C/C-SiC复合材料致密度影响因素

利用先驱体转化法制备C/C-SiC复合材料,对试样进行微观结构分析和性能测试,研究渗硅温度、保温时间、真空度和裂解周期对C/C-SiC复合材料致密度的影响。结果表明:随着渗硅温度的升高,材料的致密度呈先加速升高后快速下降趋势;随着保温时间的延长,材料的致密度先快速升高,保持一段时间稳定后再缓慢降低;随着烧结真空度的提高,材料的致密度加速升高;随着裂解周期的增加,材料的致密度不断增大,但增速逐步降低。经过11周期的“浸渍-固化-裂解”过程后,所制备的C/C-SiC复合材料获得最大密度2.09 g/cm3、最小孔隙率7.6%,其综合力学性能最为优异:弯曲强度468 MPa、拉伸强度242 MPa、断裂韧度19.6 MPa?m1/2、维氏硬度17.2 GPa。     

SPS烧结温度对ZrB_2-SiC复合陶瓷性能的影响

以放电等离子烧结法(spark plasma sintering,SPS)分别在1700℃和1900℃烧结制备Zr B2-20%Si C(ZS)复合陶瓷(分别简称为ZS1700和ZS1900),通过分析两种陶瓷的SEM、EDS、硬度、断裂韧度、高温弯曲强度、氧化增重和氧化截面等,研究烧结温度对ZS复合陶瓷微观结构、力学性能和抗氧化性能的影响。结果表明:烧结温度由1700℃提升至1900℃,ZS陶瓷晶粒长大,致密度由98%提高至99.8%,硬度由12.6 GPa提高至14.7 GPa;1600℃弯曲强度由101 MPa提高至286 MPa,1800℃弯曲强度由138 MPa提高至302 MPa,高温弯曲强度显著提高;与ZS1700相比,ZS1900在1500℃空气中的氧化深度小,基体中氧渗入量较少,抗氧化性能有一定提升。     

超细晶Laves相NbCr2颗粒增强Nb基复合材料的制备及其组织性能研究

采用机械合金化 热压工艺制备了Laves相NbCr2增强的Nb基复合材料。研究了Nb-22.5Cr配比成分的Nb,Cr元素粉经MA30h后在1250℃分别热压10min,20min和30min所获得的Nb/NbCr2复合材料的组织和性能。结果表明:三种热压时间均可制备出组织均匀,致密度高的Nb/NbCr2复合材料,体积分数约为30%的近等轴状的Laves相NbCr2颗粒弥散分布于Nb固溶体基体中。热压20min的试样具有最佳的组织和性能,其Laves相NbCr2的晶粒尺寸达到亚微米级,致密度达到99.2%,维氏硬度为9.41GPa,屈服强度为2950 MPa,抗压强度为3345 MPa,塑性应变达到了7.01%,充分实现了Laves相NbCr2颗粒强化和细晶强韧化的效果。     

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。     

热压烧结ZrC-TaC陶瓷的组织结构与力学性能

碳化锆超高温陶瓷在航空航天、核工艺、电子等领域有广阔的应用前景。为了改善ZrC陶瓷的烧结及力学性能,以ZrO_2粉和TaO_2粉为原料,采用碳热还原法制备TaC与ZrC固溶体粉末,热压烧结工艺制备ZrC-TaC陶瓷,探索烧结温度和TaC含量对陶瓷固溶体的固溶行为、致密化行为、组织结构和力学性能的影响规律。结果表明:当烧结温度从2000℃升高到2050℃时,TaC在ZrC中的固溶度提高;当TaC含量从5%升高到15%时,陶瓷的致密度、维氏硬度和弹性模量单调下降,抗弯强度没有明显规律,断裂韧度随着TaC含量的增加逐渐减小。     

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。     

微波烧结制备MoSi2 及SiC/ MoSi2 纳米复合陶瓷

采用微波烧结法制备了MoSi2和10vol%SiC/MoSi2纳米复合陶瓷。通过SiC预加热体的混合式加热法和合理的保温结构设计,实现了MoSi2低温阶段的快速升温,提高了温度均匀性。密度和力学性能测试结果表明,1 450℃保温60 min烧结工艺下,MoSi2试样的相对密度达到93.4%,断裂韧度4.5 MPa.m1/2,维氏硬度为10.53 GPa,弯曲强度为186 MPa。10vol%SiC/MoSi2试样尽管相对密度下降为90.3%,但各项力学性能均优于MoSi2试样。相比1 650℃热压烧结,微波烧结温度降低了200℃,MoSi2和SiC/MoSi2试样致密性有所下降,但力学性能有较大提高,尤其是MoSi2试样。断口扫描分析表明,微波烧结试样相对热压烧结试样基体晶粒更细,孔隙细小且分布均匀;SiC/MoSi2试样微波烧结的晶粒细化效果不如MoSi2明显。     

α β-Sialon-SiC_(pl)复合材料的制备与力学性能

用热压法制备了添加SiC板粒（SiCpl）的α＋βSialon复合材料，并考察了其力学性能，分析了SiCpl的增韧机制。结果表明，随SiCpl含量的增加，材料的致密度下降，基体Sialon中的α相含量增加，复合材料的维氏硬度及弹性模量随SuCpl含量的增加而增大，SiCpl含量增加提高了材料的断裂韧性而降低了抗弯强度。     

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)。     

空心石英纤维增强氮化物基低介电复合材料的制备及其性能

以环硼氮烷和全氢聚硅氮烷组成的混杂先驱体为原料,采用先驱体浸渍-裂解工艺制备了空心石英纤维增强氮化硼-氮化硅混杂基体的复合材料,研究了裂解温度对复合材料的致密化、力学性能、介电性能和断口显微形貌的影响。结果表明,当裂解温度从300℃提高到500℃时,复合材料的密度逐渐增大,材料的弹性模量随之提高,而其弯曲强度先增后减。当裂解温度为400℃时,复合材料表现出最高抗弯强度(132.4MPa),这源于较小的纤维损伤以及基体和纤维之间良好的界面结合状态。随着裂解温度的提高,复合材料的介电常数也逐渐增大,但三种温度下制备的复合材料均具有较低的介电常数(2.60～3.01)和较低的损耗角正切值(小于5×10-3),材料良好的介电性能源于介电性能优异的高纯度空心石英纤维增强相和较低密度的无碳氮化物基体。     

Fe-Ni-Cu-C合金粗粉的注射成形工艺

对平均粒度为60μm的Fe-Ni-Cu-C合金粗粉进行了注射成形.采用正交试验法,以生坯三点抗弯强度和生坯密度作为依据,研究了注射参数对生坯质量的影响,得到了理想的脱脂和烧结工艺.结果表明:在1225℃,H2和N2比为1∶3时得到的烧结件具有最好的力学性能,其抗拉强度为360MPa,屈服强度为171MPa,硬度为54HRB.     

α＋β—Sialon—SiCp1复合材料的制备与力学性能

用热压法制备了添加ＳｉＣ板粒的α＋β－Ｓｉａｌｏｎ复合材料,并考察了其力学性能,分析了ＳｉＣｐｌ的增韧机制。结果表明,随ＳｉＣｐｌ含量的增加,材料的致密度下降,基体Ｓｉａｌｏｎ中的α相含量增加,复合材料的维氏度及弹性模量随ＳｉＣｐｌ含量的增加而增大,ＳｉＣｐｌ含量增加了提高材料的断裂韧性而降低了抗弯强度。     

W-Re合金构件气氛保护等离子喷涂成形技术

采用包覆法制备W-5％(质量分数)Re复合粉末,采用气氛保护等离子喷涂成形技术制备某实验型固体火箭发动机喷管(Solid Rocket Motor,SRM),研究2300 ℃真空烧结时喷管致密度、组织结构及显微硬度、抗拉强度、压缩强度等性能随烧结时间的变化规律.研究表明:喷涂成形件为典型的柱状晶层片结构,粒子层片结合部位存在较多孔隙及微观缝隙,成形件致密度为87.5％,其显微硬度、抗拉强度、压缩强度分别为321.8 HV0.025,57.9 MPa及390.2MPa.随着真空烧结时间由2h延长至6h及8h,W-Re合金逐渐由定向凝固柱状晶层片结构转化为颗粒状结构,致密度及力学性能均随之提高.其中经8h烧结处理后,W-Re合金致密度、显微硬度、抗拉强度、压缩强度及屈服强度分别增加至98.6％,529.7 HV0.025,384.7 MPa,1466.5 MPa及879.6 MPa.由于Re元素可提高W-Re合金的再结晶温度,有效细化晶粒,显著提高合金的程度及塑性,等离子喷涂成形W-Re合金经真空烧结后可观察到明显的Re效应.     

Al_2O_3/TiAl 复合材料的原位合成、结构与性能研究(英文)

以 Ti, Al, TiO2和 Nb2O5混合粉为原料,采用热压反应合成技术制备了 Al2O3/TiAl 复合材料。对复合材料的微观组织与力学性能进行了研究。结果表明:产物由γ-TiAl, α2-Ti3Al, Al2O3和 NbAl3相组成。原位反应形成的细小 Al2O3粒子主要分布在基体晶界处。随着 Nb2O5含量的增加,晶粒明显细化,Al2O3粒子呈弥散分布在基体中。最终形成了由γ和γ α2构成的特殊组织。随着 Nb2O5含量的增大,复合材料的硬度逐渐增大,抗弯强度和断裂韧性在 Nb2O5含量为 6 wt%时达到最大,分别为 398.5 MPa 和 6.99 MPa·m1/2。     

Cf/ZrB2-SiC复合材料的高温氧化行为及机理

将不同比例的ZrB2和SiC粉体充分混合,并在其中均匀分散短切碳纤维(约2 cm),采用热压烧结工艺制备出具有不同ZrB2/SiC比例的短切碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料.SiC可显著促进ZrB2陶瓷的烧结致密化程度,添加了18 vol%SiC的ZrB2在1850℃下热压烧结,致密度达96%以上.对该复合材料分别在1000、1200及1400℃下进行静态氧化实验.结果表明,试样在氧化过程中其表面生成的硼硅酸盐玻璃和ZrO2、SiC等物质在表面形成一层有效的保护膜,因而能够有效阻止材料的进一步氧化.同时,随氧化温度升高和时间延长,氧化过程中形成的硼硅酸盐玻璃量增加,可更有效的覆盖材料表面,提高材料抗氧化能力.     

粉末烧结法制备Al/Tb0.3Dy0.7Fe1.95磁致伸缩复合材料

采用粉末烧结法制备了Al/Tb0.3Dy0.7Fe1.95磁致伸缩复合材料,研究了烧结温度对烧结体的显微结构、相组成、磁致伸缩、抗压强度等性能的影响.研究结果表明,600 ℃烧结时,烧结体中仍主要存在Al与GMM合金相,烧结获得较理想的相分布状态.随着烧结温度的增加,复合体中非GMM相越来越多,原始相减少.当1200 ℃烧结时,烧结体中主要存在杂相,已几乎没有GMM相.随着烧结温度的增加,复合材料的λs和抗压强度明显下降,烧结温度为600 ℃时,烧结体的λs和抗压强度最大,分别为405×10-6和61.71MPa.其不足是,复合材料仍呈现明显的脆性特征.     

SiC晶须增韧SiC mini复合材料的制备与性能分析

采用CVI工艺制备了SiC晶须增韧SiC(SiCW/SiC)mini复合材料,研究了其微观结构和力学性能.实验结果表明:SiC晶须的体积分数达到45%～50%,SiCW/SiC mini复合材料的维氏显微硬度平均值为19.04GPa,断裂韧度平均值达到6.51MPa·m1/2.微观结构观察证实SiC晶须的引入在mini复合材料中产生了晶须桥联、晶须拔出、晶须断裂和裂纹偏转等增韧机制,为后续SiCW/SiC复合材料的制备奠定了基础.     

烧结温度对氧化铝基陶瓷型壳显微组织及力学行为的影响

采用选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)快速制备高温合金叶片用氧化铝基陶瓷型壳初坯,并结合高温烧结(high-temperature sintering)进一步提高陶瓷型壳的力学性能。研究不同烧结温度(1450～1600℃)对氧化铝基陶瓷型壳的抗弯强度的影响,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析型壳的物相组成、断口微观形貌。结果表明:采用选择性激光烧结+高温烧结技术可快速高效地制备力学性能满足要求的陶瓷型壳,随着烧结温度从1450℃升高到1600℃,型壳的室温平均抗弯强度增大,并在1600℃时达到38.03 MPa;型壳的主要强化相为柱状莫来石相,且随烧结温度升高,型壳中莫来石相含量增加,石英相含量降低,方石英相含量先增加后有所降低;裂纹扩展形式从缓慢扩展转变为迅速扩展并引发瞬断,断口由撕裂状演变为平齐小断面,断裂方式由主要沿晶断裂向穿晶断裂转变,裂纹倾向于向晶内莫来石扩展。     

高压条件下Al2O3/Al-10Si组织演变及力学性能

采用热压烧结与高压凝固分别制备了不同压力下Al_2O_3/Al-10Si复合材料,研究了高压对Al_2O_3/Al-10Si复合材料的组织演变规律及力学性能的影响。结果表明,高压凝固Al_2O_3/Al-10Si复合材料由α相,β相和Al_2O_3强化相组成,其中α相呈胞状,在α相晶界处存在少量粒径约为0.1μm的颗粒状β相;对于不同压力下制备的复合材料性能研究发现,凝固压力增加,α相中Si的固溶度增加,显微硬度及拉伸强度也随之提高,显微硬度由热压烧结时的55.3 HV,增加到了5 GPa时的128.1 HV,提高了133%,拉伸强度由热压烧结时的126 MPa,增加到了5 GPa时的702 MPa,这是由于高压导致α相中Si固溶度增加,形成了固溶强化。     

Cf／SiC复合材料与Nb合金的连接

利用熔盐反应法在Cf/SiC复合材料表面锆金属化的基础上,用TiCuZrNi非晶钎焊箔实现Cf/SiC复合材料与Nb合金钎焊连接.研究发现Cf/SiC复合材料表面Zr金属化层主要的物相为Zr、Zr3O、ZrC和Zr2Si;钎料对Zr金属化层的润湿性良好,钎料中活性元素Ti向Cf/SiC复合材料一侧明显扩散并发生化学反应,实现了钎料与Cf/SiC复合材料的良好键合,并且可以深入Cf/SiC复合材料孔隙形成"钉扎"效应;接头剪切强度达124 MPa,750℃热冲击5次后剪切强度达70 MPa;断裂部分发生在Cf/SiC复合材料与钎料界面处,部分位于Cf/SiC复合材料近缝区.