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。     

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。     

镍基高温合金多孔发汗材料的制备工艺研究

针对高超声速武器发动机对耐高温金属多孔发汗冷却材料的需求,本文以镍基高温合金为研究对象,通过粉末粒度选型、成形和烧结工艺的综合调控,制备出了孔结构均匀的多孔发汗材料,并对其性能进行分析。结果表明,制备的多孔发汗材料最大孔径<21.3μm,抗拉强度> 225 MPa,孔隙率> 25%;通过原料及制备工艺的调控,可实现发汗冷却材料的渗透率在10^-13～10^-12 m²范围内的有效控制;对多孔发汗材料的拉伸数据及断口形貌进行分析与表征,并证实其断裂方式为韧性断裂。     

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.     

预烧结对反应烧结多孔氮化硅陶瓷性能的影响

研究了预烧结对反应烧结多孔氮化硅陶瓷的介电性能和力学性能的影响。通过添加30wt%的成孔剂颗粒,制备出孔隙率在55%左右的具有宏观球形孔的多孔氮化硅陶瓷。反应烧结前,在低于硅熔点的温度下,对多孔硅坯体进行不同温度和不同时间的预烧。结果表明,随着预烧结温度的增高和时间的加长,反应烧结后烧结体的强度明显提高,介电常数ε′和介电损耗tanδ都有小幅度的增加。在硅粉中添加5wt%Y2O3 5wt%Al2O3进行预烧,可以减小反应烧结后试样的ε′,并且随预烧结时间的增加而减小。     

喷射沉积制备Al-Zn-Mg-Cu合金大型坯组织性能的研究

利用Ospray公司的喷射沉积设备制备了Al11.3Zn2.4Mg1.1Cu合金,合金挤压成棒材后,经过固溶和时效处理,用万能材料实验机对其进行了力学性能测试,合金的抗拉强度为849 MPa、屈服强度为796 MPa,延伸率为3.3%.透射电镜和扫描电镜对拉伸试样微观组织的研究结果表明,合金微观组织中包括微米级晶粒和纳米级晶粒,合金的强化方式为纳米晶强化、固溶强化以及沉淀强化,拉伸试样的断口分析表明,合金的断裂方式主要为沿晶断裂.     

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。     

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。     

热处理对激光选区熔化GH3536合金高温拉伸性能的影响

利用激光选区熔化（selective laser melting,SLM）技术可近净成形GH3536合金复杂零件,其高温力学性能是能否安全服役的重要考量指标,本工作研究热处理对SLM成形GH3536合金的微观组织与高温拉伸性能的影响。在1225℃下进行1 h热处理以探究组织性能调控机制,测试GH3536增材试样沉积态与热处理态高温下的拉伸性能,采用扫描电镜研究热处理前后增材GH3536试样的微观组织演变。结果表明：热处理可有效消除晶粒内部的胞状亚晶结构,使位错滑移能力显著增强,其在室温、650、815℃环境下断裂伸长率分别提高75%、92%、683%;另外,柱状晶纵横比的减小使热处理试样的各向异性显著降低;断口分析表明随着拉伸环境温度的增加,热处理试样的断裂模式由沿晶断裂转变为混合断裂。     

超高温刚性隔热材料的制备及性能

针对新型航天飞行器高温隔热(约1 500℃)的迫切需求,开展了超高温刚性隔热材料的制备和性能研究。采用陶瓷纤维和无机粘结剂,经过湿法抽滤成型、高温热处理等工艺制备了刚性隔热材料。对材料的微观结构、热物理和力学性能进行了表征、测试。结果表明:纤维有效粘结在一起;通过改变纤维和粘结剂的比例,可以调节材料性能;热导率、力学性能与密度近似呈直线关系。材料在1 500℃经1 h处理后线收缩率<2%,密度为0.3～0.5 g/cm3,热导率为0.06～0.09 W/(m.K),压缩强度为0.6～1.2 MPa。     

激光快速成形Inconel 718拉伸性能和ANSYS模拟分析研究

采用激光快速成形技术制成Inconel718材料，对其拉伸性能和微观组织进行分析。结果表明，其拉伸性能和微观组织均具有各向异性。采用ANSYS分析软件得出试样拉伸应力分布图，通过模拟数据与试验数据对比，两者应力-应变曲线得到很好吻合，为Inconel718材料复杂机械构件在研制阶段通过有限元分析提供设计依据。     

浆料浸渍工艺制备高性能Al2O3/Al2O3陶瓷基复合材料

为了利于大型构件的制备,采用浆料浸渍工艺,以Nextel 720连续氧化铝纤维增韧,通过一次烧结过程制备了Al₂O₃/Al₂O₃陶瓷基复合材料。测试了复合材料的物理及力学性能,并采用光学显微镜、SEM对试样的微观形貌进行了表征。结果表明：复合材料的体积密度为2.64 g/cm³,显气孔率为26%,材料基体呈现典型的多孔结构特征;室温及1 200 ℃,复合材料厚度方向的热导率分别为3.49及2.04 W/（m·K）;200～1 200 ℃,复合材料面内方向的热膨胀系数为（4.7～7.1）×10^-6/K;复合材料室温、1 100及1 200 ℃拉伸强度分别为202.4、222.4及228.4 MPa,试样断面纤维拔出明显;室温弯曲强度为200.5 MPa,试样发生韧性断裂;层剪强度为21.0 MPa。制备的材料主要性能与美国ATK-COI陶瓷公司的同类型材料相当,部分力学性能更优异。     

一种新型聚酰亚胺泡沫的制备与表征

采用自制聚酰亚胺泡沫先驱体,高温直接发泡制备聚酰亚胺泡沫.结果表明:红外光谱分析表征特征吸收峰与文献值吻合很好;泡沫的Tg为260℃、热分解温度(Td5)高达510℃;通过泡沫微观结构表征,其内部结构均匀;泡沫阻燃性良好,离火自熄,仅炭化不产生熔滴,不产生烟雾,氧指数为43.5%;力学性能测试表明泡沫具有优良的拉伸和压缩强度.     

制备工艺对多孔Ti6Al4V微观结构和性能的影响

多孔介质强迫发汗冷却是解决高超声速飞行器前缘热防护问题的有效措施。其中,多孔介质的孔隙结构及性能对于其冷却效果和可靠性影响显著,因此,制备出符合强迫发汗冷却要求的多孔材料至关重要。本工作以Ti6Al4V预合金粉末为原料,采用模压成型结合高温烧结,制备了不同开气孔率的多孔Ti6Al4V试样,通过金相及SEM观察、力学性能测试、XRD分析等方法研究烧结温度和保温时间对多孔Ti6Al4V孔隙形貌、显微组织和力学性能的影响。结果表明：提高烧结温度、延长保温时间会降低材料的开气孔率;开气孔率高时,材料中孔隙连通,渗流率高,但样品强度低;开气孔率低时,材料中孔隙闭合,大孔数量减少,渗流率低,强度高。其中开气孔率为21.8%的多孔Ti6Al4V试样综合性能最好。当该多孔Ti6Al4V样品作为主动防热材料时,可以耐受平均热流为2.5 MW/m²的火焰烧蚀。     

电子束粉床熔融制备镍基高温合金构件的研究进展

镍基高温合金是涡轮发动机和燃气轮机中的重要结构材料,然而其制件传统加工过程复杂、成本高昂且原材料利用率不高。电子束粉末床熔融（electron beam powder bed fusion,EBPBF）技术能够实现复杂结构制件近净成形,是一种高温合金成形的新方案。EBPBF技术实现了以Inconel 718、Inconel 625为代表的高温合金材料构件的成形,并且发展至能够成形无裂纹的高比例γ′相难焊镍基高温合金,甚至直接制备单晶体镍基高温合金构件,材料的性能达到了传统铸锻件的水平。本文回顾近年来以EBPBF镍基高温合金作为研究对象的相关文献,从工艺过程、组织调控、力学性能等角度对EBPBF制备镍基高温合金构件研究现状进行分析总结,并对未来的研究工作提出了展望。     

ZrN-Nb复合材料的致密化及力学性能

选择Nb作为添加剂,在1500~2000℃热压烧结制备了ZrN-Nb复合材料。研究烧结温度和添加剂对ZrN-Nb复合材料的组织结构及力学性能的影响规律。Nb的添加提高了复合材料致密度,1600℃烧结的ZrN-5%(原子分数)Nb复合材料,其致密度达到98.5%。通过XRD和晶格常数的测量发现,当烧结温度改变时,材料的结构也随之改变,这可能是由于ZrN-Nb复合材料形成了(Zr,Nb)N固溶体,提高了物质扩散速率进而促进烧结致密化,同时在非化学计量的(Zr,Nb)N1-x的形成中,释放出少量的氮可减少试样中闭气孔的形成,这也有利于ZrN-Nb复合材料形成高致密度。加入Nb后材料的致密度提高,其维氏硬度、弹性模量、断裂韧性和抗弯强度都有不同程度的提升。1600℃烧结的ZrN-Nb复合材料的弹性模量、抗弯强度、断裂韧度和维氏硬度依次达到了238 GPa,463.3 MPa,7.0 MPa·m1/2和10.7 GPa。     

有序多孔氧化铝陶瓷微观结构研究

利用扫描电镜(SEM)对模板法制备的有序多孔氧化铝陶瓷的微观结构特征、孔隙结构和晶粒生长进行了研究.结果表明:通过模板法制备的多孔氧化铝陶瓷孔结构均匀、排列有序,孔洞内部相互连通;随着料氧化铝浆固相体积的增加,多孔陶瓷的孔隙率相应降低;孔洞边缘没有出现晶粒的异常生长,与发泡法制备的多孔陶瓷相比,烧结致密度更高.     

烧结助剂含量对多孔氮化硅结构及性能的影响

以氮化硅为原料,以叔丁醇为溶剂,采用凝胶注模成型工艺和无压烧结工艺(17500C、保温1.5h、流动氮气气氛),制备出具有高强度和高气孔率的多孔氮化硅.在浆料中初始固相含量固定为15%体积分数的基础上,研究了烧结助剂含量对多孔氮化硅的气孔率、孔径尺寸分布、物相组成及显微结构的影响,分析了弯曲强度与结构之间的关系.结果表明,通过改变烧结助剂含量,所制备的多孔氮化硅的气孔率为52%-65%;气孔尺寸呈单峰分布,均匀性好,平均孔径为0.82-1.05μm;弯曲强度为64.4-193.5 MPa,且随烧结助剂含量增加呈先增大后减少,在烧结助剂含量为7.5%质量分数时达到最大值(193.5±10.1)MPa.     

放电等离子烧结法制备多孔铝材料

采用等离子脉冲烧结(SPS)进行了多孔铝块体材料的制备。结果表明采用该方法在350℃时可以制备出结构与尺寸可控性好、粉体颗粒无明显长大、孔隙率(54.07%)较高的多孔金属铝块体材料。该制备方法对于开孔性与颗粒连接性要求较高的多孔金属材料具有较高的技术优势。     

喷射成形高速钢沉积坯性能分析

研究了喷射成形高速钢T15沉积坯的部分力学性能及微观组织.结果表明,喷射成形制备的高速钢,晶粒细小,无宏观偏析,平均体密度为8.208g/cm3,三点抗弯强度达到1860 MPa.但通过SEM观察发现沉积坯内存在局部显微疏松,为了进一步提高材料性能,需要对高速钢沉积坯做热等静压等后续热加工.