(SiC)Cf / Si3 N4 复合陶瓷的制备及性能

采用CVD法制备了SiC涂层包覆短碳纤维,并通过凝胶注模成型工艺制备了(SiC)C_f/Si_3N_4复合陶瓷,探讨了烧结温度对复合陶瓷中(SiC)C_f形貌的影响。同时研究了(SiC)C_f的含量对复合陶瓷力学以及介电性能的影响,当(SiC)C_f含量达到10wt%时,样品的抗弯强度比纯Si_3N_4陶瓷降低了112 MPa,但断裂韧性显著提高,增加了11.5 MPa·m~(1/2),介电常数实部和虚部达到最大,介电实部约为15~18,虚部约为6~8;反射衰减随(SiC)C_f的含量和厚度的增加而向低频移动。     

Al_2O_3-ZrO_2-SiC_W陶瓷复合材料的显微结构和力学性能

通过XRD、SEM、TEM及EPMA技术研究了Al_2O_3-25vol％ZrO_3(2mol％Y_3O_3)-25vol％SiCw(AZS)三元陶瓷复合材料的显微组织和力学性能。试验结果表明,该材料具有较好的强度和韧性配合,ZrO_2与SiC晶须同时起增韧作用。此外,SiC晶须以及弥散分布在Al_2O_3基体中的ZrO_2粒子也提高了该材料的断裂强度。室温下测得该材料的压痕断裂韧性为10.8MPam~(1/2),抗弯强度为676MPa。     

Si_3N_4/TiC复合材料的显微结构与力学性能

本文通过XRD和SEM分析了热压Si_3N_4/TiC的显微组织特征,研究了添加TiC粒子对Si_3N_4陶瓷力学性能的影响。结果表明:在Si_3N_4/TiC颗粒复合材料中,TiC与裂纹前端的交互作用使裂纹发生偏转,增加了裂纹扩展阻力,使断裂韧性值提高,断口形貌趋于复杂;同时TiC与Si_3N_4的弱界面结合以及TiC团聚体的存在使Si_3N_4/TiC在韧性增加的同时强度降低。K_(IC)增加越显著,强度下降越明显。     

SiBAlON陶瓷前驱体的制备与裂解

以聚铝氧烷为铝源,聚硼硅氮烷兼作硼源和硅源,共混得到SiBAlON陶瓷前驱体,经高温裂解得到SiBAlON陶瓷。采用TGA和XRD对SiBAlON前驱体的裂解行为及陶瓷产物晶相结构进行表征。结果表明,Al的引入降低了陶瓷的结晶温度,当陶瓷中的Al含量为10wt%时,1 300℃处理后析出β-Si_3N_4晶体,1 500℃时,陶瓷中的Al和O与无定型的Si-N结合生成出现Si_2N_2O和Si_3Al_3O_(3+1.5x)N_(5-x)结晶,1 700℃时Al和O与结晶的β-Si_3N_4固溶生成β’-SiAlON结晶,最终陶瓷产物晶相组成为Si_2N_2O/Si_3Al_3O_(3+1.5x)N_(5-x)/β’-SiAlON。对陶瓷的介电性能进行研究表明,温度1 000℃时,其介电常数和介电损耗较为稳定,分别约为3和0.004。     

首周期裂解方式对先驱体转化制备C_f／SiC复合材料性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)为陶瓷先驱体,采用PIP工艺制备3D-B Cf/SiC复合材料,研究了首周期采用不同裂解方式对基体及材料性能的影响.研究结果表明,首周期采用真空裂解或加压(5MPa)裂解,先驱体的陶瓷产率不同,加压裂解的陶瓷产率最高,达到67.2%.裂解方式对产物的晶体结构没有明显的影响;首周期采用真空裂解制得的Cf/SiC复合材料性能最优,室温弯曲强度和断裂韧性达到404MPa和20.2MPa·m1/2,分别比采用加压裂解所得材料的性能提高40.7%和42.3%.     

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     

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,     

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.     

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%。     

用急冷Al基合金作中间层对Si3N4进行扩散焊连接的研究

本文研制了急冷及普通Al基中间层材料,并对其性能及其在对Si_3N_4陶瓷进行扩散焊时用作中间层进行了研究。结果表明:Al基中间层经急冷凝固处理后组织细小,成分均匀,硬度高,熔点低。接头的剪切强度试验结果表明:在同一扩散焊工艺条件下,急冷中间层接头的剪切强度明显高于普通中间层接头的剪切强度。其中急冷Al-Si-In-Ti-Zn-Mg中间层接头在扩散焊温度为475℃时(保温时间30min,压力为15MPa),强度最高(50MPa)。随着扩散焊温度的提高,接头剪切强度明显下降。断口分析表明:接头均断在界面附近。界面附近的富In相是接头强度的薄弱环节。随着扩散焊温度的提高,富In相尺寸增大,接头强度下降。急冷Al基中间层扩散焊连接Si_3N_4陶瓷的机制是:活性元素Ti向界面扩散富集并与Si_3N_4发生化学反应,生成界面相TiN,同时中间层中的Al也向界面富集并与Si_3N_4发生化学反应,生成AIN界面相。     

浆料固相含量对多孔氮化硅陶瓷结构和性能的影响

以琼脂糖作为凝胶物质,采用凝胶注模工艺制备了多孔氮化硅陶瓷,通过改变浆料的固相含量,制备了不同性能的多孔氮化硅陶瓷.结果表明,随着浆料的固相含量从35vol％增加到45vol％,材料的气孔率从57.6％减小至40.8％,弯曲强度从96 MPa增加到178 MPa;大量的长棒状β-Si3N4晶粒从孔壁上生长出来,将气孔填充,其生长方式为溶解-沉淀-析出与气-液-固两种生长机制协同作用的结果.长棒状的氮化硅晶须和恰当的界面结合强度是多孔氮化硅陶瓷具有较高强度的主要原因.     

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。     

Ti/Ni/Ti复合层TLP扩散连接Si3N4陶瓷与接头质量控制

研究了Ti/Ni/Ti复合层TLP扩散连接Si3 N4 陶瓷。结果表明 ,Ni Ti过渡液相存在时间短 ,在此期间形成的界面结合强度低 ;必须进一步固态扩散反应才能形成高强度接头 ,相应的接头显微结构为 :Si3 N4 /TiN/Ti5Si3+Ti5Si4 +Ni3 Si/NiTi/Ni3 Ti/Ni。连接时间、连接温度、连接压力及Ti和Ni的厚度影响接头组织和强度 ,其最佳值为 6 0min ,10 5 0℃、2 .5MPa、2 0 μm和 40 0 μm ,所得接头室温和 80 0℃剪切强度分别为 142MPa和 6 1MPa。     

三维打印结合化学气相渗透制备Si3N4-SiC复相陶瓷

采用三维打印(3DP)技术成型Si3N4多孔陶瓷并结合化学气相渗透(CVI)SiC制备了Si3N4-SiC复相陶瓷。研究了烧结工艺对3DPSi3N4陶瓷线收缩率和孔隙率的影响。结果表明,3DPSi3N4坯体经热解除碳后再烧结,可以获得较小的线收缩率(<6%)及较大的气孔率(77.5%)。对其进行CVISiC近尺寸强化,研究了Si3N4-SiC复相陶瓷的抗弯强度随SiC体积分数的变化规律。     

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。     

Si3N4-TiN-SiC复相陶瓷的燃烧合成

利用高压气－固燃烧合成法,以ＴｉＳｉ２和ＳｉＣ为原料制备了Ｓｉ３Ｎ４－ＴｉＮ－ＳｉＣ复相陶瓷,实验中发现反应过程中出现的液相降低了产物的转子率;分析了稀释剂对产物的转化率与燃烧温度的影响及氮气压力在燃烧中的作用;解决了液相,稀剂和燃烧温度之间的矛盾,即通过提高氮气压力来完成。     

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。     

退火态ZTi6Al4V铸造钛合金的断裂韧度研究

将尖切口强度理论用于ZTi6Al4V铸造钛合金损伤容限性能的评价,探讨了不同退火温度对其三点弯曲断裂韧度KQ的影响。结果表明:尖切口试样测定的断裂韧度KQ1不等同于标准试验方法测定的KQ,但可用于铸造钛合金不同工艺间断裂韧度的比较。退火温度的改变可微调ZTi6Al4V铸造钛合金的强度和断裂韧度,在700℃或820℃保温2h退火处理,试样的断裂韧度较好,KQ值分别达到78.11 MPa.m1/2和79.44MPa.m1/2,屈服强度分别为782.74MPa和771.49MPa,抗拉强度分别为860.18MPa和853.0MPa,伸长率达8.10%和7.46%,获得了较好的强塑性匹配。