SiC陶瓷与GH128镍基高温合金反应连接研究

采用 Fe-Ni(重量比为 65∶ 3 5)金属粉末焊料,利用 Gleeble1 50 0热模拟机对镍基高温合金 ( GH1 2 8)和 Si C陶瓷进行反应连接,研究了连接温度、连接压力和高温保温时间对试样连接强度的影响,确定了最佳工艺参数,并制备了剪切强度超过 3 4.3 MPa的陶瓷 /金属连接件。界面结构分析表明陶瓷 /焊料界面反应层的形成主要受 Fe,Ni原子向陶瓷中的扩散引起     

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。     

气固紊流剪切流中颗粒弥散的拉格朗日模拟

本文提出了一种对于气固两相紊流剪切流中圆形固体颗粒弥散的拉格朗日拟计算方法，其中考虑了颗粒间的磁撞对流体相和颗料相的影响，应用该方法对一气固紊流剪切流场进行了模拟计算，并对有、无颗粒间磁撞情况下的模拟计算结果与Lavieville用大涡模拟方法的研究结果进行了比较，并进行了讨论。     

高Cr铸造镍基高温合金K4648与陶瓷型芯的界面反应研究

采用金相显微镜、扫描电镜及能谱、电子探针和X射线衍射对高Cr铸造镍基高温合金K4648等轴晶和定向凝固铸件的合金/陶瓷型芯界面反应进行了系统研究,获得反应时间与反应量关系的界面反应动力学曲线、不同反应时间的反应界面形貌及产物的种类。结果表明:高Cr铸造镍基高温合金K4648与铝基型芯不易发生反应,而与硅基陶瓷型芯发生剧烈的界面反应,反应产生金属瘤状凸起物,造成铸件内腔破坏。此外,白色的硅基型芯内部变成黑色,黑色反应区内含有一定量的Cr,Al,Ti元素。在反应的中、后期型芯黑色反应区内还存在着灰色区,该区的Cr,Al,Ti含量远高于黑色反应区。高Cr铸造镍基高温合金K4648合金与硅基陶瓷型芯反应分为:(1)富Cr,Al,Ti熔体向型芯内的渗入阶段;(2)富Cr,Al,Ti熔体与陶瓷型芯SiO2基体的反应;(3)富Cr,Al,Ti的熔体与型芯中Zr-SiO4颗粒反应三个阶段。反应过程中型芯存在局部液化现象。K4648合金/硅基陶瓷型界面反应产物主要为层状或树枝状Al2O3,块状Cr3Si金属间化合物、ZrO2,富Cr,Zr,Al,Ti的复合氧化物、共晶形态的富Cr,Si,Al,Ti的复合氧化物、块状或树枝状的富Ti,Al,Zr,Cr复合氧化物。反应产物中的Cr,Al,Ti元素来自合金熔体而Zr,Si,O来自陶瓷型芯。     

铝合金搅拌摩擦加工原位反应生成物颗粒增强机制

在1100-H14铝合金基体表面开凹槽添加Ni粉进行搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing,FSP),利用Ni粉在搅拌过程中的碎化及其与基体的原位反应生成的高强、高硬的金属间化合物制备强化的表面复合层。结果表明,不同于添加陶瓷颗粒的FSP工艺,Ni颗粒能在搅拌过程中充分碎化,并与铝基体原位合成金属间化合物,原位自生的增强体颗粒与基体是以金属键合的方式结合在一起,因此与基体金属间具有良好的界面相容性和界面结构,能够很大程度上改善颗粒的强化效果。增强颗粒与基体结合界面的性质对复合层硬度的影响非常显著,为了提高复合层硬度,提出了通过原位反应获得颗粒/基体的高强界面的模型。     

用原位化学反应制备高性能金属基复合材料

本文简述利用原位化学反应法制备高性能的颗粒弥散增强金属基复合材料的新型技术，对以原位化学反应为机制所涉及的自蔓延高温合成方法及熔铸直接接触反应法两种工艺技术及其过程控制的研究进展进行了介绍。     

陶瓷高温活性钎焊研究综述

就陶瓷高温活性钎料研制的一些基本原则和要求进行了分析和讨论，以Al2O3、Si3N4这两种典型陶瓷为研究对象，对其钎焊时的界面反应、润湿性能、接头强度等作了综述，并给出了相应高温活性钎料的成分配比、钎焊工艺、接头强度等参数，以供实际钎焊时参考。     

DZ22B高温合金定向叶片粘砂形成机制与抑制措施

采用SEM、EDS等分析手段研究DZ22B合金定向叶片粘砂层的微观形貌与化学组成。结果表明:合金熔体渗入型壳面层孔隙中,包覆部分陶瓷颗粒形成金属-陶瓷状粘砂缺陷;粘砂层主要成分为Al2O3,并含有Cr2O3和HfO2这两种合金熔体与电熔刚玉陶瓷型壳的高温界面反应产物;DZ22B合金定向叶片表面粘砂缺陷的形成机制是以热机械渗透粘砂机制为主;向型壳面层浆料中加入一定量的粘砂抑制剂,可显著改善电熔刚玉型壳面层抗合金熔体渗透性能,经浇注验证,叶片表面光洁无粘砂,呈现出明显的金属光泽。     

国产M55J级碳纤维与两种典型树脂界面性能研究

为了夯实国产M55J级碳纤维在航天构件中的应用基础，重点研究了国产M55J级碳纤维与航天环氧和氰酸酯树脂的界面性能，并与进口M55J碳纤维进行对比。采用扫描电子显微镜、原子力显微镜对碳纤维的微观形貌进行表征，通过接触角测量、红外光谱分析和微脱粘测试对碳纤维与航天树脂的粘附功、浸润性、化学反应特性和界面剪切强度进行测定。结果显示，国产M55J级碳纤维表面存在大量沟槽，上浆剂形成少量突起；国产M55J级碳纤维与两种树脂的浸润性优于M55J碳纤维与树脂浸润性，国产M55J级碳纤维与两种航天树脂的粘附功分别为55.76和48.61 mN/m，均高于进口碳纤维的粘附功；国产M55J级碳纤维上浆剂与两种航天树脂经高温固化后反应程度达到100%；国产M55J级碳纤维与两种航天树脂的界面剪切强度分别为74.62和62.99 MPa，均高于M55J碳纤维。     

横向喷流干扰中的真实气体效应研究

建立了包括湍流、两相流和非平衡化学反应模型的统一算法,并对横喷干扰流动中的高温异质喷流、两相流、非平衡燃烧效应分别进行了计算分析。研究表明,非平衡燃烧效应对干扰流场及模型气动力的影响最大,高温异质喷流次之,两相流效应的影响最小;非平衡燃烧是引起冷、热喷条件下轴向力系数出现明显差异的最主要因素;虽然固相颗粒本身对干扰流场影响非常小,但它会从造成气相质量流率损失的角度对流动产生影响。因此,在风洞试验的模拟准则中应对上述因素予以考虑。     

Al/Ni含能多层膜在Al2O3陶瓷/不锈钢焊接中的应用

采用磁控溅射设备,生长AuSn合金做焊料层、Al/Ni含能多层膜做热量提供层,实现了不锈钢和Al_2O_3间的异质材料自蔓延高温扩散焊。利用SEM、XRD和DSC等测试手段表征AuSn合金和Al/Ni含能多层膜的微观形貌、相成分和放热量;用万能试验机测试焊接接头的力学性能。结果表明,AuSn合金的质量比基本达到80∶20,而多层膜的层状结构清晰,反应热达到1 239 J/g。焊接实验结果表明,仅使用AuSn焊料时,剪切强度仅为46 MPa,在增加Al/Ni含能多层膜后,其剪切强度可达90 MPa,强度提高了约一倍。焊接接头的界面显微形貌和相结构研究表明,剪切强度的增强主要是Al/Ni多层膜提供了额外能量使得界面处的反应剧烈,陶瓷金属化层与中间层的反应加剧,形成了新的反应生成物。     

DD6单晶高温合金与陶瓷型壳的界面反应

采用光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱等分析手段研究了DD6单晶合金与陶瓷型壳的界面反应。结果表明:DD6高温合金与陶瓷型壳的界面反应产物主要是Al2O3和Hf O2,同时伴随着少量Ta元素的析出;界面反应层的厚度为5~6μm,反应产物在合金/型壳界面的富集,能够抑制氧化反应的进一步进行;高温下DD6合金与陶瓷型壳润湿角为145~150°,降低型壳内表面的气孔率能够减少毛细作用的产生,从而有效抑制界面反应的产生。     

钢表面热爆合成耐热金属间化合物基复合材料

利用钢熔体点燃Ti-C-3Ni-Al体系热爆反应,在钢件表面合成一层金属间化合物基复合材料,通过对Ti-C-3Ni-Al体系的反应热力学和热爆产物的形貌的分析,研究了金属间化合物基复合材料的物相、组织形态及界面。结果表明:在熔融钢液作用下,Ti-C-3Ni-Al体系反应完全,制备出TiC颗粒增强金属间化合物基表面复合材料。研究发现,TiC的含量对表面复合材料的表面组织和界面结合有明显影响,随着TiC含量的提高,颗粒尺寸略有长大,复合材料更致密,与钢基体界面变为良好的冶金结合。     

O-SiC_P/Fe界面化学稳定性

SiC颗粒在静态空气气氛中经 12 0 0℃× 10h钝化氧化处理后在表面形成厚约 0 .6 μm ,具有晶态的 β 方石英结构的致密氧化膜。经在氢气气氛 ,115 0℃× 1h高温处理 ,3SiCP/Fe界面反应形成以Fe3 Si,颗粒状石墨和Fe3 C为主的反应产物。Fe3 Si和颗粒状石墨构成反应区 ,Fe3 C在金属基体晶界形成片状珠光体。 10SiCP/Fe中的界面反应更加激烈 ,SiCP 被完全消耗 ,并被由Fe3 Si和石墨颗粒构成的反应区所替代 ,金属基体因含Si量高而脆化。SiCP 表面氧化膜通过隔离原本相互接触的SiC与Fe以阻碍Fe ,Si和C原子的相互扩散 ,有利于抑制O SiCP/Fe界面反应 ,提高其界面化学稳定性     

O-SiCP/Fe界面化学稳定性

SiC颗粒在静态空气气氛中经1200℃×10h钝化氧化处理后在表面形成厚约0.6μm,具有晶态的β-方石英结构的致密氧化膜.经在氢气气氛,1150℃×1h高温处理,3SiCP/Fe界面反应形成以Fe3Si,颗粒状石墨和Fe3C为主的反应产物.Fe3Si和颗粒状石墨构成反应区,Fe3C在金属基体晶界形成片状珠光体.10SiCP/Fe中的界面反应更加激烈,SiCP被完全消耗,并被由Fe3Si和石墨颗粒构成的反应区所替代,金属基体因含Si量高而脆化.SiCP表面氧化膜通过隔离原本相互接触的SiC与Fe以阻碍Fe,Si和C原子的相互扩散,有利于抑制O-SiCP/Fe界面反应,提高其界面化学稳定性.     

SHS法制备硼化物陶瓷粉体的表征分析

采用自蔓延高温还原合成方法制备TiB2,TiB2-Al2O3和ZrB2-Al2O3陶瓷粉末.利用XRD,XPS,SEM以及TEM等分析测试手段对合成粉末进行表征和分析.结果表明,TiB2,ZrB2和Al2O3分别以主晶相的形式存在于所合成的各自粉体之中.相比之下,TiB2单相陶瓷粉末颗粒分布较宽.由于自蔓延高温合成(SHS)温度很高,部分颗粒形成团聚,宏观上使颗粒的平均粒径变大(＞5μm);而TiB2-Al2O3和ZrB2-Al2O3复合陶瓷粉末,因合成过程中Al2O3的形成,使得颗粒粒度分布明显变窄,分布均匀,颗粒尺寸也相应减小.分析认为这主要与复合粉末合成过程中,不同颗粒间形成良好结合的界面有关.     

钛合金熔模精铸氧化锆陶瓷型壳／金属界面反应研究

通过实际浇注和真空扩散连接分别制取了钛／型壳界面，借助ＳＥＭ、ＥＰＭＡ和显微硬度仪等分析测试手段对所得界面进行了深入研究，初步提出了以Ｚｒ、Ｏ元素向钛基体内的扩散为主导的界面反应机制。实验结果表明，界面反应并非在整个界面上均衡推进，而是在浓度、温度、能量起伏、以及陶瓷颗粒位向适宜的区域优先发生界面反应     

基于煤油的旋转爆轰发动机流场数值模拟

为了深入研究气液两相旋转爆轰发动机的流场结构，建立了非定常两相爆轰的Eulerian-Lagrangian模型，使用SST（shear-stress transport） k-ω模型，采用一步反应机理的化学反应模型，进行了煤油/空气非预混的二维数值模拟。结果表明，采用30 μm粒径的液滴颗粒，在来流总温1 000 K的空气流中，液滴经历雾化破碎、蒸发、混合过程，在当量比0.70~1.15范围，形成稳定单个旋转爆轰波；煤油液滴被爆轰波扫过后未完全燃烧，部分煤油组分混杂在高温产物中沿下游排出；在燃烧室入口处，爆轰波前形成的空气三角形区域面积大于液滴颗粒三角形区域。     

减速器内部金属屑运动仿真分析

为掌握因轴承磨损产生的金属屑在直升机中间减速器内部流场中的运动状态，针对其固-液-气三相流特征建立了金属 屑颗粒受力平衡方程和多相流模型-离散相模型（VOF-DPM）耦合的CFD仿真模型。基于离散相运动方程编程计算及采用CFD仿 真分析方法获得了减速器内部颗粒的运动轨迹、运动速度，并据此对比验证了VOF-DPM耦合模型的正确性；利用CFD仿真分析 了颗粒在流体中运动时各种附加力对颗粒运动轨迹的影响，探究连续相空气、滑油与离散相颗粒三者之间的相互作用机理。结果 表明：连续相和离散相耦合作用对颗粒运动的影响较小，轨迹误差约5%、速度误差约3%，可忽略不计；虚质量力、压力梯度力和 Magnus升力对颗粒运动轨迹影响较大，Saffman升力对颗粒运动轨迹影响较小，而热泳力与布朗力不适用于直升机中间减速器固- 液-气三相流情形。     

用于连接Al_2O_3陶瓷的耐高温胶黏剂的制备与研究

以陶瓷先驱体硅树脂胶黏剂作为基体,TiB2和低熔点玻璃粉为活性填料制备用于连接Al2O3陶瓷的耐高温胶黏剂。利用傅里叶红外(FTIR)、热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和剪切强度测试对胶黏剂的固化交联、耐热性、裂解产物的物相组成、连接层的微观形貌及连接性能进行了表征。结果表明,先驱体硅树脂在加热条件下能通过缩合反应进行固化交联,加入的活性填料TiB2和玻璃粉能与先驱体硅树脂的裂解产物发生化学反应,大幅度提高胶黏剂耐热性和高温连接性能。