nb 合金单晶,通过x 射线H 扫描旋转法测试了单晶的晶体取向,结果显示所制单晶均为<111>晶向,晶向偏角<2.6b 。
对所制单晶进行了室温拉伸性能测试,并采用扫描电镜对M o-Nb 合金烧结条、原料棒以及单晶的室温拉伸断口作了分析对比,单晶的拉伸断口表现出典型的解理断裂特征。
关键词:M o-Nb ;合金单晶;晶向;拉伸性能;断口分析中图分类号:TG146.4+12;TG146.4+16 文献标识码:A 文章编号:1006-2602(2007)01-0031-03PERFORM ANCE ANALYSIS ABOUT M OLYBDENU M -N I O BI U M ALLOYAND M O -Nb SI NG LE CRYSTAL ALLOYZ HA NG Q ing ,L I Zhong-ku,i HU Zhong-wu ,Y I N Tao ,Z HANG Jun-liang ,Z HANG T i n g-jie(Nort h west I nstitute f or N onf err ousMeta lResearch,X i c an 710016,Shaanx,i Ch i n a)Abstr act :The large size Mo-Nb alloy single crystalwas ob tained by using 20k W electr onic bea m regionalme lting f u rnace .The crystal orientati o n was tested t h rough XRD ,and t h e tensi o n property was a lso tested .The resu lts sho w t h at the si n gle crysta ls orientati o n is co mplete <111>,and the angle of de flecti o n of the crysta l<2.6b .The frac 2ture surf ace of the Mo-Nb a lloy sintering stri p ,the ra w material stick and tension sa mp le were ana l y zed ,and it sho ws that the f racture surf ace of the si n gle cr ystal is typica ll y cleavage fracture .K ey w ord s :Mo-Nb single crysta;l si n gle crystal or gan ization ;tensile strength ;break scoop analysis0 前 言国外的研发机构从上世纪50年代即已开展研制飞往太阳系外层空间的航天器上用来产生电能的热离子管件,管件所用材质大多选用难熔金属单晶材料作为基体[1,2]。
工业科学技术论文
工业科学技术概述2008年，工业科学技术在冶金、材料、机械制造与装备、电子信息、民用航空航天、化工、建筑、纺织、轻工等领域的科研或重大科技创新与产业化项目的实施，进展顺利，取得了显著成效。
冶金工业在低品位菱铁矿选矿技术、煤气透平与高炉鼓风同轴驱动的能量回收机组的研发得到应用。
材料工业研制的高性能锆合金材料、Mo-3Nb合金单晶材料、活性超细锆粉、Ti-6Al-4V钛合金棒材、复合稀土强化耐高温钼合金、大面积薄复层TA2/Q235B复合板技术达到国际水平。
Ⅱ-VI族化合物半导体晶体材料研制取得显著成就。
机械制造与装备工业在金属锻压领域，中国重型机械研究院研制的165MN自由锻造油压机、国产首套镀锡基板轧制生产线、数控轧环机、矫直机填补了国内空白；西北工业大学经过13年的研究，开发的系列激光立体成形与修复装备的应用，解决了国家高新工程一批急迫的技术难题；陕西工业研究院等单位承担的数控机床等重大科技创新与产业化项目效果良好。
在电网工程领域，西安高压电器研究所历时5年研发的±500kV高压直流输电换流阀运行试验系统，打破了国外在换流阀电气试验领域的垄断地位；西安西电变压器公司等单位研制的高压直流输电重大技术装备，使中国成为世界上少数几个可以生产该成套设备的国家之一；研制的DZ-40000/1000电力变压器达到国际先进水平；西安西电电力整流器公司研发的直流光控换流阀、电控换流阀、晶闸管在交流变直流输电中的应用节约了投资。
西安交通大学等单位历时12年研发的系列智能电器产品，实现了开关电器行业关键技术的重大创新。
电子信息技术由西安电子科技大学等单位研制的反射面天线机电集成设计软件平台，广泛应用于天线工程；西安电力电子技术研究所研制的5英寸超大功率整流管是世界上同类型电力半导体器件功率最大综合性能指标最高的整流管；西安交通大学等单位在多波混频的超快控制等方面开拓了研究的新领域；该校带电粒子束源系列关键技术的研发与应用研制的中国第一台气体和金属两用离子源等产品技术水平达到国外同等领先水平。
稀有金属及其应用
矿产资源之
————稀有金属及其特殊应用
稀有金属及其特殊应用
稀有金属的简介及分布
稀有金属的分类及其性质
稀有金属的储量及其应用
稀有金属的发展前景
中国稀有金属分布图
稀有金属的简介
稀有金属，通常指在自然 界中含量较少或分布稀散 的金属，它们难于从原料 中提取，在工业上制备和 应用较晚。但在现代工业 中有广泛的用途。中国稀 有金属资源丰富，如钨、 钛、稀土、钒、锆、钽、 铌、锂、铍等已探明的储 量，都居于世界前列，中 国正在逐步建立稀有金属 工业体系。
钛
钛合金有好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性， 故多用作飞机发动机零件和火箭、导弹结构件。 钛合金还可作燃料和氧化剂的储箱以及高压容器。 在医疗中，钛可作人造骨头和各种器具. 我国钛资源总量9.65亿吨，居世界之首，占世界 探明储量的38.85％，主要集中在四川、云南、广 东、广西及海南等地，其中攀西是中国最大的钛 资源基地，钛资源量为8．7亿吨。
钪
稀有放射性金属
包括天然存在的钫、镭、钋和锕系金属 中的锕、钍、镤、铀，以及人工制造的 锝、钷、锕系其他元素和104 放射性 金属至107号元素。
钍
钫原子的发光
铷
铷无单独工业矿物，常分散在云母、 铁锂云母、铯榴石和盐矿层、矿泉之 中。全世界铷的储量17万吨，年产量约 4吨，中国储量629吨。 铷的是锂、铯等金属冶炼过程中的副 产物； 铷是制造电子器件（光电倍增管光电 管）、分光光度计、自动控制、光谱 测定、彩色电影、彩色电视、雷达、 激光器以及玻璃、陶瓷、电子钟等的 重要原料； 离子推进器和热离子能转换器需要大 量的铷；