氮化硅陶瓷轴承试验研究

利用航空发动机主轴承M50套圈装Si_3N_4陶瓷滚珠组成的轴承模拟发动机的工作条件进行的试验。通过试验,初步确定了Si_3N_4滚珠的工作性能和耐久性及与M50跑道的匹配性。暴露了Si_3N_4滚珠的问题,为进一步改进指明了方向。同时对分别装有M50与Si_3N_4滚珠的轴承在相同工作条件下的工作差异及其影响进行了比较     

TiC/Cu熔渗复合材料耐烧蚀与耐热震性能研究

采用粉末冶金熔体自浸渗工艺制备了相对密度大于98%的TiC/Cu复合材料,并对其耐烧蚀与耐热震性能进行了研究。TiC/Cu复合材料在等离子烧蚀过程中产生了“发汗冷却”效果,随着复合材料中Cu含量的提高,TiC/Cu的弯曲强度与耐热震性能显著提高。TiC陶瓷骨架相对密度为72%的TiC/Cu复合材料的弯曲强度达到955 MPa,较热压纯TiC陶瓷材料有大幅度的提高。     

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。     

Si3N4结合SiC耐火陶瓷高温抗疲劳断裂设计

为探究高温氧化条件下材料抗疲劳断裂的相关改进措施,在分析材料高温疲劳断裂过程的基础上,将有效场-子域模型和热-损伤断裂强度模型相结合,对高温氧化条件下Si_3N_4结合SiC耐火陶瓷的微裂纹尺寸与强度和密度与强度的关系进行了模拟。结果表明:此类材料在高温氧化环境中微裂纹尺寸在(0 mm,0. 5 mm]和密度至少为(0 m~(-2),104m~(-2)]的可行性范围内能抗疲劳断裂。这个结果对延长材料的使用寿命和确保设备运行的安全稳定性具有的指导意义。     

TiC 颗粒增强钛基复合材料的动态损伤本构

分析了TiC颗粒增强钛基复合材料的微损伤演化规律,建立了含损伤演化的动态本构模型。TiC颗粒增强钛基复合材料在拉伸载荷作用下,微裂纹以翼型裂纹形式扩展,基于平面翼型裂纹扩展模型,建立了二维动态损伤本构关系,并退化到一维拉伸状态,假设微裂纹成核规律满足Weibull分布,得到了一维拉伸应力状态下能够反映TiC颗粒增强钛基复合材料的损伤演化规律的宏细观相结合的动态本构关系。模型计算结果与试验结果吻合较好。     

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)。     

铸造法制备TiC/ZA43复合材料连续润滑摩擦行为研究

采用搅拌铸造法制备了TiC/ZA43复合材料, 用环-块摩擦磨损试验机测试了连续润滑条件下复合材料的滑动摩擦磨损性能.结果表明,TiC颗粒使基体ZA43合金的微观组织及磨损性能显著改善,摩擦系数和磨痕宽度降低且变化平稳.TiC/ZA43复合材料的磨面光滑,磨痕短细;而未增强的ZA43局部表现为粘着磨损,表面产生局部的塑性流动.摩擦过程中,未增强的ZA43合金次表层的硬度明显降低;而TiC/ZA43变化不明显.     

原位合成TiC/Ti基复合材料氧化行为

研究了TiC/Ti基复合材料在550℃,600℃和650℃空气中恒温氧化行为.分析了增强体TiC对钛基复合材料氧化动力学行为的影响,并用X射线衍射仪(XRD)和配有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)对氧化层表面的相组成、形貌以及氧化层剖面的显微结构进行了分析.结果表明:TiC/Ti基复合材料的氧化层由金红石型的氧化物TiO2组成;增强体TiC能够提高钛基复合材料的抗氧化性,而且随着TiC增强体含量的增加,钛基复合材料的抗氧化性增加;这主要是因为TiC增强体能够促进致密氧化膜的生成.氧化动力学曲线为抛物线类型.     

MA 及原位-热压合成TiC/ Ti5 Si3 复合材料

以Ti粉、Si粉和C粉为原料,利用高能球磨及热压工艺合成了TiC/Ti5Si3陶瓷复合材料。研究了工艺条件尤其是热压温度对合成产物相组成及微观结构的影响,并结合DSC、XRD和SEM对反应合成机理进行探讨。结果表明:通过优化合成工艺,高能球磨12 h,热压温度1 400℃时,烧结6 h得到了高纯度的TiC/Ti5Si3陶瓷复合材料;合成过程为:反应开始时发生Ti+C■TiC,反应ΔG=-167.72 kJ/mol。2 h时发生5TiC+8Si■Ti5Si3+5SiC,反应ΔG=-62.12 kJ/mol,当6 h时发生3SiC+8Ti■Ti5Si3+3TiC,反应ΔG=-697.8 kJ/mol。显微结构表明:TiC/Ti5Si3复合材料的合成过程伴随Si熔融,该材料以TiC-Si-Ti5Si3形式相结合,其中Si为黏结剂。     

(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。     

TiC／Ti3AlC2复合材料的原位合成

以Ti粉、铝粉和活性碳粉为反应原料,利用高能球磨及热压工艺合成了TiC/Ti3AlC2复合材料.研究了在Ti-Al-C体系中,温度对TiC/Ti3AlC2复合材料的影响,并重点分析了反应过程热力学机理及材料微结构的影响.结果表明:通过高能球磨及热压烧结,在1 300℃时得到了物相比较均匀、致密的TiC/Ti3AlC2复合材料.通过高能球磨使得晶粒不断得到细化,使Ti3AlC2的烧结温度降低,同时分析TiC/Ti3AlC2复合材料微观结构的增韧机理,发现TiC是以颗粒增韧方式镶嵌在Ti3AlC2基体中.     

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,     

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。     

透波性Si3N4陶瓷铣削加工表面边缘破损实验研究

针对透波性Si_3N_4陶瓷铣削加工过程中易出现边缘破损现象,通过不同铣削深度实验研究了边缘破损类型、产生位置以及切深对边缘破损影响,并分析了边缘破损产生机理,最后提出了边缘破损控制方法。结果表明:当切深为0.4~0.8 mm时,边缘破损主要集中于出口棱边和入刀侧边;且脆性域加工过程中随着切深的增加,边缘破损程度呈现增大趋势;降低切深至≤0.3 mm且采用跟随周边走刀方式,并保证入刀处刀尖线速度方向与进给方向夹角不小于90°,可以有效控制边缘破损。研究为提高透波性Si_3N_4陶瓷铣削加工表面质量提供了技术支撑。     

TC4合金与碳纤维增强ZrB2-SiC陶瓷钎焊接头的微观结构与力学性能

文摘采用Ag-28Cu钎料对碳纤维增强ZrB_2-SiC复合陶瓷与TC4合金真空钎焊。利用扫描电子显微:镜、能谱分析仪、力学万能试验机研究钎焊保温时间对钎焊接头界面微观结构与剪切强度的影响。结果表明:碳纤维增强ZrB_2-SiC/Ag-28Cu/TC4钎焊接头结合良好,典型接头相组成如下:TC4/TiC+TiCu/Ti_2Cu/TiCu/Cu_((s,s))/Ag_((s,s))/Ti_5Si_3/TiC/ZrB_2-SiC-C。不同的保温时间未改变钎焊接头的相组成,但对于接头界面微观形貌、焊·缝厚度及组成相的数量有影响。随钎焊保温时间增加,焊缝中心Ag(s,s)、Cu(s,s)区域逐渐减小,近TC4侧反应中Ti-Cu反应层厚度逐渐增加,其中保温30 min焊缝厚度最厚为70μm、焊缝中心区域厚度为45μm。室温平均剪切强度随保温时间增加,先增加后降低,在保温时间20 min时,剪切强度最大为34 MPa。     

TiC涂层碳纤维的熔盐反应制备及其氧化性能

采用熔盐反应法在碳纤维表面合成了TiC涂层,研究了涂层制备工艺对涂层厚度、形貌以及碳纤维抗氧化性能的影响.结果表明,碳纤维表面涂覆TiC涂层可以改善其抗氧化性能,使碳纤维的起始氧化失重温度从450℃上升至700℃左右.在850℃下保温1～5 h合成的TiC涂层与碳纤维基体结合较好,碳纤维抗氧化性能随保温时间的增加而增加;在950℃下保温0.5～5 h合成的TiC涂层碳纤维其抗氧化性能随保温时间的增加先增加后下降.     

(TiB+TiC)/TC4复合材料电解钻孔试验研究

钛基复合材料是一种典型的难加工材料,采用传统机械加工方法存在加工效率低和加工质量差等问题。利用电解加工技术,采用直径为10mm的管状阴极,对(TiB+TiC)/TC4复合材料进行电解钻孔加工试验研究。进行了(TiB+TiC)/TC4复合材料的电化学特性研究,测量了(TiB+TiC)/TC4复合材料在10%NaNO₃溶液中的极化曲线和电流效率。探究了加工电压、电解液压力对加工精度的影响。结果表明,当加工电压为30V,电解液压力为0.6MPa时,电解钻孔可以在1mm/min的进给速度下稳定加工。当加工的盲孔深径比为3.06时,孔的圆度误差为41.1μm,锥度为0.4°,具有较高的加工精度。     

TiC/Al复合材料在锌液中均匀化机理分析

采用自蔓延高温合成（SHS）法制备高TiC颗粒含量的TiC／Al复合材料。利用自制的实验装置研究复合材料中TiC颗粒在静止锌液中的均匀化过程。结果表明：当锌液温度低于铝的熔点时，TiC／Al复合材料置于锌液后，锌向其内部扩散，引起复合材料表层内液相线温度降低，当表层内Al-Zn合金的液相线温度等于或低于锌液温度时，Al-Zn合金便处于熔融状态，TiC颗粒随其一起从TiC／Al复合材料块上脱落，并不断地向锌液内部传输，最终均匀分布在锌液中；而当锌液温度高于铝熔点时，TiC／Al复合材料置入后，锌和铝同时进行扩散，但是当复合材料表面温度达到铝熔点时，铝开始熔化，铝的熔化导致TiC颗粒的脱落，脱落下来的TiC颗粒不断向锌液内部传输，最终均匀分布在锌液中。     

原位合成TiC颗粒强化铝合金组织与性能

采用铝系合金2A14（LD10）作为母合金,利用原位合成法制备了TiC颗粒弥散强化铝基材料。显微组织观察表明,合金中的TiC颗粒呈等轴状,尺寸约为1～3μm。加入TiC颗粒后,合金铸态组织显著细化,室温抗拉强度和屈服强度得到一定程度提高,但塑性下降。150℃时,合金的拉伸性能变化随TiC加入量增加而变化的规律与室温相似。合金中TiC颗粒的引人大大提高了合金的耐磨性能。在油润滑条件下,TiC／2A14材料的耐磨损体积远远优于其母合金以及其他典型的金属耐磨材料,如耐磨黄铜、ZA30锌基合金和Al—30Si高硅铝合金。     

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。