CVI制备的Si3N4p/Si3N4复合材料及其性能

以SiCl4-NH3-H2为反应体系,采用化学气相渗透法制备Si3N4p/Si3N4复合材料.试样主要成分为α-Si3N4和非晶沉积物,并有微量的β-Si3N4和晶体Si.SEM和光学显微图片表明颗粒团间气孔偏大,Si3N4颗粒和CVI Si3N4之间界面弱结合,导致试样的弯曲强度最高只有71MPa.     

助烧剂对无压烧结Si3N4力学性能的影响

研究了三种助烧剂MgO、Al2O3+AlN和Y2O3+AlN对1800℃×3h工艺下无压烧结Si3N4力学性能的影响情况。发现材料力学性能主要决定于助烧剂的种类,其次取决于含量。其Y2O3+AlN虽使最终生成的β-Si3N4长径比较小,线度尺寸最短,但最利于致密化,因而使材料力学性能最佳,添加量(质量分数)为12%Y2O3+6%AlN时,陶瓷的抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别达到431.6MPa、5.10MPa*m1/2和14.52GPa。     

以MgO为助剂-βSi_3N_4晶种的制备与表征

在自增韧陶瓷的致密化过程中,添加β-Si3N4品种有利于长柱状晶的形成与生长,可以改善陶瓷的强度和韧性;以MgO为添加剂,通过对原始Si3N4粉进行热处理,制备出转相充分、具有柱状形貌β-Si3N4晶种.重点研究了MgO对氮化硅相变和晶种形貌的影响.实验结果表明在MgO添加量在1.5wt%和2wt%时,在1750℃下热处理2小时能得到β相含量95%以上和具有大长径比的β-Si3N4晶种.     

Y-La-Si3N4陶瓷的显微结构分析

通过采用溶液法引入烧结助剂Y2O3、La2O3的工艺，研究了热压自韧Si3N4陶瓷的显微结构特征，着重分析了烧结助剂合量及配比对材料显微结构的影响以及材料的显微组织和力学性能的关系。结果发现，自韧Si3N4陶瓷中β-Si3N4柱状晶的双峰分布特征以及显微组织的均匀性对材料的力学性能起着决定性作用。     

Al_2O_3-ZrO_2-MgAl_2O_4三元纳米复相陶瓷的微观组织和力学性能

采用溶胶-凝胶法制备Al2O3-ZrO2-MgAl2O4纳米复合粉体.利用真空热压烧结技术制备了Al2O3-30mol%ZrO2-30mol%MgAl2O4(AZ30S30)三元纳米复相陶瓷.微观组织研究表明:所得纳米复相陶瓷是一种典型的"晶间/晶内"复合型纳米结构,基体氧化铝和第二相均为等轴状,氧化铝晶间散布着氧化锆和尖晶石第二相晶粒,同时有大量的球形氧化锆小颗粒分散在基体氧化铝晶粒内.对不同晶粒尺度复相陶瓷的断裂韧性测试及纳米压痕实验表明:微米级复相陶瓷的最大硬度为22GPa,而纳米复相陶瓷具有更好的力学性能,其硬度随着晶粒尺寸的减小而增加,最大可达35GPa.微米级复相陶瓷的断裂韧性为8.9MPa·m1/2,而纳米复相陶瓷的断裂韧性为10.04MPa·m1/2,其增韧机理主要为ZrO2相变复合增韧、"内晶"型纳米颗粒韧化以及细晶韧化.     

BAS粘接碳化硅材料的性能

采用原位生成钡长石为烧结助剂,研究BAS/SiC复相陶瓷的低温无压液相烧结工艺,制备高致密度的陶瓷材料。通过XRD、SEM及力学试验机等研究烧结温度、BAS含量对复相碳化硅陶瓷的致密化、组织结构及力学性能的影响。结果表明:在1800℃温度下原位生成了BAS相,运用无压液相烧结法制备出了密度达到3.2 g/cm~3的BAS/SiC复相陶瓷;陶瓷中BAS以六方结构析出、SiC颗粒均匀分布;烧结温度不宜超过1800℃,温度过高将促使碳化硅颗粒长大,损伤陶瓷材料抗弯强度和断裂韧度;当复相BAS/SiC陶瓷中BAS质量分数为30%时,弯曲强度达到413 MPa,模量达到210 GPa,断裂韧度达到5.03 MPa·m~(1/2)。     

Fe_2O_3掺杂原位合成Al_2O_3/TiAl复合材料的组织与性能

利用Ti-Al-TiO2-Fe2O3体系的放热反应,原位热压合成了Fe掺杂的Al2O3/TiAl复合材料。借助XRD和SEM研究了复合材料的物相组成和显微结构以及Fe2O3引入量对复合材料结构和力学性能的影响。结果表明:产物主要由γ-TiAl,α2-Ti3Al,Al2O3相构成,Al2O3颗粒分布于基体交界处,存在一定的团聚;随Fe2O3的掺杂量增大,Al2O3颗粒呈细小弥散分布,同时基体晶粒尺寸也减小,较好地改善了材料的力学性能,复合材料的相对密度和洛氏硬度逐渐增大。Fe2O3掺杂量为0.84%(质量分数)时,复合材料弯曲强度和断裂韧度达到最大值,分别为624MPa和6.63 MPa·m1/2。     

放电等离子烧结Al2O3-ZrO2纳米复相陶瓷及其力学性能

采用醇 水溶液加热法制备两相分散良好的纳米复合粉体,通过放电等离子超快速烧结制备Al2O3 ZrO2纳米复相陶瓷。研究了纳米第二相ZrO2对复相陶瓷致密化、烧结行为、力学性能以及微观结构的影响。从烧结激活能的观点解释了纳米第二相阻止基体Al2O3致密化的原因。放电等离子烧结得到了典型的晶间/晶内混合型纳米陶瓷,其弯曲强度高达1070MPa,断裂韧性达10.42MPa·m1/2。微观组织分析表明其中大量的内晶纳米颗粒阻止位错运动,使得基体氧化铝晶粒内形成复杂的位错组态,其主要特点为穿晶断裂和多重界面。     

Si3N4-SiC复相陶瓷及其碳纤维复合材料研究进展

介绍了不同工艺制备的Si3N4,SiC的性能,研究了Si3N4-SiC复相陶瓷及其碳纤维复合材料研究发展现状,认为Si3N4-SiC复相陶瓷能够克服单一－Si3N4,SiC陶瓷断裂韧性低,烧结过程中晶粒长大造成强度下降等缺点,同时也弥补了SiC陶瓷强度较低的遗憾;而碳纤维的加入可以大大改善材料的韧性,认为结合Si3N4-SiC复相陶瓷的高强度和碳纤维复合材料的高韧性,可以制备出性能优良的Cf/SiC-Si3N4陶瓷基复合材料,并就此方面的;研究进展进行了综述。     

3Y-ZrO2／Al2O3细晶复相陶瓷涡轮盘的超塑挤压

以高纯氧化铝(Al2O3)和氧化锆(3Y-ZrO2)粉末为原料,在1450℃下通过真空热压烧结制备3Y-ZrO2/Al2O3细晶复相陶瓷致密块料,随后在1500~1650℃温度范围内进行涡轮盘模拟件的超塑挤压。结果显示,3Y-ZrO2/Al2O3陶瓷在1600℃具有最佳挤压性能,最大单位挤压力小于25MPa,最大压头速率达到0.14mm.min-1,成形件质量良好,无明显缺陷。与变形前相比,尽管材料晶粒明显粗化,但是致密度有很大提高,断口SEM显示主要以穿晶断裂方式为主,所以成形件的弯曲强度、断裂韧度和维氏硬度并没有出现大的变化,甚至盘片部位还有所提高,分别由变形前的573MPa,7.1MPa.m1/2和17.7GPa提高到617MPa,8.1 MPa.m1/2和18.8GPa。     

无压浸渗制备Si3N4／Al复合材料的界面反应研究

研究Si3N4多孔预制体的表面氧化程度对无压浸渗制备Si3N4/Al复合材料界面反应以及复合材料性能的影响是复合材料优化设计的基础.不同氧化程度的Si3N4多孔预制体在相同的浸渗工艺下无压浸渗制得Si3N4/Al复合材料,利用EDS,XRD和洛氏硬度计分别测定陶瓷多孔预制体的成份,复合材料的相组成和硬度.结果表明:Si3N4/Al复合材料组成相包括Al,Si3N4,AlN以及少量的Si,Mg2Si,MgO,MgAl2O4;随着氧化程度增加,复合材料内AlN相减少,MgO含量增加,并逐渐出现MgAl2O4相;复合材料的硬度随预制体的氧化程度增加而线性下降;预制体的氧化造成Si3N4和Al之间的反应减弱是硬度下降的重要原因.     

烧结温度对Ｓｉ３Ｎ４显微结构及性能的影响

基于凝胶分子造孔机理,通过提高凝胶注模工艺中有机单体含量,制备微多孔氮化硅陶瓷,研究了烧结温度对Si3N4微多孔陶瓷烧结体的显微结构、强度、气孔率、孔径等方面的影响.结果表明,温度升高有利于β-Si3N4晶相的生成,烧结温度为1 680℃时,氮化硅陶瓷烧结体中α-Si3N4和β-Si3N4并存,当烧结温度为1 730和1 780℃时,氮化硅陶瓷烧结体的晶相全部为β-Si3N4;陶瓷烧结体的孔径均<1μm,而且孔径分布范围较窄、较均匀;随着烧结温度的提高,陶瓷烧结体的强度单调上升而气孔率下降.     

氮化物基陶瓷高温透波材料的研究进展

氮化物基陶瓷材料具有高强度、高模量、耐高温、抗热震和透波等优异的综合性能,是高温透波构件的主要候选材料,目前应用报道较少,制备工艺和性能有待进一步完善和提高。本文综述了氮化物陶瓷、氮化物复相陶瓷及氮化物陶瓷基复合材料的研究现状,发现多孔氮化硅陶瓷、BN-Si3N4复相陶瓷和BNw/Si3N4复合材料的综合性能较为优异,可达到介电常数低于5,介电损耗低于0.01,室温弯曲强度高于200 MPa的水平。本文分析了氮化物基陶瓷高温透波材料研究的现存问题,主要是力学性能与介电性能难以协同提高;最后对高温透波材料体系的选择及其制备工艺的未来发展方向进行了展望。     

硅氮烷环体的催化聚合及热解制备Si3 N4 材料

采用甲基氢二氯硅烷的氨解产物硅氮烷环体(MHSZ)为原料,以四丁基氟化铵为催化剂,制备了高分子量的硅氮烷聚合物(PHSZ),结合红外、核磁、凝胶色谱仪和热重分析了反应时间对合成的PHSZ结构、组成、分子量和陶瓷产率的影响。考察了低温氨气,高温N2气氛处理工艺对热解产物结构和组成的影响。结果表明,随着反应时间的延长,PHSZ高聚物的分子量提高,热失重降低;采用该热解方式PHSZ可转化为含碳量仅为0.5wt%的Si3N4材料,热解样品在1 600℃时完全结晶,晶相主要是α-Si3N4。     

Si和Ti对Nb-6Hf-4Zr-2B合金组织和室温力学性能的影响

 为了寻求Nb合金的强度和塑性的平衡,设计了以Nb基固溶体Nbss为主导相的Nb-xSi-6Hf-4Zr-2B-yTi(x=4,8;y=10,30;原子分数)合金,研究了Si和Ti对合金组织和室温力学性能的影响。结果表明,合金由Nbss、Nb3Si和Nb5Si3等3相组成。4Si-(10,30)Ti合金铸态组织是Nb枝晶和分布在枝晶间的硅化物(Nb3Si和Nb5Si3),8Si-(10,30)Ti合金Nb枝晶间分布的是Nb/硅化物(Nb5Si3)的共晶和Nb3Si,随着Si和Ti含量的增加,硅化物体积分数增加。1 600 ℃退火50 h可使部分Nb3Si共析分解,改变合金的组织形貌和各相的体积分数。随着Si和Ti含量的增加,合金的硬度和强度增加,但塑性和韧性降低。Nb枝晶的失效方式为解理断裂,而硅化物为脆性断裂。     

原位热压合成Cu掺杂Al2O3／TiAl复合材料

利用Ti-Al-TiO2一CuO体系的放热反应,原位热压合成了Cu掺杂的AJ2O3/TiAl复合材料.借助DSC和XRD研究了Ti-Al-TiO2-CuO体系的反应过程,并采用XRD、SEM研究了复合材料的物相组成及显微结构.结果表明:在Al的开始熔化的同时,Al和CuO的反应开始缓慢进行,并形成CuTix中间产物,放出大量的热,促使Al和TiO2的反应提前,进而使材料在较低温度下致密烧结.CuO掺杂量为6%(质量分数)时所得复合材料弯曲强度可达474 MPa,断裂韧度可达8.89 MPa·m1/2.     

Y2O3对MGH956合金的TIG焊接头组织和性能的影响

采用TIG焊对1.3mm厚的MGH956合金进行原位合金化焊接,对比研究了未添加,添加质量分数为2％,4％和6％的Y2O3对焊缝显微组织及力学性能的影响.结果表明:添加Y2O3后的焊缝组织以等轴晶为主,焊缝晶粒细小均匀,没有明显的金属氧化物聚集现象,并且有新的增强相颗粒析出.Y2O3的添加不仅细化了晶粒,还提高了接头的显微硬度和抗拉强度,从而改善了焊接接头的力学性能.Y2O3添加量为4％时接头抗拉强度最高,平均抗拉强度为605MPa,达到母材的84％.     

热压辅助先驱体裂解制备的三维Cf／Si—O—C复合材料的微观结构与力学性能

采用聚硅氧烷(PSO)先驱体浸渍裂解工艺制备出碳纤维三维编织物增强Si—O—C复合材料(3D-B C_(?)/Si—O—C)。研究发现,第一周期采用热压辅助裂解可以显著提高材料的力学性能与致密度。第一周期经1600℃、10MPa的条件热压裂解处理5min后,材料的弯曲强度和断裂韧性从未处理前的246.2MPa和9.4MPa·m~(1/2)提高到502MPa和23.7MPa·m~(1/2)。该材料的弯曲强度在真空中可以保持到1400℃。探讨了工艺参数对材料结构与力学性能的影响。高温裂解弱化界面结合同时提高纤维就位强度以及加压提高材料致密度是热压辅助裂解能提高材料力学性能的主要原因。     

CVD-Si3N4陶瓷及其复合材料氧化行为研究进展

概述了CVD—Si3N4陶瓷及其复合材料在干燥氧气下的氧化行为。Si3N4陶瓷在高温下氧化时，除生成SiO2保护膜外，还生成一薄层比SiO2膜更优异的氧气扩散阻挡层(Si—O—N化合物层)，该层具有优异的抗氧化性能。介绍了两种氧化机制模型，同时分析了温度、杂质等对CVD—Si3N4陶瓷氧化行为的影响。     

热力学模型在氮氧化物陶瓷研究中的应用

用热力学几何规则，对Si3N4-AlN-Al2O3-SiO2体系中的部分化舍物的标准生成吉布斯自由能进行了预报和评估；用新几何模型计算了Al2O3-SiO2-Si3N4三元体系高温液相的热力学性质。为研究Si3N4-AlN-Al2O3-SiO2体系陶瓷材料在制备和应用条件下的物理化学变化规律提供了热力学数据。此外，根据预报的热力学数据，计算并给出了Al-O-N、Si-O-N和B-O-N体系的参数状态图，为分析和确定O-Sialon-BN系复合材料合成和应用的条件提供了理论依据。