三维网络碳化硅多孔陶瓷的制备

以中间相沥青添加55%(质量分数,下同)的Si粉混合物为原料,制备了含Si的炭泡沫模板。在高温反应烧结炉中,氩气气氛下1500℃保温1～6h,结合反应烧结工艺制备了碳化硅多孔陶瓷。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射分析仪(XRD)对碳化硅多孔陶瓷的微观形貌、物相组成进行了观察,并对熔融Si与C的反应机理进行了探讨。结果表明:碳化硅多孔陶瓷的微观结构与炭泡沫模板的微观结构一致,烧结温度1500℃下,随着保温时间的延长,多孔陶瓷的弯曲强度先增大后减小,而孔隙率先减小后增大;在保温4h的条件下制备的碳化硅多孔陶瓷主要由β-SiC相组成,最大弯曲强度为26.2MPa,对应的孔隙率为45%。内部熔融的Si与外部熔融的Si同时与C反应生成SiC,最后两者结合在一起形成致密的SiC多孔陶瓷。     

NiCo/Cu多层纳米线的制备、表征以及磁化反转机制研究

采用电化学沉积在多孔氧化铝模板中制备了NiCo/Cu多层结构纳米线,并使用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征了纳米线的形貌和微观结构。透射电子显微镜的结果表明,通过控制阶梯电位时间,制备的铁磁层厚度为100nm,非铁磁层厚度为10nm。结合选区电子衍射技术(SAED)与X射线衍射分析技术(XRD),确定多层纳米线的晶格结构是面心立方(FCC)。在分析多层纳米阵列的微观结构之后,使用振动样品磁强计(VSM)测量磁滞回线。结果表明,随着Co含量的增加,多层纳米线的矫顽力升高。当多层纳米线中Co含量为10%和30%时,易磁化轴垂直于纳米线,当Co含量为70%和90%时,易磁化轴平行于纳米线。最后,对纳米线磁化翻转机制进行微磁学模拟分析得出,当外加磁场垂直于纳米线时,磁化反转机制是形核机制;当外加磁场平行于纳米线时,磁化反转机制是卷曲机制。     

碳／碳化硅复合材料摩擦磨损性能分析

采用化学气相渗透法制备了碳纤维增强碳化硅(C/C SiC)陶瓷基复合材料,得到不同密度和组分含量的C/C SiC刹车盘试样。对C/C SiC复合材料进行了摩擦磨损性能测试,平均摩擦系数达到 0 23,摩擦稳定性达到0 43,线性磨损率为 9 3μm/次·面,质量磨损率为 2 6mg/次·面。当C/C SiC复合材料的密度增大 (1 6g·cm-3→2 2g·cm-3 ),碳含量增大(35%→55% ),摩擦系数和稳定性提高(约 70% ),且摩擦系数随制动次数增加的波动幅度减小;SiC含量升高则反之。C/C SiC复合材料经过多次刹停测试,摩擦系数对制动次数不敏感,表现出良好的摩擦稳定性。经过连续刹车试验,摩擦系数不随表面的起始和最终温度升高而衰退,材料尚无热衰竭趋势。对C/C SiC刹车盘试样的磨损表面形貌及缺陷进行了观察,发现表面磨损质量在航标允许范围内。     

三维针刺碳／碳化硅陶瓷基复合材料及其摩擦磨损性能

采用三维针刺的碳纤维预制体,通过化学气相渗透方法制备具有一定密度的C/C复合材料,然后采用反应熔体浸渗方法进行后续致密化处理,得到高致密度的C/SiC复合材料,系统研究了材料的组织结构特征、刹车性能以及摩擦磨损机理.在纤维束内部每根C纤维单丝之间由化学气相渗透的碳充填形成致密的C/C区域,而在纤维束之间则主要由反应熔体浸渗法生成的SiC、残留Si和C组成.C/SiC复合材料具有非常优异的摩擦磨损性能,摩擦系数变化规律呈典型的马鞍状.平均摩擦系数为0.34,摩擦性能稳定,磨损率低(1.9 μm/次·面);摩擦性能几乎不受湿度的影响,湿态衰减仅为2.9%.在摩擦磨损过程中,C/SiC复合材料的表面能够形成连续稳定的摩擦面,磨损表现为典型的磨粒磨损.     

碳化硅纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的发展现状及其在航空发动机上的应用

碳化硅纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(SiC/SiC CMC)具有低密度、高强高模、耐高温抗氧化、抗蠕变、抗热冲击、耐腐蚀、材料热膨胀系数小等性能优点,在航空发动机上具有巨大的应用潜力。从碳化硅纤维、制备工艺、界面相和涂层等方面综述了国内外SiC/SiC CMC的发展现状,并基于SiC/SiC CMC的性能特点对其在航空发动机燃烧室火焰筒、混合器、涡轮罩环/静子叶片/转子叶片、喷管调节片等热端部件上的应用情况进行了介绍。     

FTO基银纳米线电极的制备及电催化氧化甲醛的性能研究

为了增强银纳米线与基材的结合性和提高银纳米线在基材上分布的规整性,采用恒电压沉积法,以改进的阳极氧化铝/聚乙烯醇/氟掺杂氧化锡(AAO/PVA/FTO)为模板,制备出具有不同形貌和尺寸的FTO基纳米银电极。场发射扫描电子显微镜(Field Emission Scanning Electron Microscopy,FESEM)研究结果表明沉积60min时的产物为生长在PVA膜上的长度为20~25μm的FTO基银纳米线阵列。进行了该电极对低浓度甲醛催化氧化的研究,实现了对甲醛浓度在0.1~3.7mmol/L范围的检测,检测灵敏度为48.966 0μA·cm-2·(mmol/L)-1,检测限为6.48×10-3 mmol/L。与乙醛、乙醇和丁醇相比,该电极对甲醛的选择性好,并且制备方法简便,有望作为低浓度甲醛检测传感器。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究

采用加压浸渗法成功制备了SiC_p/Al(纯)复合材料,探讨了加压浸渗工艺并测定了复合材料的力学性能。试验结果表明,向SiC颗粒内加入适量添加剂后制成的预制件,更有利于铝液的渗透,从而能有效地提高复合材料的强度。试验结果还表明,在本试验范围内(SiC颗粒体积分数30％～50％,颗粒粒径0.1～5μm),复合材料的强度随SiC百分含量的增加而增加,随SiC颗粒粒径的减小而呈上升趋势。     

有序多孔磁性碳化硅陶瓷的制备

采用聚二甲基硅烷(PDMS)和二茂铁合成了聚铁碳硅烷(PFCS).以有序氧化硅凝胶小球为模板、PFCS作先驱体,经过先驱体的渗入、不熔化、陶瓷转化和除去模板,制得氮气吸附法(BET)比表面积为703.46 m2/g的有序多孔含铁碳化硅SiC(Fe) 性陶瓷.     

含钛碳化硅纤维的研制及其性能

在碳化硅(SiC)纤维中引进金属元素钛,可以制得性能优异的含钛碳化硅(Si_Ti-C-O)纤维。该纤维是由聚碳硅烷(PC)与Ti(OBu)_4加热反应制得先驱体——含钛聚碳硅烷(PTC),经纺丝、高温烧结而成。该纤维抗拉强度可达1.6～2.0GPa,抗拉模量150GPa。与SiC纤维相比,Si-Ti-C-O纤维具有更好的高温氧化性及与金属复合性能。     

高温化学腐蚀加工多孔碳化硅陶瓷的表征及机理

探讨高温化学腐蚀加工SiC陶瓷工艺参数对加工质量的影响,分析SiC陶瓷的腐蚀机理。分别用失重法和Archimedes法测量试样的腐蚀速率和气孔率;用XRD、SEM、粗糙度测试仪对试样表面的形貌和结构进行表征。结果表明:随着温度和KOH浓度升高,腐蚀速率加快,温度高于碱溶液沸点时,腐蚀效果显著提高;碱溶液浓度过高会造成气孔率下降,升高温度可减缓气孔率下降;在优化的工艺参数下,高温化学腐蚀能够降低样品粗糙度,最低约为1.6μm;表面质量得到改善,轮廓支承长度率Rmr提高,Rmr(50%)达到89.70%;腐蚀温度过高或时间过长将造成晶粒脱落,导致表面质量大幅下降;此外,与机械加工试样相比,高温化学加工后的样品未出现裂纹,表面经简单清洗无反应物残留。     

镍对C/SiC化学气相渗透碳的催化研究

用液相浸渗还原法将Ni渗入C/SiC复合材料,研究复合材料中Ni对化学气相渗透PyC过程的影响.用重量分析法研究Ni的催化作用,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)技术分析材料的微观结构及组成.结果表明,Ni对化学气相渗透PyC具有催化作用,它加速了PyC的沉积,Ni含量为4.4%时增重率达最大值9.98%.沉积的PyC为细小颗粒聚集体.CVI过程中Ni与基体SiC反应生成Ni2Si,Ni3Si.     

类芬顿反应在碳化硅光学材料研抛中的作用

本文讨论了以零价铁代替亚铁盐形成类芬顿反应(Fenton-Kind process)体系应用于碳化硅光学材料抛光过程中的反应机理,通过双转子研抛机床对SiC光学材料进行了研抛实验,验证了类芬顿反应能够有效地提高SiC材料的加工效率和加工质量。通过对比不同磨料粒度研抛液加工结果,获得了SiC材料研抛过程中化学与机械作用规律。     

加入TaC对Ti3SiC2陶瓷材料性能的影响

采用反应热压烧结法制备了含有20%TaC(质量分数,下同)的TaC/Ti3SiC2材料,并对其相组成、力学性能和抗氧化性能进行了研究。结果表明:(1)随着热压温度的升高,试样的致密度、弯曲强度和断裂韧度有所提高;(2)20%TaC/Ti3SiC2材料抗氧化性能优于纯Ti3SiC2材料和20%SiC/Ti3SiC2材料;(3)20%TaC/Ti3SiC2材料形成的氧化层分为两层,外层氧化物主要为TiO2,内层氧化物主要为TiO2、SiO2及TiO2与Ta2O5的共熔物。     

不连续碳化硅增强铝基复合材料磨损性能的研究

本文对粉末冶金法制备的SiC晶须(SiC_w)与SiC颗粒(SiC_p)增强的2024Al、2124Al复合材料在销盘式磨料磨损试验机上进行了磨损试验,并用扫描电镜对磨损表面进行了观察。结果表明,与基体合金相比复合材料的抗磨性能显著提高,复合材料的抗磨性能主要取决于增强组元的含量与大小,30vol.％SiC_(p(20μm))/2024Al复合材料的抗磨性可达基体合金的5倍。     

耐高温连续碳化硅纤维的性能探讨及应用

通过比较碳纤维与SiC纤维的性能特点,介绍了连续SiC纤维的制备路径和国内外连续SiC纤维的发展进程,通过跟踪国外SiC纤维的应用,指出国产SiC纤维的应用牵引是发展的源动力。     

颗粒(晶须)增强金属基复合材料

1987年6月5日美国马里兰大学材料系(Engineering Materials Department,University of Maryland)教授Arsenault博士来我所讲学,作了颗粒(晶须)增强SiC/Al金属基复合材料的学术报告。Arsenault教授在学术报告中,重点讲述了颗粒(晶须)增强SiC/Al金属基复合材料的增强机理、SiC和Al的界面、断裂     

聚二甲基硅烷高压合成聚碳硅烷的组成、结构及性能表征

以聚二甲基硅烷(PDMS)为原料，在高压釜内反应制备了聚碳硅烷(PCS)先驱体，并以软化点、元素分析、IR、GPC、NMR、TG-DTG-DTA、XRD等方法对其组成、结构及性能进行了表征，推测了PCS的大致结构模型。研究表明：PCS数均分子量约1590，实验式为SiC1．87H7．13O0．03，PCS分子包含Si-CH3、Si-CH2-Si、Si-H组成的SiC4、SiC3H等结构单元，由NMR知其C-H／Si-H值为8．84，SiC3H／SiC4为0．51。热分析表明，在N2气氛中1200℃裂解后，陶瓷收率为78．9％。XRD分析表明，在N2中1250℃裂解后转化为β-SiC，晶粒尺寸约3．75nm。     

碳化硅纤维增强铝基材料

本文介绍了SiC连续纤维、不连续纤维的性能和工业制法,综述了SiC纤维增强铝基复合材料的各种成形加工工艺。     

2D-C/SiC复合材料在空气中的高温压缩强度研究

研究了二维碳纤维增强碳化硅基复合材料(2 D-C/SiC)在空气介质中的高温压缩强度.材料采用1K T300碳纤维平纹布经叠层和缝合制成预制体为增强体,经等温化学气相浸渗制备而成.试样表面用化学气相沉积工艺沉积SiC涂层.测试方向为垂直于炭布叠层方向,测试温度为室温,700℃,1100℃和1300℃.使用扫描电子显微镜观察了材料的断口.结果表明:室温～700℃,2D-C/SiC的压缩强度随温度升高逐渐增大,温度高于700℃后,材料的压缩强度缓慢降低.导致2D-C/SiC的压缩强度随温度变化的主要原因为纤维和基体热膨胀系数不同引起的残余应力随温度升高逐渐变小和高温下材料的氧化损伤.     

C形、中空截面碳化硅纤维的成形工艺研究

以聚碳硅烷(PCS)为原料，经C形喷丝板熔融纺丝制备C形、中空截面PCS原丝后，再经不熔化和高温烧成后得到C形、中空截面SiC纤维。文中讨论了纺丝温度、N2压力和收丝速度对两种PCS纤维当量直径和异形度的影响，以及不熔化和烧成工艺对SiC纤维截面形状的影响。结果表明，纺丝温度对C形、中空PCS纤维当量直径和异形度影响较大；合适的纺丝工艺和不熔化及烧成条件下可以得到高异形度低当量直径的C形、中空截面SiC纤维。