SiC晶须-Al_2O_3复合陶瓷显微结构的电镜研究

本文采用 X 射线衍射、扫描电镜、分析电子显微镜和高分辩电镜,研究了热压复合SiC-A1_2O_3陶瓷的相组成、晶须、晶须-基体界面间的显微结构。结果表明,复合陶瓷中的晶须为15R 型 SiC,基体为三方晶型的α-Al_2O_3。晶须内有大量的层错和孪晶;晶须-基体界面间存在一个过渡层,并有一定的取向关系。扫描电镜对样品断口的研究表明,存在晶须拔出和裂纹偏转两种增韧机制。     

SiC2(W)增强 Al 合金疲劳失效的特征

用扫描电镜观察了 SiC 晶须增强 Al 基复合材料疲劳裂纹的形成扩展特征,研究了 SiC 晶须分布、晶须与基体界面及基体中的缺陷对疲劳裂纹形成的影响。     

Ti/Al异种材料真空扩散焊及界面结构研究

采用钛板表面渗铝工艺成功地实现了Ti/Al的扩散连接,通过扫描电镜(SEM)、显微硬度、X射线衍射等,对Ti/Al扩散焊接头区的组织结构进行了分析.试验结果表明:Ti/Al扩散焊接头区由钛侧界面、扩散过渡区、铝侧界面组成;在Ti/Al扩散焊界面附近的过渡区中可能形成Ti3Al、TiAl和TiAl3金属间化合物.控制工艺参数能够减小生成的金属间化合物层的厚度.距扩散焊界面较远铝基体一侧的显微硬度为30～40HM,钛基体和过渡区界面附近没有明显的脆性相.     

SiC_P/Al基复合材料在等径角挤扭变形中的界面原子扩散行为

为了研究金属基复合材料在剧烈塑性变形(SPD)过程中增强颗粒与金属基体的界面连接机制,通过等径角挤扭(ECAP-T)工艺在较低温度下制备块状10wt%SiCP/Al基复合材料,并对经过1、2和4道次ECAP-T变形的SiC颗粒与纯Al之间的界面反应以及元素扩散进行了研究。通过TEM和XPS研究了界面和元素扩散,结果表明:即使在较低的外界制备温度下,Al和SiC颗粒表面的SiO2层也能够发生反应,形成主要由Al2O3组成的界面层。相比理论计算值,ECAP-T变形可以将Al的扩散系数提高约1016倍,增强扩散的原因主要是ECAP-T变形促使界面温度升高,且在铝基体内产生空位、位错和晶界等高密度晶格缺陷。     

SiC晶须增强SiCf/SiC复合材料的力学性能

以连续SiC纤维为增强体,采用前驱体浸渍裂解工艺,在复合材料基体中引入SiC晶须制备出多级增强的SiCf/SiC-SiCw复合材料,并采用化学气相渗透工艺在SiC晶须表面制备BN界面层,研究了SiC晶须及其表面BN界面层对复合材料的性能影响.结果表明:在复合材料中引入SiC晶须后,由于晶须的拔出、桥连及裂纹偏转等作用增加了裂纹在基体中传递时的能量消耗,使SiCf/SiC复合材料的压缩强度有明显提高,当引入体积分数为20％的SiC晶须时,复合材料压缩强度提高了22.6％,可达673.9 MPa.通过化学气相渗透工艺在SiC晶须表面制备BN界面层后,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和断裂韧度分别为414.0,800.3 MPa和22.2 MPa·m1/2,较SiC晶须表面无界面层时分别提高了13.9％,8.8％和19.0％.     

热挤压对SiCw·SiCp/2024Al组织与性能的影响

为了研究SiCw·SiCp/2024Al复合材料的热变形行为,对压铸法制备的SiCw·SiCp/2024Al复合材料进行了热挤压变形,并测定了其变形前后的室温拉伸性能.利用扫描电镜和透射电镜对复合材料热变形前后的微观组织进行观察.研究表明:增强体在基体中分布均匀,并与基体有良好的界面结合;热挤压后,纳米颗粒分布的均匀性和分散性得到改善,SiC晶须产生了沿挤压方向的定向排列,且SiC晶须与基体合金的界面结合良好;随着SiC颗粒含量的增加,混杂增强复合材料的抗拉强度随之升高,挤压后复合材料的抗拉强度进一步提高;与基体合金相比,混杂增强复合材料的延伸率下降,热挤压有利于提高混杂复合材料的延伸率.     

熔融渗透工艺制备SiC-TiSi2复相陶瓷的反应机理

熔融Si渗透过程伴随着复杂的化学反应及多组分扩散,对该过程进行研究有助于更好地理解熔渗反应机理。本工作采用熔融渗透工艺制备SiC-TiSi2复相陶瓷,在生成SiC基体的同时原位生成TiSi2。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)和微区X射线衍射(micro-beam XRD)分别对熔融硅区域、Si/SiC界面以及SiC基体的微观结构和相组成进行表征和分析,研究了熔渗工艺制备SiC-TiSi2的反应机理。结果表明:高温下液Si渗入C-TiC预制体,发生化学反应生成SiC、TiSi2以及少量副产物Ti5Si3,其中Ti5Si3主要集中于Si/SiC界面处。随着反应进行,液Si与TiSi2形成液态Ti-Si共晶。该液态共晶通过流动扩散在Si区域中析出TiSi2。而预制体中的少量固态C在液Si中溶解、扩散,并在Si区域生成均匀分布的孤立SiC颗粒。     

压铸态SiCw／Al复合材料中的热残余应力

利用X射线衍射方法,研究了压铸态SiCw/6061Al复合材料中热残余应力。结果表明,压铸态复合材料基体中存在三向不等的热残余拉应力,各向应力分量差异主要与晶须的择尤取向有关。晶须体积分数越高,则晶须的择尤取向程度越明显,因而复合材料中各向残余应力分量的差异就越大。     

界面过渡层对SiC/Al双连续相复合材料性能的影响

研究了界面过渡层对SiC/Al双连续相复合材料性能的影响.结果表明,界面过渡层降低了复合材料中的残余应力,改善了界面的结合,提高了复合材料的压缩性能.当界面过渡层中SiC的体积分数接近50%时,复合材料的压缩强度最高,塑性最好,但弹性模量较低.界面过渡层的存在改变了复合材料的弯曲断裂机制.SiC原始泡沫增强的复合材料在断裂时,增强体SiC泡沫先断裂,基体后破坏,断裂表面凹凸不平;含界面过渡层的复合材料断裂时,过渡层的外侧界面先被撕开,内侧界面结合良好,基体与增强体同时断裂,断口平整.     

Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料的显微结构表征

利用X-射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料的相组成、纤维/热解碳层的界面特征和超高温陶瓷基体的显微结构特征进行了表征。在碳纤维表面有一层厚度为2～3μm石墨化程度较高的热解碳界面层,该界面层可以避免采用PIP工艺制备超高温陶瓷基体时可能对碳纤维造成的损伤。热解碳层与碳纤维之间为弱机械结合,其界面间分布着20～30 nm的ZrC纳米颗粒。Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料基体主要由ZrC,ZrB2,SiC和石墨相(Cg)组成。基体中石墨的(002)面沿着ZrC,ZrB2或SiC的表面生长。在石墨与ZrB2和石墨与SiC的界面没有观察到取向关系,界面处既没有反应层也没有非晶相存在。在石墨与ZrC之间存在ZrC(111)∥Cg(002),ZrC[110]∥Cg[010]的取向关系。ZrB2和SiC之间也没有界面反应和非晶层存在。     

Extrusion Deformation Texture of SiC_W/Al Composites

The interface orientation relationships betweenSiC whiskers and matrix have been studied byX-ray diffraction and crystallite orientation distri-bution functions (CODFs) analysis.The distribu-tion of SiC whiskers in Al matrix of the as-castSiC_w/Al composite was nearly unperfect isotropic.Both matrix and SiC whisker in as-extrudedSiC_w/Al composite were〈111〉fiber texture.Itis suggested that there are certain interfaceorientation relationships between the SiC_w and theAl matrix.     

SiCw/6061Al复合材料的界面研究

本研究用CM12型透射电镜配备的PV9100X射线能谱,对SiCw/6061Al复合材料中碳化硅晶须和相邻铝基体之间界而区域的铝、硅二元素的相对含量进行了测试;并利用JCXA733电子探针设备,测试了由复合材料溶下的碳化硅晶须中铝、硅二元素的相对含量。测试结果表明:铝元素没有向碳化硅晶须中扩散。虽然在碳化硅晶须表层大约50nm范围内存在铝元素的浓度梯度变化,但是否由扩散所致,尚需进一步探讨。     

Effect of re-melting on particle distribution and interface formation in SiC reinforced 2124Al matrix composite

The interface between metal matrix and ceramic reinforcement particles plays an important role in improving properties of the metal matrix composites. Hence, it is important to find out the interface structure of composite after re-melting. In the present investigation, the 2124Al matrix with 10 wt.% SiC particle reinforced composite was re-melted at 800 °C and 900 °C for 10 min followed by pouring into a permanent mould. The microstructures reveal that the SiC particles are distributed throughout the Al-matrix. The volume fraction of SiC particles varies from top to bottom of the composite plate and the difference increases with the decrease of re-melting temperature. The interfacial structure of re-melted 2124Al–10 wt.%SiC composite was investigated using scanning electron microscopy, an electron probe micro-analyzer, a scanning transmission electron detector fitted with scanning electron microscopy and an X-ray energy dispersive spectrometer. It is found that a thick layer of reaction product is formed at the interface of composite after re-melting. The experimental results show that the reaction products at the interface are associated with high concentration of Cu, Mg, Si and C. At re-melting temperature, liquid Al reacts with SiC to form Al₄C₃ and Al–Si eutectic phase or elemental Si at the interface. High concentration of Si at the interface indicates that SiC is dissociated during re-melting. The X-ray energy dispersive spectrometer analyses confirm that Mg- and Cu-enrich phases are formed at the interface region. The Mg is segregated at the interface region and formed MgAl₂O₄ in the presence of oxygen. The several elements identified at the interface region indicate that different types of interfaces are formed in between Al matrix and SiC particles. The Al–Si eutectic phase is formed around SiC particles during re-melting which restricts the SiC dissolution.     

SiCP/AZ80镁基复合材料的界面与断口特征

本文用SEM,TEM研究了SiC颗粒增强AZ80镁合金复合材料的界面结构和断口形貌。结果表明,SiC颗粒与镁合金界面结合紧密,没有发生界面化学反应,但在界面处可以观察到Mg₁₇Al₁₂共晶相在SiC表面形核生长。对复合材料断口观察表明,SiC颗粒与镁合金界面之间的粘结强度大于基体的撕裂强度,SiC颗粒的聚集、团聚是导致复合材料断裂的主要原因,且复合材料的断裂形式趋向脆性断裂。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的无压浸透反应机理探讨

为探讨SiCp/Al基复合材料无压浸渗反应机理,利用XPS鉴定了SiC预制体浸渗前沿界面上的反应产物结构.采用HRTEM研究了SiCp/Al基复合材料的界面结构.结果表明,浸渗与未浸渗部分之间的界面上存在MgO.Al2O3和ZnO诸化合物,没有发现氮的化合物.在SiC相与铝相的界面上仅存在MgAl2O4相,MgAl2O4相几乎连续地包敷在SiC颗粒上.这表明,高温下SiC与熔Al合金接触后,SiC颗粒表面上的SiO2与Al,Mg,Zn诸元素发生了放热反应,从而降低了表面张力,提高了湿润性.促进了自发浸渗.     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的无压浸渗反应机理探讨

为探讨SiCp/Al复合材料无压浸渗反应机理,利用XPS鉴定了SiC预制体浸渗前沿界面上的反应产物结构,采用HRTEM研究了SiCp/Al基复合材料的界面结构。结果表明,浸渗与未浸渗部分之间的界面上存在MgO,Al2O3和ZnO诸化合物,没有发现氮的化合物,在SiC相与铝相的界面上仅存在MgAl2O4相,MgAl2O4相几乎连续地包敷在SiC颗粒上,这表明,高温下SiC与熔Al合金接触后,SiC颗粒表面上的SiO2与Al,Mg,Zn诸元素发生了放热反应,从而降低了表面张力,提高了湿润性,促进了自发浸渗。     

高压扭转对SiC_P/Al复合材料微观组织和力学性能的影响

为研究大塑性变形对金属基复合材料微观组织和力学性能的影响,利用高压扭转工艺(HPT)在200℃下将纯Al粉末和经氧化处理的SiC粉末混合固结成10wt%SiC_P/Al复合材料。采用TEM观察HPT变形后不同圈数试样的SiC-Al界面及Al基体微观组织,采用EDS能谱仪分析界面处原子扩散现象,采用万能拉伸试验机测试研究不同扭转圈数试样的力学性能。结果表明:不同圈数试样Al基体内出现大量位错、非平衡晶界等晶格缺陷;组织内存在两种SiC-Al界面,含SiO_2层的原始界面和因颗粒破碎而新生成的界面。两种界面结合良好,界面处元素相互扩散;随着扭转圈数的增加,10wt%SiC_P/Al复合材料抗拉强度增加,延伸率得到较大提高。分析发现高压扭转后不同圈数组织内产生的大量晶格缺陷和细小晶粒,促进界面处元素的相互扩散,使界面结合良好,同时大量晶格缺陷和细小晶粒的产生以及结合良好的SiC-Al界面是SiC_P/Al复合材料力学性能大幅提升的主要原因。     

Laser beam processing of a SiC particulate reinforced 6061 aluminium metal matrix composite

SiC particulate reinforced 6061 Al metal matrix composites were laser beam cut using a 3kW continuous wave CO2 laser. The influence of laser processing parameters such as cutting speed, laser power, and shielding gas on the quality of the cuts were investigated. Optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction were used to analyse the laser treated zone. Experimental results show that 6061 Al metal matrix composites can cut be successfully using laser. A number of Al4C3/Al4SiC4 plates were formed in the heat affected zones due to a chemical reaction between Si and Al that occurred during the laser processing. This revised version was published online in November 2006 with corrections to the Cover Date.     

氧化物陶瓷基复合材料中晶须／基体界面的特性及作用

本文研究了ＳｉＣ晶须增韧氧化物陶瓷基复合材料中的晶须／基体界面结构性质及其在补强增韧作用中的作用机制。ＴＥＭ观察结果表明：复合材料中的ＳｉＣｗ／Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ２／ＺｒＯ２（２Ｙ）和ＳｉＣｗ／ＺｒＯ２（６Ｙ）界面结合致密，在分析电镜下未发现明显的界面过滤层或界面相，由于膨胀失配而受拉应力作用的界面基体一侧往往成为微裂纹形核的有利部位，ＺｒＯ２中ｔ－ｍ相变的体积膨胀效应可以抵消这种热应力，调整基体     

碳/碳化硅刹车材料的显微结构分析

采用反应熔体渗透法(reactive melt infiltration, RMI)制备了碳/碳化硅(C/SiC)刹车材料, 利用X射线衍射分析了材料组成, 并通过光学、扫描电子和透射电子显微镜从不同尺度观察了刹车材料的微观结构. 结果发现, 反应生成的SiC是面心立方的β-SiC, 主要分布在胎网层、针刺纤维附近以及无纬布层的纤维束间; 残余的单质Si分布在SiC的颗粒间. SiC在SiC-Si界面上, 以大约5～15μm的粗大颗粒存在; 而在SiC-C界面上, 以粒径100nm左右的细小颗粒存在.