氮化硅陶瓷的增韧研究

研究了加入ZrO_2和SiC晶须对热压烧结Si_3N_4的增强增韧作用。加入ZrO_2和SiC晶须能提高复合材料的断裂韧性K_(IC),但降低了抗弯强度。分别加入10vol％纯ZrO_2和含有钇的Y-ZrO_2,使Si_3N_4陶瓷的室温K_(IC)从原来的6.3MPa·m~(1/2)分别提高到7.3MPa·m~(1/2)和7.6MPa·m~(1/2)。加入10wt％SiC晶须,使Si_3N_4陶瓷的室温K_(IC)从6.3MPa·m~(1/2)提高到7.1MPa·m~(1/2)。     

高温结构陶瓷研究进展

前言高温结构陶瓷具有高温强度高、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀、比重小等许多优良性能。近二十多年来,发展十分迅速,成为航空航天、武器、核能、汽车、冶金、机械工业等发展高新技术的关键材料。其中研究最多、发展最快的高温结构陶瓷为Si_3N_4、SiC、ZrO_2、Al_2O_3等材料,特别是前三种材料。航天飞机前缘头锥表面和高温燃烧室内壁温度均在1500℃以上;汽车发动机的温度若能提高到1350℃以上,不仅热效率大大提高(30％以上),并且由于在高温下能充分燃烧,     

含细观孔隙Al/Al2O3梯度功能材料弹性模量研究

利用渐近均匀化方法对含细观孔隙Al/Al_2O_3梯度功能材料(FGM)的弹性模量进行了研究。通过与实验对比,验证了渐近均匀化方法预测含细观孔隙Al/Al_2O_3梯度功能材料弹性模量的可行性,并在忽略孔隙个数等次要因素的情况下,拟合得到了与孔隙率和Al_2O_3体积分数相关的含细观孔隙Al/Al_2O_3梯度功能材料弹性模量的预测公式。研究结果表明:细观孔隙在Al/Al_2O_3梯度功能材料的弹性模量预测中并不能被忽略。在相同孔隙率下,孔隙的个数对Al/Al_2O_3梯度功能材料的弹性模量影响较小,而孔隙的大小和位置对弹性模量有着明显的影响,在Al_2O_3的任何体积分数下,Al/Al_2O_3梯度功能材料的弹性模量含随机孔隙的均低于均匀分布孔隙的。孔隙率也对Al/Al_2O_3梯度功能材料的弹性模量有着明显的影响,随着孔隙率的增加,材料的弹性模量逐渐下降,且随Al_2O_3体积分数的增加下降幅度增大。     

日本高性能陶瓷材料的连接技术——赴日技术考察报告之一

众所周知,各工业化国家近年来都致力于高性能陶瓷材料的研究和开发,所谓高性能陶瓷一般指如下三类: (1)氧化物陶瓷:主要指ZrO_2、Y_2O_3及高纯度Al_2O_3等。 (2)化合物陶瓷:主要指SiC、Si_3N_4、AlN、TiC等碳化物及氮化物。 (3)陶瓷基复合材料:目前日本正在开发的种类及系列很多。 陶瓷与陶瓷、陶瓷与金属的连接是陶瓷材料应用中的一个难题,世界各国在陶瓷材料研究开发中为此投入了大量人力物力,日本在这方面也同样进行了大量研究开发工作,笔者在日本参加“国际新材料加工技术讨论会”期间,还参观了日本新材料展览会及有关的研究开发机构,现将收集到的有关资     

SiC及其复合材料

1987年11月12日至15日,美国华盛顿大学(University of Washington)材料科学与工程系教授勃拉特博士(Dr.R.C.Bradt)来我所访问,商谈协作事宜并作了多次学术报告,包括: 1.SiC的热膨胀和弹性各向异性; 2.连续纤维增强SiC基体复合材料的热膨胀; 3.SiC和Al_2O_3 纤维增强SiC 基体的抗断裂破坏。     

C/ SiC 与TC4 钎焊接头的热震性能

采用AgCuTi+ 10vol％～30vol％ SiC对C/SiC与TC4进行钎焊,后对钎焊接头进行室温～600℃热震试验.使用扫描电镜观察了不同钎焊工艺下,钎焊接头的界面微观组织和热震裂纹的产生情况.结果表明:随着连接材料中SiC粉末含量的增加,接头残余应力降低;采用较大间隙值钎焊工艺,当中间层内SiC颗粒含量较高时(20vol％～30vol％),经过30次热震试验后,钎焊试样未发现热震裂纹.     

Al2O3沉积对发动机推力的影响

含铝推进剂固体火箭发动机试验后,在喷管的内壁面经常发现一层沉积物。经成分分析,这层沉积物中95％以上是Al_2O_3,下面简称为Al_2O_3。沉积。Al_2O_3沉积对发动机内弹道性能、喷管烧蚀等带来多方面的影响。     

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。     

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.     

Al离子掺杂及石墨烯包覆对Na_3V_2(PO_4)_2F_3正极材料的影响

采用一步水热法合成Na_3V_(2-x)Al_x(PO_4)_2F_3(x=0、0.1、0.5、0.7)钠离子电池正极材料,并采用XRD、SEM、电池测试仪和电化学工作站对合成的材料进行表征、分析和测试。结果表明,Al离子掺杂降低Na_3V_2(PO_4)_2F_3正极材料的能隙,提高了其电子电导率。当x=0.5时,正极材料循环至35周时的可逆比容量最高,容量保持率最低。根据所得结果选择性能最优的Na_3V_(1.5)Al_(0.5)(PO_4)_2F_3正极材料进行了石墨烯包覆处理,并与未包覆的材料进行性能对比。石墨烯包覆前后样品循环至25周的可逆比容量分别为17.4 mAh·g~(-1)和47.7 mAh·g~(-1),容量保持率分别为59.6%和82.9%。石墨烯包覆后的Na_3V_(1.5)Al_(0.5)(PO_4)_2F_3,电荷转移电阻减小,晶体结构中钠离子传输速率提高,石墨烯包覆能有效提高Na_3V_(1.5)Al_(0.5)(PO_4)_2F_3正极材料的电化学性能。     

Influences of Mechanical Vibration on Rapidly Solidified Al2O3/YSZ Ceramics Prepared by Combustion Synthesis

Al2O3/YSZ composite ceramics was fabricated with combustion synthesis technology, and the influences of mechanical vibration on its microstructures and properties were investigated. It is found that under the mechanical vibration of ever-increasing frequency, increasing combustion temperature, accelerating ceramics/metal liquid-liquid separation and quickening ceramic solidification could not only reduce the average diameter and the size distribution of aligned ZrO2 nano-micron fibers in rod-shaped Al2O3 matrix grains, but also make the randomly-oriented rod-shaped grains finer and increase their aspect ratios. As a result, a remarkable increase in flexural strength and fracture toughness of the ceramics can be observed.     

Influences of Mechanical Vibration on Rapidly Solidified Al_2O_3/YSZ Ceramics Prepared by Combustion Synthesis

Al2O3/YSZ composite ceramics was fabricated with combustion synthesis technology, and the influences of mechanical vibration on its microstructures and properties were investigated. It is found that under the mechanical vibration of ever-increasing frequency, increasing combustion temperature, accelerating ceramics/metal liquid-liquid separation and quickening ceramic solidification could not only reduce the average diameter and the size distribution of aligned ZrO2 nano-micron fibers in rod-shaped Al2O3 matrix grains, but also make the randomly-oriented rod-shaped grains finer and increase their aspect ratios. As a result, a remarkable increase in flexural strength and fracture toughness of the ceramics can be observed.     

微量Al 掺杂对2D C/ SiC 性能的影响

以二维编织碳纤维碳布为预制体,采用聚铝碳硅烷(PACS)为聚合物前驱体,应用化学气相渗透(CVI)结合聚合物浸渗-裂解(PIP)工艺制备微量Al掺杂2D C/SiC复合材料。研究微量Al掺杂对C/SiC微观结构、力学、热膨胀和氧-乙炔焰烧蚀性能的影响。结果表明:掺杂微量Al未改变C/SiC的微观结构和热膨胀性能,也未降低其韧性和强度;但微量Al掺杂提高了C/SiC的抗烧蚀性能,含微量Al的SiC氧化形成微量Al熔于SiO2的固熔体,微量Al提高了SiO2的黏度和致密度,减小SiO2挥发,较未掺杂Al的C/SiC相比,线烧蚀率降低了26%。     

SiC含量对Ti_3SiC_2/SiC复合材料性能的影响

采用反应热压烧结法制备了Ti3SiC2/SiC复合材料,针对SiC含量对该复合材料致密化程度、力学性能以及应力.应变行为的影响进行了研究.结果表明:(1)随着SiC含最的增加,试样难于致密,试样需要在更高的温度才能达到较高的致密度;(2)随SiC含量的增加,Ti3SiC2/SiC复合材料弯曲强度和断裂韧性提高,但SiC含量达到50%时,由于复合材料含有较多的孔洞,使强度和断裂韧性降低;(3)Ti3SiC2/SiC复合材料在常温下表现为非脆性断裂.     

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。     

热等静压ZrO_2-Y_2O_3陶瓷的组织结构与性能

 本文采用透射电镜中电子衍射与暗场技术、X射线衍射及电子探针等方法,研究了热等静压及热等静压后时效处理的ZrO_2-5mol％Y_2O_2陶瓷的组织结构并测定力学性能。结果表明:经冷等静压成型,1500℃烧结,再于1450℃热等静压试样为c+t双相混合晶粒组织,且c相晶粒内有呈“tweed”形态的t相析出物。试样再经1100℃,1000h时效后,形成“tweed”组织,可使弯曲强度从565MPa提高到990MPa,断裂韧性也有所改善;而提高温度至1400℃时效100h,则形成“colony”组织,使强度显著下降至低于无时效组织。     

纳米Al2O3添加对ZrO2涂层显微结构与性能的影响

以纳米Al2O3,和ZrO2为原料,利用大气等离子喷涂技术(APS)沉积了ZrO2,ZrO2-15%Al2O3,(体积分数,下同)和ZrO2-30%Al2O3三种涂层.运用FESEM,SEM,TEM,XRD和Raman Spectroscopy等分析技术对涂层相组成、显微结构进行了确定.测定了涂层的结合强度、显微硬度等性能.结果表明:Al2O3添加并不改变ZrO2涂层主晶相组成,但主晶相拉曼峰明显展宽.Al2O3颗粒以非晶形式存在于ZrO2颗粒间,有利于ZrO2涂层的增强增韧性能.ZrO2涂层中可观测到团簇颗粒与层状结构组成的双模结构.ZrO2涂层的沉积效率、结合强度与显微硬度可明显提高,有利于ZrO2涂层使用寿命与抗摩擦性能的改善.     

晶须和短纤维混杂增强铝基复合材料研究

简要介绍了ＳｉＣ晶须和Ａｌ２Ｏ３短纤维混杂增强铝基复合材料的制造工艺，并对材料的力学性能进行了测试，对金相组织和扫描断口进行了观察。结果表明，用该工艺制造出增强剂分布均匀的复合材料，材料的性能尤其是抗拉强度有了较大幅度的提高，复合材料中晶短纤维的增强机理明显不同，该材料有望在大功率发动机上得到应用。     

PIP工艺制备SiC晶须增强SiCf/SiC复合材料的性能

以不同界面层厚度的SiC纤维为增强相,采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备SiC_f(PyC)/SiC复合材料,并在复合材料基体中引入SiC晶须,对其性能进行研究。结果表明:热解碳(PyC)界面层厚度约为230 nm时,SiC纤维拔出明显,SiC_f/SiC复合材料拉伸强度、弯曲强度和断裂韧度分别达到192.3 MPa、446.9 MPa和11.4 MPa?m^1/2;在SiC_f/SiC复合材料基体中引入SiC晶须后,晶须的拔出、桥连及裂纹偏转等增韧机制增加了裂纹在基体中传递时的能量消耗,使复合材料的断裂韧度和弯曲强度分别提高了22.9%和9.1%。