粉末冶金工业

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练国富, 陈将彬, 陈昌荣, 冯美艳

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 1-11.
https://doi.org/10.13228//j.boyuan.issn1006-654.20230139

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为探究激光熔覆制备纳米相复合涂层强化机制，综述了国内外激光熔覆纳米相增强涂层性能的研究进展。重点分析了直加纳米相、纳米相包覆法、原位合成纳米相三种不同制备方式下，纳米相对激光熔覆复合涂层的强化机制，并对纳米相增强激光熔覆复合涂层技术发展和应用进行了总结和展望。研究结果为激光熔覆纳米相增强涂层的制备提供理论依据。

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过滤材料用Fe3Al合金粉水雾化制备工艺

王峻，匡星，丁福昌，霍光，周欣

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 12-18.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20220163

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采用两种水雾化方式制备了 Fe3Al 合金粉末，对比了改进水雾化和常规水雾化粉末的氧含量、形貌、粒度、显微金相和相结构等参数，并对改进水雾化粉末表层元素分布状态进行了俄歇分析。结果表明，改进水雾化法制备粉末，氧含量更低，粉末团聚更剧烈，晶粒更细化。但两种方式粉末相结构相似，均无明显成分偏析。Fe3Al 粉末表面发生了选择性氧化，形成致密的 Al₂O₃氧化膜。

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基于EDEM的料斗半锥角与颗粒粒径对煤颗粒的排料性能影响

窦健强，付婷，邓小雷，王江波

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 19-26.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20220175

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实验基于料斗结构对煤在其内部的排料影响，利用离散元软件 EDEM 分析不同半锥角的料斗中煤颗粒系统的流动行为差异。建立 3 种直径的煤粉颗粒与 5 个半锥角的料斗模型，分别模拟分析了料斗内部颗粒流型以及颗粒流动状态和料斗半锥角间的映射关系，颗粒受力变化与料斗半锥角以及颗粒直径的映射关系。结果表明：料斗半锥角不仅对内部颗粒流型有着明显的影响，并且颗粒流动状态随着半锥角的增大呈现局部涡流状。1 mm 直径的颗粒在中心流型中依然能保持良好的流动均匀性，而颗粒煤粒径越大，在排料过程中更容易出现明显的平移、斜移以及交叉等流动现象，料斗半锥角的增大会使得颗粒在流动时出现连续起伏的受力变化。壁面附近的慢速颗粒更容易以局部涡流形态沿着料斗呈曲线式运动，降低下料效率，加剧排料过程中的不均匀下料情况。

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718HH塑料模具钢的粉末特性及其激光选区熔化成形性能

张梦醒，马党参，周健，迟宏宵，王长军，殷军伟

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 27-32.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20220065

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为了研制选区激光熔化技术成形低成本高性能模具钢零部件，采用真空气雾化技术制备了激光选区熔化成形用 718HH 塑料模具钢粉末，利用激光粒度分析仪、扫描电镜、霍尔流速计及智能粉体性能测试仪检测了粉末的粒度、形貌和流动性，并研究了该模具钢粉末的SLM成形件的力学性能。结果表明：实验粉末的D₁₀、D₅₀、D₉₀粒度分别为：27.83、43. 52、69.09 μm；大部分粉末呈球形或近球形，粉末的流动性为18.44 s/50 g，松装密度为4. 16 g/cm³，振实密度为4. 75 g/cm³，压缩度为12. 4%。实验粉末的流动性很好，适用于激光选区熔化成形。成形件的抗拉强度为1 392 MPa，屈服强度为1 257 MPa，冲击韧性为15. 3 J，硬度和韧性均高于国产 718HH塑料模具钢试样。

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氧化铁的凝胶注模成形工艺研究

车晓舟

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 33-37.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20220178

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研究了有机单体为甲基丙烯酸羟乙酯，交联剂为三缩四乙二醇双丙稀酸酯的凝胶注模成形工艺。结果表明，添加固相含量 2% 质量分数的聚丙烯酰胺分散剂，可获得分散性好、沉降率低和粘度适宜的 Fe₂O₃料浆。固相体积分数的增大可降低生坯的收缩率并提高轴向和径向收缩的均匀性。固相体积分数的增大可提高烧结坯的相对密度，固相含量从 30% 增加到 55%，烧结坯的相对密度从 70% 提高到 90%。

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EIGA工艺参数对制备激光3D打印用TC4合金粉末特性的影响

陈嘉璐，安然，董欢欢，张磊

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 38-44.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20220155

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电极感应真空熔炼气雾化（EIGA）是制备激光3D打印用高纯度高性能TC4钛合金粉末的关键技术之一，合金粉末的球形度、流动性、松装密度、粒径尺寸、空心球率等粉末特征对成形高强韧性合金具有重要影响。实验采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪及霍尔流速计等测试手段，研究了工艺参数对制备钛合金粉末特性的影响规律，并对不同粒度粉末的表面微观结构和性能特征进行了表征。研究结果表明：制备工艺参数对制备 TC4 合金粉末的特性具有重要影响，在优化了的 EIGA 制备参数：功率为 60 kW、旋转速度为 5. 5 r/min、给进速率为650 μm/s、雾化气压为6.0 MPa及导管伸出长度为2 mm等条件下，成功制备出了低含氧量 0.11%、成分与粉末特性指标符合激光 3D 打印需要的球形 TC4 合粉末。制备的合金粉末的球形度达到 98%，粉末主要尺寸为1~150 μm，粉末松装密度为2. 870 g/cm³，空心球率不高于3%；其中尺寸为1~54 μm合金粉末约占总体粉末的26%，而尺寸为54~150 μmm粉末约占总体的53%，流动性平均值为25 s/50g。该方法制备的TC4合金粉末球形度高，表面光滑，物相为密排六方α-Ti单相固溶体，成分均匀，满足激光直接沉积3D打印技术制备零件的需求。

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合金成分对GH4099合金激光选区熔化成形组织及性能的影响

楚瑞坤，张熹雯，霍俊美，彭世清，毕中南，张少明

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 45-52.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20230125

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通过激光选区熔化成形工艺制备不同成分的 GH4099 合金试样，研究不同合金成分对组织形貌及其力学性能的影响规律。结果表明，三组成分 GH4099 合金打印成形态组织均无明显的缺陷，但经固溶热处理后晶粒等轴化程度有所差异，主要是由于 C、Cr、Mo、W、Ti 等碳化物形成元素差异促使 GH4099 合金中碳化物特征差异所致。各成分 GH4099 合金 900 ℃拉伸强度和塑性具有明显的差异，与各合金等轴化程度及其组织中碳化物的分布位置和形态有明显关联，等轴状晶粒晶界非连续分布的碳化物与晶内弥散分布的细小颗粒状 M23C6型碳化物有利于保持较高的强度和塑性；初始组织中较高含量的 MC 型碳化物沿晶界连续分布，钉扎晶界导致晶粒等轴化程度较低，展现强度高、塑性低的特点，断口形貌呈现沿原始柱状晶晶界断裂。Ti 元素等促 MC 型碳化物形成元素对晶粒等轴化不利，同时沿晶界连续分布的 MC 型碳化物不利于 900 ℃拉伸塑性，Cr、Mo、W 等促 M23C6型碳化物形成元素，虽对晶粒等轴化有所影响，但可通过固溶强化提高高温强度，在 900 ℃保持较好的塑性。

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MgAl相对WAAM镁合金磨痕亚表面组织演变行为及磨损性能的影响

邹挺，曾佳，杨俊杰，李杰，王启伟，李卫

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 53-62.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20220202

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采用电弧熔丝增材制造工艺（WAAM）制备了 3 种不同 MgAl 相含量的镁合金—WAAM AZ31， AZ61 和 AZ91，采用 OM、SEM 和 EBSD 观察了磨痕表面及亚表面的磨痕形貌，对比研究了 3 种 WAAM 镁合金的滑动磨损行为。研究表明：基于磨痕表面的犁沟，磨损过程中材料的流失主要源自微切削。与此同时，在磨痕亚表面基体层上方形成了一层富含孪晶和小角晶界的形变层。所以，镁合金的耐磨损性能受形变层和析出相综合作用影响。因此，虽然 AZ61 的基体硬度和 MgAl 相含量较 AZ31 分别提升 10.8% （1. 02→1. 13 GPa）和 77.8%（1. 8%→3. 2%），但由于形变层硬度的减小（1. 61→1. 51 GPa），所以耐磨性能仅提升 4. 2%（1. 41→1. 35 mm3）。相应的，虽然 AZ91 的基体硬度和 MgAl 相含量较 AZ61 仅分别提升 13. 7% （1. 13→1. 28 GPa）和 28.1%（3. 2%→4. 1%），但由于形变层硬度略微减小（1. 51→1. 50 GPa），所以耐磨性能显著提升 26.7%（1. 35→0.99 mm3）。MgAl相能抑制孪晶的形成导致形变层硬度随 MgAl相含量增加而减小。

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低成本医用多孔Ti-5Mn合金的制备及其压缩性能

麦萍，赵朝勇

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 63-67.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20230053

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以不同添加量的碳酸氢铵（NH4HCO3）颗粒（10%~40%）为占位剂，使用粉末冶金工艺制备出低成本医用多孔 Ti-5Mn 合金，并检测其微观结构和力学性能。结果表明，不同碳酸氢铵添加量制备出的多孔 Ti-5Mn 合金均由 α-Ti 相和 β-Ti 相组成，其添加量对合金的物相无影响。当碳酸氢铵添加量增加时，制备出的多孔 Ti-5Mn 合金的孔隙率增加，密度相应减小，大孔平均孔径变大并逐渐变得三维连通，而其弹性模量和抗压强度逐渐减小。实验使用不同添加量的碳酸氢铵颗粒制备出的具有合适孔结构和力学性能的低成本医用多孔 Ti-5Mn 合金可作为皮质骨缺损修复的候选材料。

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不同石墨含量铜基摩擦材料耐热特性及摩擦性能研究

李炎森，张坤，张国洪，许成法，胡铮，汪银风

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 68-74.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20220180

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针对铜基摩擦材料耐热性能不足导致的摩擦片服役寿命受限这一问题，采用粉末冶金方法压烧了 3 种不同质量分数石墨的摩擦材料试样，主要研究了石墨含量对材料耐热性能及摩擦磨损性能的影响及其作用机制。表面形貌分析表明，随着石墨含量的增加基体连续性先增加后降低；热分析结果表明，石墨含量对热学性能的主要影响在于因石墨过量产生的团聚现象导致的界面传热下降；摩擦磨损试验结果证实，随着石墨含量的增加，试样耐热性能明显提升，材料基体的强度得到增强，但是却导致试样磨损率及动摩擦因数上升。

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高岭土凝胶绝缘包覆对Fe-Si磁粉芯性能的影响

万程，许欣蓓，鲁书潮，赵利明，刘国忠，郑翠红

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 74-73.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20220158

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实验以剥层后的高岭土凝胶为绝缘包覆剂，对气雾化球形 Fe-Si 合金磁粉进行绝缘包覆，经成形热处理后得到 Fe-Si 磁粉芯，研究了高岭土添加量对 Fe-Si 磁粉芯性能的影响。研究表明，高岭土添加量从 0.8% 增加至 1. 8% 时，Fe-Si磁粉芯的有效磁导率 μe显著降低，由 65. 2下降至 45. 5；随着添加量的逐渐增加，其品质因数 Q值呈先升高后降低趋势，而功率损耗 Pcv与 Q值呈相反趋势，1. 4%高岭土添加量样品的 Pcv达到最低，50 kHz/100 mT下为 419 mW/cm³，Q值达 158.8。与传统磷化绝缘处理相比，Fe-Si磁粉芯的品质因数 Q值和功率损耗P cv 均有显著改善。

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添加Cu3P对铁基粉末冶金气门导管材料组织与力学性能的影响

吕威，王天国，华建杰

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 81-80.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20220161

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研究不同 Cu3P 含量对铁基粉末冶金气门导管材料的显微组织、密度、力学性能和耐磨性的影响。结果表明：在烧结温度为 1 135 ℃，Cu3P 的添加量为 0.45% 时，组织中的孔隙数量最少，孔隙尺寸较小且分布均匀。当 Cu3P 的添加量为 0.45% 时，解理面减小，孔隙减小，韧窝较深，且均匀分布，此时力学性能达到最优，硬度和抗拉强度分别达到 73. 1HRB 和 337.3 MPa。摩擦磨损实验表明，Cu3P 含量为 0.45%，铁基粉末冶金气门导管材料的磨损量最小，摩擦因数最小，其耐磨性能最优。

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纳米片状SnO2增强Ag-SnO2电接触材料及性能

董玺，刘松涛，王俊勃，思芳，窦博，郑贤军

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 88-87.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20220168

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为增强 Ag-SnO2电接触材料耐电弧烧蚀性能，采用水热法制备纳米片状 SnO2粉体，并采用化学沉积工艺制备了 Ag-SnO2电接触材料。分别对 SnO2粉体和 Ag-SnO2电接触材料进行表征和性能测试，结果表明：纳米片状 SnO2厚度约为 50~100 nm，宽度约为 500 nm，比表面积为 82. 789 2 m2/g。制得 Ag-SnO2电接触材料组织分布均匀，维氏硬度、密度和电导率分别为：131. 8，8.15 g/cm³，32%IACS；电弧烧蚀测试后， Ag-SnO2电接触材料表面没有出现明显的 Ag 富集区与 SnO2富集区，耐电弧烧蚀性能良好。

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新能源汽车用氮化锂人工固态电解质膜的研究

彭亮，赵明

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 94-100.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20220195

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金属锂具有极高的理论容量（3 860 mAh/g）与极低的还原电位（-3. 04 V），作为负极材料将使电池能量密度大大提升，有望实现大于 400 Wh/kg 的目标，并使新能源汽车续航里程大大延长。然而，金属锂负极与电解液的不断反应在消耗电解液的同时，亦会增大电池内阻。在实验中，采用添加人工固体电解质膜的方法，在抑制金属锂与电解液反应的同时，氮化锂的高离子电导率亦能实现金属锂表面的锂离子的快速传输，使电池具有较低的内阻。得益于氮化锂固体电解质膜的缓冲作用，所组装的锂/锂对称电池可在 0.4 mA/cm²电流密度下稳定循环 1 000 h，临界电流密度达到 1. 8 mA/cm2；钴酸锂/金属锂软包半电池 1 C 条件下循环 300 圈后，容量保持率可达 93. 1%。

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激光熔化沉积镍基高温合金微观组织及力学性能的研究进展

黄西娜，何磊，岳文，翟月雯，王成彪

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 101-109.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20220160

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激光熔化沉积工艺在镍基高温合金等难加工金属方面具有很强的制造优势。因此，阐述了激光熔化沉积成形镍基高温合金过程中，扫描路径、激光功率和扫描速度对镍基高温合金微观组织及力学性能的影响，以阐明该工艺在镍基高温合金制备和修复领域的潜力。通过对激光熔化沉积成形镍基高温合金微观组织及典型缺陷形成机制的探究，以期为后续激光熔化沉积制备镍基高温合金微观组织及力学性能的调控提供理论依据。

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增材制造铝镁合金的研究现状

秦明花，张鹏杰，辛宏鹏，何静，牛山廷，车立达

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 110-117.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20220090

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综述了增材制造铝镁合金的组织特征、冶金缺陷及其性能的优化工艺，并对增材制造铝镁合金的发展进行了展望。增材制造可热处理时效强化铝镁合金的组织呈柱状晶与等轴晶交替分布，呈双峰晶粒特征，这主要与熔池边界一次弥散相的析出有关。铝镁合金在增材制造过程中容易产生凝固裂纹及孔隙，裂纹的萌生主要与其较宽的凝固温度区间有关，可通过细化晶粒降低铝镁合金开裂倾向；孔隙的形成机制较为复杂，主要与激光能量过高及Mg的挥发有关，可通过热等静压工艺消除部分孔隙。未来铝镁合金高温力学性能的提升及空客公司专利垄断的突破可能是其发展的关键。

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基于图像和数值模拟的紧耦合气雾化研究进展

徐啸林，卢林，吴文恒

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 118-126.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20220193

摘要 ( ) PDF全文 ( )

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紧耦合气雾化技术（Close-coupled gas atomization，CCGA）具有雾化效率高，粉末球形度好，综合生产成本低等优势，现已成为当前 3D 打印用金属粉末制备的主流技术之一。为进一步提升紧耦合气雾化的雾化效率，提升细粉收得率，促进 3D 打印产业的快速发展，对紧耦合气雾化的研究成为金属粉末制备领域的热点之一。近年来，研究者们开始使用高速摄影和粒子图像测速技术直观真实地观察到了气雾化过程中熔体破碎的细节，也为数值模拟得到的结果提供了实验验证，进一步揭示气雾化流场机制。同时，随着计算机运算能力的迅速发展和粉末形成理论模型的不断优化，将计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）的数值模拟技术应用于对气雾化的研究得到广泛关注，研究者们对雾化流场结构和粉末粒径分布取得的研究成果极大促进了对气雾化流场机制的认识。高速摄影技术和数值模拟相辅相成，为气雾化实际生产中提高雾化效率提供了十分可靠的理论指导。因此，简述了基于图像观察和数值模拟的紧耦合气雾化的研究进展，归纳了两种方法在流场结构和雾化机制研究方面的应用，总结了两种方法用于指导雾化工艺参数优化及喷盘结构参数设计实践的进展。

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金属纤维多孔材料的应用和研究现状

于承雪，张心周，张科，刘阳

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 127-132.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20220162

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金属纤维多孔材料是近年来受到广泛关注和研究的一种复合的结构功能一体化材料，具有良好的导电性、导热性、孔形稳定、可加工、可焊接、容尘量大等优势。综述了金属纤维多孔材料的制备方法，主要介绍了不锈钢、钛及钛合金金属纤维多孔材料在过滤分离、吸声降噪、生物医学、氢能装置等领域的应用和研究现状。

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稀土产业现状分析与发展策略研究

吴玮，韩建民，方以坤

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 133-139.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20220059

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稀土作为新兴产业发展不可或缺的战略性原材料，在粉末冶金材料领域具有重要价值，其中使用粉末冶金技术制备的稀土永磁材料已被广泛应用于高新技术等诸多领域。近年来世界格局在悄然变化，美日欧等国正试图产业链去中国化，在此新形势下，梳理了中外稀土产业的发展现状，并运用 SWOT 矩阵分析法进行了初步研究，提出再聚行业共识，充分发挥我国优势战略资源的带动作用，和产业实力雄厚的优势，抓住“碳中和”、数智转型机遇，克服自身劣势，加强原创性技术攻关与全球布局，最终将上游资源优势转化为下游材料制造、器件应用、经济发展等全方位优势。

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基于专利分析的钽粉制备技术现状研究与趋势分析

张铭显，朱芳，张国祥，刘新敏，徐一

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 140-145.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20220156

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以德温特创新索引专利数据库中 1992—2021 年间的钽粉专利为研究对象，利用科学计量工具 Citespace 绘制了钽粉专利科学知识图谱，并对钽粉专利现状和发展趋势进行了分析。结果表明，全球钽粉专利申请量从2011年开始大幅增加，其中中国的专利申请占比最大。然而，以高被引专利为代表的高技术门槛和高利润钽粉制备专利主要被欧美企业所持有，显示出了欧美国家在钽粉研发实力上的领先优势。中国未来需在以高容化、高压和高可靠性电容器用钽粉为代表的产品方向进行突破。

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基于正交实验的W-Gd2O3-Al屏蔽材料球磨工艺探索

王艳丽，唐德文，黄景昊，肖魏魏

粉末冶金工业. 2023, 33(06): 146-151.
https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-654³. 20230063

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采用高能球磨法制备 W-Gd2O3-Al 混合粉末，通过设计正交实验，采用 X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)分析了球磨时间、球磨转速、球料比对粉末物相和颗粒尺寸的影响，为高能球磨制备 W-Gd2O3-Al 复合材料提供最佳工艺参数。结果表明：球料比对晶粒细化影响最为显著，而球磨时间和球磨转速在本实验范围内对其影响较小。过度延长球磨时间、增大球磨转速不仅不会细化晶粒尺寸，还会发生粉末相变。综合分析获得最佳球磨工艺组合为：球磨转速 400 r/min、球磨时间 15 h、球料比 10:1。上述工艺参数组合进行高能球磨，相变稳定、磨球之间碰撞频率适中，利于粉末细化。

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2023年, 第33卷, 第06期　刊出日期：2023-12-10

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