JP7123400B2 - 溶融金属中のナノ構造の自己分散および自己安定化 - Google Patents
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Description
本願は、2016年3月31日に出願された米国仮出願第62/316,274号の利益を主張するものであり、該米国仮出願の内容は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
|[(Ananostructure)1/2-(Aaluminum)1/2]2×(1/12)×(R/d1)|<15.6zJであって、Ananostructureは、ナノ構造材料のHamaker定数であって、Aaluminumは、AlのHamaker定数であって、Rは、ナノ構造の平均有効半径であって、d1は、約0.4nmであって、kは、Boltzmann定数である。
|[(Ananostructure)1/2-(Airon)1/2]2×(1/12)×(R/d1)|<27.8zJであって、Ananostructureは、ナノ構造材料のHamaker定数であって、Aironは、FeのHamaker定数であって、Rは、ナノ構造の平均有効半径であって、d1は、約0.4nmであって、kは、Boltzmann定数である。
|[(Ananostructure)1/2-(Asilver)1/2]2×(1/12)×(R/d1)|<19.8zJであって、Ananostructureは、ナノ構造材料のHamaker定数であって、Asilverは、AgのHamaker定数であって、Rは、ナノ構造の平均有効半径であって、d1は、約0.4nmであって、kは、Boltzmann定数である。
|[(Ananostructure)1/2-(Acopper)1/2]2×(1/12)×(R/d1)|<21.5zJであって、Ananostructureは、ナノ構造材料のHamaker定数であって、Acopperは、CuのHamaker定数であって、Rは、ナノ構造の平均有効半径であって、d1は、約0.4nmであって、kは、Boltzmann定数である。
|[(Ananostructure)1/2-(Azinc)1/2]2×(1/12)×(R/d1)|<12.3zJであって、Ananostructureは、ナノ構造材料のHamaker定数であって、Azincは、ZnのHamaker定数であって、Rは、ナノ構造の平均有効半径であって、d1は、約0.4nmであって、kは、Boltzmann定数である。
|[(Ananostructure)1/2-(Atitanium)1/2]2×(1/12)×(R/d1)|<29.5zJであって、Ananostructureは、ナノ構造材料のHamaker定数であって、Atitaniumは、TiのHamaker定数であって、Rは、ナノ構造の平均有効半径であって、d1は、約0.4nmであって、kは、Boltzmann定数である。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
金属基ナノ複合材であって、
1つまたはそれを上回る金属を含む基材と、
前記ナノ複合材の3%を上回る体積割合において前記基材中に均一に分散されるナノ構造と
を含む、ナノ複合材。
(項目2)
前記基材は、Al、Mg、Fe、Ag、Cu、Mn、Ni、Ti、Cr、Co、およびZnから選択される1つまたはそれを上回る金属を含む、項目1に記載のナノ複合材。
(項目3)
前記ナノ構造は、1nm~100nmの範囲内の平均寸法を有する、項目1に記載のナノ複合材。
(項目4)
前記ナノ構造は、セラミックを含む、項目1に記載のナノ複合材。
(項目5)
前記セラミックは、遷移金属含有セラミックである、項目4に記載のナノ複合材。
(項目6)
前記遷移金属含有セラミックは、遷移金属炭化物、遷移金属ケイ化物、遷移金属ホウ化物、および遷移金属窒化物から選択される、項目5に記載のナノ複合材。
(項目7)
前記ナノ構造は、元素形態における遷移金属を含む、項目1に記載のナノ複合材。
(項目8)
前記遷移金属は、Wである、項目7に記載のナノ複合材。
(項目9)
前記ナノ複合材中の前記ナノ構造の体積割合は、5%またはそれを上回る、項目1に記載のナノ複合材。
(項目10)
前記ナノ複合材中の前記ナノ構造の体積割合は、10%またはそれを上回る、項目1に記載のナノ複合材。
(項目11)
前記基材は、Alを含み、前記ナノ構造は、遷移金属炭化物または遷移金属ホウ化物を含む、項目1に記載のナノ複合材。
(項目12)
前記基材は、Feを含み、前記ナノ構造は、遷移金属炭化物、遷移金属ホウ化物、または遷移後金属酸化物を含む、項目1に記載のナノ複合材。
(項目13)
前記基材は、Agを含み、前記ナノ構造は、元素形態における遷移金属を含む、項目1に記載のナノ複合材。
(項目14)
前記基材は、Cuを含み、前記ナノ構造は、元素形態における遷移金属または遷移金属炭化物を含む、項目1に記載のナノ複合材。
(項目15)
前記基材は、Znを含み、前記ナノ構造は、元素形態における遷移金属または遷移金属炭化物を含む、項目1に記載のナノ複合材。
(項目16)
前記基材は、Tiを含み、前記ナノ構造は、元素形態における遷移金属または遷移金属ケイ化物を含む、項目1に記載のナノ複合材。
(項目17)
金属基ナノ複合材であって、
Alを含む基材と、
前記ナノ複合材の3%を上回る体積割合において前記基材中に分散されるナノ構造と
を含み、
前記ナノ構造は、遷移金属炭化物または遷移金属ホウ化物を含む、金属基ナノ複合材。
(項目18)
金属基ナノ複合材であって、
Alを含む基材と、
前記ナノ複合材の3%を上回る体積割合において前記基材中に分散されるナノ構造と
を含み、
前記ナノ構造は、ナノ構造材料を含み、
前記ナノ構造材料の表面に対する溶融物Alの接触角θは、90°未満であり、
|[(A nanostructure ) 1/2 -(A aluminum ) 1/2 ] 2 ×(1/12)×(R/d 1 )|<15.6zJであり、A nanostructure は、前記ナノ構造材料のHamaker定数であり、A aluminum は、AlのHamaker定数であり、Rは、前記ナノ構造の平均有効半径であり、d 1 は、0.4nmであって、kは、Boltzmann定数である、
金属基ナノ複合材。
(項目19)
金属基ナノ複合材であって、
Feを含む基材と、
前記ナノ複合材の3%を上回る体積割合において前記基材中に分散されるナノ構造と
を含み、
前記ナノ構造は、遷移金属炭化物、遷移金属ホウ化物、または遷移後金属酸化物を含む、金属基ナノ複合材。
(項目20)
金属基ナノ複合材であって、
Feを含む基材と、
前記ナノ複合材の3%を上回る体積割合において前記基材中に分散されるナノ構造と
を含み、
前記ナノ構造は、ナノ構造材料を含み、
前記ナノ構造材料の表面に対する溶融物Feの接触角θは、90°未満であり、
|[(A nanostructure ) 1/2 -(A iron ) 1/2 ] 2 ×(1/12)×(R/d 1 )|<27.8zJであり、A nanostructure は、前記ナノ構造材料のHamaker定数であり、A iron は、FeのHamaker定数であり、Rは、前記ナノ構造の平均有効半径であり、d 1 は、0.4nmであり、kは、Boltzmann定数である、
金属基ナノ複合材。
(項目21)
金属基ナノ複合材であって、
Agを含む基材と、
前記ナノ複合材の3%を上回る体積割合において前記基材中に分散されるナノ構造と
を含み、
前記ナノ構造は、元素形態における遷移金属を含む、金属基ナノ複合材。
(項目22)
金属基ナノ複合材であって、
Agを含む基材と、
前記ナノ複合材の3%を上回る体積割合において、前記基材中に分散される、ナノ構造と
を含み、
前記ナノ構造は、ナノ構造材料を含み、
前記ナノ構造材料の表面に対する溶融物Agの接触角θは、90°未満であり、
|[(A nanostructure ) 1/2 -(A silver ) 1/2 ] 2 ×(1/12)×(R/d 1 )|<19.8zJであり、A nanostructure は、前記ナノ構造材料のHamaker定数であり、A silver は、AgのHamaker定数であり、Rは、前記ナノ構造の平均有効半径であり、d 1 は、0.4nmであり、kは、Boltzmann定数である、
金属基ナノ複合材。
(項目23)
金属基ナノ複合材であって、
Cuを含む基材と、
前記ナノ複合材の3%を上回る体積割合において前記基材中に分散されるナノ構造と
を含み、
前記ナノ構造は、元素形態における遷移金属または遷移金属炭化物を含む、金属基ナノ複合材。
(項目24)
金属基ナノ複合材であって、
Cuを含む基材と、
前記ナノ複合材の3%を上回る体積割合において前記基材中に分散されるナノ構造と
を含み、
前記ナノ構造は、ナノ構造材料を含み、
前記ナノ構造材料の表面に対する溶融物Cuの接触角θは、90°未満であり、
|[(A nanostructure ) 1/2 -(A copper ) 1/2 ] 2 ×(1/12)×(R/d 1 )|<21.5zJであり、A nanostructure は、前記ナノ構造材料のHamaker定数であり、A copper は、CuのHamaker定数であり、Rは、前記ナノ構造の平均有効半径であり、d 1 は、0.4nmであり、kは、Boltzmann定数である、
金属基ナノ複合材。
(項目25)
金属基ナノ複合材であって、
Znを含む基材と、
前記ナノ複合材の3%を上回る体積割合において前記基材中に分散されるナノ構造と
を含み、
前記ナノ構造は、元素形態における遷移金属または遷移金属炭化物を含む、金属基ナノ複合材。
(項目26)
金属基ナノ複合材であって、
Znを含む基材と、
前記ナノ複合材の3%を上回る体積割合において前記基材中に分散されるナノ構造と
を含み、
前記ナノ構造は、ナノ構造材料を含み、
前記ナノ構造材料の表面に対する溶融物Znの接触角θは、90°未満であり、
|[(A nanostructure ) 1/2 -(A zinc ) 1/2 ] 2 ×(1/12)×(R/d 1 )|<12.3zJであり、A nanostructure は、前記ナノ構造材料のHamaker定数であり、A zinc は、ZnのHamaker定数であり、Rは、前記ナノ構造の平均有効半径であり、d 1 は、0.4nmであり、kは、Boltzmann定数である、
金属基ナノ複合材。
(項目27)
金属基ナノ複合材であって、
Tiを含む基材と、
前記ナノ複合材の3%を上回る体積割合において前記基材中に分散されるナノ構造と
を含み、
前記ナノ構造は、元素形態における遷移金属または遷移金属ケイ化物を含む、金属基ナノ複合材。
(項目28)
金属基ナノ複合材であって、
Tiを含む基材と、
前記ナノ複合材の3%を上回る体積割合において前記基材中に分散されるナノ構造と
を含み、
前記ナノ構造は、ナノ構造材料を含み、
前記ナノ構造材料の表面に対する溶融物Tiの接触角θは、90°未満であり、
|[(A nanostructure ) 1/2 -(A titanium ) 1/2 ] 2 ×(1/12)×(R/d 1 )|<29.5zJであり、A nanostructure は、前記ナノ構造材料のHamaker定数であり、A titanium は、TiのHamaker定数であり、Rは、前記ナノ構造の平均有効半径であり、d 1 は、0.4nmであり、kは、Boltzmann定数である、
金属基ナノ複合材。
(項目29)
製造方法であって、
1つまたはそれを上回る金属を加熱し、溶融物を形成するステップと、
3%を上回る体積割合においてナノ構造を前記溶融物の中に導入するステップと、
前記溶融物を冷却し、その中に分散される前記ナノ構造を含む金属基ナノ複合材を形成するステップと
を含む、方法。
(項目30)
前記1つまたはそれを上回る金属は、Al、Mg、Fe、Ag、Cu、Mn、Ni、Ti、Cr、Co、およびZnから選択される、項目29に記載の方法。
(項目31)
前記ナノ構造は、1nm~100nmの範囲内の平均寸法を有する、項目29に記載の方法。
(項目32)
前記ナノ構造は、セラミックまたは元素形態における遷移金属を含む、項目29に記載の方法。
(項目33)
前記ナノ構造は、5%またはそれを上回る体積割合において前記溶融物の中に導入される、項目29に記載の方法。
(項目34)
前記ナノ構造は、10%またはそれを上回る体積割合において前記溶融物の中に導入される、項目29に記載の方法。
室温およびそれを上回ると、周波数は、紫外線(UV)領域内にある。
(3)|Wvdwmax|<kTまたは|[(Ananostructure)1/2-(Amatrix)1/2]2×(1/12)×(R/d1)|<kT
(式中、Ananostructureは、ナノ構造材料のHamaker定数であって、Amatrixは、基材材料のHamaker定数であって、Rは、ナノ構造の平均有効半径であって、d1は、約0.4nmであるように設定されることができ、kは、Boltzmann定数である)とを満たし得る。
(3)|Wvdwmax|<kTまたは|[(Ananostructure)1/2-(Aaluminum)1/2]2×(1/12)×(R/d1)|<15.6zJ
(式中、Ananostructureは、ナノ構造材料のHamaker定数であって、Aaluminumは、アルミニウムのHamaker定数であって、Rは、ナノ構造の平均有効半径であって、d1は、約0.4nmであるように設定されることができ、kは、Boltzmann定数である)とを満たし得る。アルミニウムにおける分散に関する好適なナノ構造材料の実施例は、他の遷移金属含有セラミックの中でもとりわけ、遷移金属炭化物(例えば、TiC)および遷移金属ホウ化物(例えば、TiB2)を含み、好適なナノ構造は、約1nm~約100nm、約1nm~約80nm、約1nm~約60nm、約1nm~約40nm、約1nm~約20nm、または約1nm~約10nmの範囲内の平均有効直径を有することができるが、約1nm~約1,000nm内の他の範囲も、検討され、例えば、約1nm~約500nmまたは約1nm~約200nmである。
(3)|Wvdwmax|<kTまたは|[(Ananostructure)1/2-(Amagnesium)1/2]2×(1/12)×(R/d1)|<15.5zJ
(式中、Ananostructureは、ナノ構造材料のHamaker定数であって、Amagnesiumは、マグネシウムのHamaker定数であって、Rは、ナノ構造の平均有効半径であって、d1は、約0.4nmであるように設定されることができ、kは、Boltzmann定数である)とを満たし得る。マグネシウムにおける分散に関する好適なナノ構造材料の実施例は、他のセラミックの中でもとりわけ、非金属炭化物(例えば、SiC)を含み、好適なナノ構造は、約1nm~約100nm、約1nm~約80nm、約1nm~約60nm、約1nm~約40nm、約1nm~約20nm、または約1nm~約10nmの範囲内の平均有効直径を有することができるが、約1nm~約1,000nm内の他の範囲も、検討され、例えば、約1nm~約500nmまたは約1nm~約200nmである。
(3)|Wvdwmax|<kTまたは|[(Ananostructure)1/2-(Airon)1/2]2×(1/12)×(R/d1)|<27.8zJ
(式中、Ananostructureは、ナノ構造材料のHamaker定数であって、Aironは、鉄のHamaker定数であって、Rは、ナノ構造の平均有効半径であって、d1は、約0.4nmであるように設定されることができ、kは、Boltzmann定数である)とを満たし得る。鉄における分散に関する好適なナノ構造材料の実施例は、他のセラミックの中でもとりわけ、遷移金属炭化物(例えば、NbC、NiC、およびTiC)、遷移金属ホウ化物(例えば、TiB2)、および遷移後金属酸化物(例えば、Al2O3)を含み、好適なナノ構造は、約1nm~約100nm、約1nm~約80nm、約1nm~約60nm、約1nm~約40nm、約1nm~約20nm、または約1nm~約10nmの範囲内の平均有効直径を有することができるが、約1nm~約1,000nm内の他の範囲も、検討され、例えば、約1nm~約500nmまたは約1nm~約200nmである。
(3)|Wvdwmax|<kTまたは|[(Ananostructure)1/2-(Asilver)1/2]2×(1/12)×(R/d1)|<19.8zJ
(式中、Ananostructureは、ナノ構造材料のHamaker定数であって、Asilverは、銀のHamaker定数であって、Rは、ナノ構造の平均有効半径であって、d1は、約0.4nmであるように設定されることができ、kは、Boltzmann定数である)とを満たし得る。銀における分散に関する好適なナノ構造材料の実施例は、遷移金属(例えば、W)を含み、好適なナノ構造は、約1nm~約100nm、約1nm~約80nm、約1nm~約60nm、約1nm~約40nm、約1nm~約20nm、または約1nm~約10nmの範囲内の平均有効直径を有することができるが、約1nm~約1,000nm内の他の範囲も、検討され、例えば、約1nm~約500nmまたは約1nm~約200nmである。
(3)|Wvdwmax|<kTまたは|[(Ananostructure)1/2-(Acopper)1/2]2×(1/12)×(R/d1)|<21.5zJ
(式中、Ananostructureは、ナノ構造材料のHamaker定数であって、Acopperは、銅のHamaker定数であって、Rは、ナノ構造の平均有効半径であって、d1は、約0.4nmであるように設定されることができ、kは、Boltzmann定数である)とを満たし得る。銅における分散に関する好適なナノ構造材料の実施例は、遷移金属および遷移金属炭化物(例えば、WおよびWC)を含み、好適なナノ構造は、約1nm~約100nm、約1nm~約80nm、約1nm~約60nm、約1nm~約40nm、約1nm~約20nm、または約1nm~約10nmの範囲内の平均有効直径を有することができるが、約1nm~約1,000nm内の他の範囲も、検討され、例えば、約1nm~約500nmまたは約1nm~約200nmである。
(3)|Wvdwmax|<kTまたは|[(Ananostructure)1/2-(Azinc)1/2]2×(1/12)×(R/d1)|<12.3zJ
(式中、Ananostructureは、ナノ構造材料のHamaker定数であって、Azincは、亜鉛のHamaker定数であって、Rは、ナノ構造の平均有効半径であって、d1は、約0.4nmであるように設定されることができ、kは、Boltzmann定数である)とを満たし得る。亜鉛における分散に関する好適なナノ構造材料の実施例は、遷移金属および遷移金属炭化物(例えば、WおよびWC)を含み、好適なナノ構造は、約1nm~約100nm、約1nm~約80nm、約1nm~約60nm、約1nm~約40nm、約1nm~約20nm、または約1nm~約10nmの範囲内の平均有効直径を有することができるが、約1nm~約1,000nm内の他の範囲も、検討され、例えば、約1nm~約500nmまたは約1nm~約200nmである。
(3)|Wvdwmax|<kTまたは|[(Ananostructure)1/2-(Atitanium)1/2]2×(1/12)×(R/d1)|<29.5zJ
(式中、Ananostructureは、ナノ構造材料のHamaker定数であって、Atitaniumは、チタンのHamaker定数であって、Rは、ナノ構造の平均有効半径であって、d1は、約0.4nmであるように設定されることができ、kは、Boltzmann定数である)とを満たし得る。チタンにおける分散に関する好適なナノ構造材料の実施例は、遷移金属(例えば、W)および遷移金属ケイ化物(例えば、Ti5Si3)を含み、好適なナノ構造は、約1nm~約100nm、約1nm~約80nm、約1nm~約60nm、約1nm~約40nm、約1nm~約20nm、または約1nm~約10nmの範囲内の平均有効直径を有することができるが、約1nm~約1,000nm内の他の範囲も、検討され、例えば、約1nm~約500nmまたは約1nm~約200nmである。
Al溶融物中のTiCナノ粒子分散の理論的分析:
Al基材中の高体積割合のTiCナノ粒子(サイズ約3~10nmを伴う)の均一分散が、液体状態処理によって達成された。具体的には、約13体積%TiCを伴うAlが、加工された。Alは、約820℃でアルゴンガス保護下で溶融され、TiCナノ粒子が、Al溶融物の中に添加され、約20分にわたって機械的混合を受けた。混合後、サンプルが、約1K/秒のレートで空気中で冷却された。Al基材中のTiCナノ粒子の分散は、図18におけるSEMによって特性評価された。より小さい粒子サイズの使用を通して、エネルギー障壁W2は、熱エネルギーよりはるかに高いままである一方、エネルギー井戸W1は、低減され、TiCナノ粒子の捕捉を緩和し、TiCナノ粒子がAl溶融物中に自己分散されることを可能にする。
Mg溶融物中のSiCナノ粒子分散の理論的分析:
Fe基材中のNbCナノ粒子のナノ複合材が、液体状態処理によって達成された。Feは、約1,570℃で真空溶鉱炉内で溶融され、約3重量%NbCナノ粒子および約1重量%炭素が、Fe溶融物の中に導入され、混合を受けた。混合後、サンプルは、ゆっくりと真空(約2×10-2Torr)で冷却された。Fe基材中のNbCナノ粒子の分散は、図23におけるSEMによって特性評価された。図から分かるように、NbCナノ粒子は、Fe基材中に良好に分散された。
Al溶融物中のTiB2ナノ粒子分散の理論的分析:
Ag溶融物中のWナノ粒子分散の理論的分析:
Claims (8)
- バルク金属基ナノ複合材であって、
Al、Mg、Fe、Ag、またはMg 2 Znであるバルク金属基材と、
前記ナノ複合材の3%を上回る体積割合において前記バルク金属基材全体を通じて均一に自己分散されているナノ構造材料と
を含み、
画像分析を通して、個々のナノ構造材料間の最近傍距離の少なくとも70%が0.9×平均距離および1.1×平均距離の帯域内にあるとき、前記ナノ構造材料は、均一に分散されており、前記ナノ構造材料のナノ構造は、1nm~100nmの範囲内の平均寸法を有し、
前記バルク金属基材がAlであるとき、前記ナノ構造材料は、TiB 2 またはTiCであり、
前記バルク金属基材がMgまたはMg 2 Znであるとき、前記ナノ構造材料は、SiCであり、
前記バルク金属基材がFeであるとき、前記ナノ構造材料は、NbCであり、
前記バルク金属基材がAgであるとき、前記ナノ構造材料は、Wである、バルク金属基ナノ複合材。 - 前記バルク金属基材は、Agであり、前記ナノ構造材料は、Wである、請求項1に記載のバルク金属基ナノ複合材。
- 前記ナノ複合材中の前記ナノ構造の体積割合は、10%またはそれを上回る、請求項1に記載のバルク金属基ナノ複合材。
- 前記バルク金属基材は、Alであり、前記ナノ構造材料は、TiB 2 またはTiCである、請求項1に記載のバルク金属基ナノ複合材。
- 前記バルク金属基材は、Feであり、前記ナノ構造材料は、NbCである、請求項1に記載のバルク金属基ナノ複合材。
- 前記バルク金属基材は、Mg 2 Znであり、前記ナノ構造材料は、SiCである、請求項1に記載のバルク金属基ナノ複合材。
- 製造方法であって、
Al、Mg、Fe、Ag、またはMg 2 Znを加熱し、溶融物を形成することと、
ナノ構造を前記溶融物の中に導入することであって、前記ナノ構造は、1nm~100nmの範囲内の平均寸法を有し、前記ナノ構造を前記溶融物の中に導入することは、前記ナノ構造が溶融された金属を通じて均一に自己分散することを可能にし、それにより、前記溶融された金属中にナノ構造の均一かつ安定な分散を形成することを含む、ことと、
前記溶融物を金型の中へ鋳造することと、
前記溶融物を冷却し、その中に分散される前記ナノ構造を含むバルク金属基ナノ複合材物品を形成することと
を含み、前記バルク金属基ナノ複合材物品中に均一に分散されている前記ナノ構造の体積割合は、5%またはそれを上回り、
画像分析を通して、個々のナノ構造材料間の最近傍距離の少なくとも70%が0.9×平均距離および1.1×平均距離の帯域内にあるとき、前記ナノ構造材料は、均一に分散され、
前記溶融物がAl溶融物であるとき、前記ナノ構造材料は、TiB 2 またはTiCであり、
前記溶融物がMgまたはMg 2 Zn溶融物であるとき、前記ナノ構造材料は、SiCであり、
前記溶融物がFe溶融物であるとき、前記ナノ構造材料は、NbCであり、
前記溶融物がAg溶融物であるとき、前記ナノ構造材料は、Wである、方法。 - 前記バルク金属基ナノ複合材物品中に均一に分散された前記ナノ構造の体積割合は、10%またはそれを上回る、請求項7に記載の方法。
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Citations (2)
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US20040016318A1 (en) | 2002-07-23 | 2004-01-29 | General Electric Company | Method for making materials having artificially dispersed nano-size phases and articles made therewith |
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Non-Patent Citations (2)
Title |
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A. Fadavi Boostani,Graphene tweaking Hamaker constant of SiC nanoparticles: A new horizon to solve the conflict between strengthening and toughening,Scripta Materialia,米国,2016年,118,65-69,Available online 28 March |
M.T. Marques,Production of copper-niobium carbide nanocomposite powders via mechanical alloying,Materials Science and Engineering A,2005年,399,382-386 |
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