原位生成CeB_6/B_4C陶瓷的力学性能和显微组织

通过B4C、CeO2和C的化学反应,采用原位生成法,在热压烧结的条件下制备了CeB6/B4C陶瓷材料.研究了CeB6/B4C陶瓷材料的力学性能和显微组织,并对其增韧机理进行了分析.结果表明:原位生成的CeB6/B4C陶瓷只有CeB6和B4C两相,其显微维氏硬度、抗弯强度、断裂韧性最大值分别达到40.64GPa、346.7MPa、5.95MPa·m1/2,比纯碳化硼分别提高了52.50%、17.96%、61.68%.原位生成的CeB6颗粒细晶增韧补强,B4C和CeB6颗粒之间热膨胀系数不匹配产生的残余应力导致的裂纹偏转以及沿晶断裂是CeB6/B4C陶瓷的主要增韧机制.     

B4C／Al复合材料的制备工艺和组织研究

研究了用无压浸渗法制备的B1C/Al复合材料的制备工艺和组织。通过对碳化硼陶瓷预制体成型压力和保压时间的控制,采用X射线衍射、扫描电子显微镜及能谱仪分别对B1C／Al复合材料的相组成、微观形貌和微区成分进行分析。结果表明：成型压力为100MPa,保压时间选择1．5min,预烧温度在1700℃时,可以制得组织致密、均匀的B1C／Al复合材料。金属铝在高温下浸渗时与碳化硼陶瓷骨架反应生成Al3BC,AlB2,Al2C3等陶瓷相。Al3BC和AlB2为主要反应产物。B4C／Al复合材料中碳化硼是以连续的骨架结构存在,渗入的铝相则以连续基体的形式铺满整个组织。     

基体铝合金成分对无压浸渗B4C/Al复合材料微观组织和力学性能的影响

分别选用2024、5056、6061和7075铝合金,采用颗粒级配相同的碳化硼预制体(20%2μm和80%38μm)为增强体,采用无压浸渗法制备4种高体份B4C/Al复合材料(分别对应标记为2M、5M、6M和7M),研究基体合金成分对复合材料的物相组成、微观组织和力学性能的影响。结果表明,4种复合材料均含有A1、B4C、Al3BC、AlB2和富Fe-Mn相,除此之外,2M、5M和7M复合材料还含有Al B10。4种复合材料小颗粒碳化硼聚集区均发生了剧烈的界面反应,生成Al3BC和Al B2。Al B10主要分布于2M、5M和7M复合材料的大颗粒碳化硼周围,并与大颗粒碳化硼连成一体。4种复合材料的洛氏硬度从大到小顺序为2M(45. 7)、7M(43. 1)、5M(41. 8)和6M(40. 02)。2M、5M和7M复合材料内部发现有孔洞存在,导致复合材料弯曲强度和应力均较低。这种效应在7M复合材料中最为明显,其弯曲强度仅为296 MPa。6M复合材料弯曲强度和应变最高,分别为425 MPa和0. 183%,这主要是因为在6M复合材料中,不含Al B10相且残余铝合金相对含量较高。     

自生法制备纳米-微米颗粒增强B4C基复合材料

采用原位自生法设计并制备了一种新型纳米-微米颗粒增强B4C基复合材料:Al2O3-TiB2/B4C.理论计算和实验证明,可在相对较低的温度(1950℃)下成功实现预期的原位反应,得到完全致密化的复合材料.复合材料中生成细小均匀的微米级Al2O3和TiB2颗粒增强相,并在B4C晶粒内部形成Al2O3纳米颗粒增强相,得到晶间/晶内复合增强的组织结构.复合材料具有优异的综合力学性能,维氏硬度值达到28.8GPa,断裂韧性高达8.27 MPam1/2,耐磨性能大幅提高,K IC3/4*HV1/2达到26,是一种很有发展潜力的复合材料.还探讨了该种纳米-微米颗粒增强复合材料的韧化机制.     

TiB_2颗粒增强反应结合B_4C陶瓷的显微结构与性能（英文）

以微孔碳、颗粒级配碳化硼粉体、钛粉和硅粉为原料,通过多孔预制体真空熔渗Si工艺制备了硼化钛颗粒增强的反应结合碳化硼复相陶瓷,并通过X射线衍射、扫描电子显微镜、EDS能谱和透射电子显微镜对复合材料的显微结构进行表征。结果表明:在预制体中钛为15wt%时,所制备的复相陶瓷抗弯强度和断裂韧性分别为313 MPa和5.40 MPa·m1/2。原位反应生成的硼化钛对材料的增韧补强起到了积极的作用。     

陶瓷颗粒增强Cr0.5MoNbWTi难熔高熵合金复合材料的制备及其力学性能

难熔高熵合金因其优异的力学性能、高温稳定性和抗氧化性能等, 作为高温结构材料具有广阔的应用前景。为了进一步提升材料的力学性能, 本研究利用原位反应烧结制备了陶瓷颗粒增强难熔高熵合金复合材料, 并探讨了陶瓷增强相的生成机理及其对复合材料力学性能的影响。通过机械合金化制备了含有碳氮氧非金属元素的Cr_0.5MoNbWTi过饱和体心立方(Body Centered Cubic, BCC)固溶体粉末, 经后续放电等离子烧结, 在BCC基体内部原位反应生成了大量弥散分布的(Nb,Ti)(N,C)和Ti₂O₃陶瓷增强相。在陶瓷颗粒的增强作用下, 该复合材料表现出较高的室温强度(4033 MPa)和硬度(11.57 GPa)以及优越的高温强度, 1400 ℃的屈服强度高达572 MPa。     

Al2O3/ZrO2/ZrSiO4复合材料的研究

在Al2O3颗粒补强锆英石陶瓷的研究基础上,探讨了Al2O3与ZrO2共同对锆英石陶瓷的协同补强增韧行为.制备的锆英石基复合材料的室温抗弯强度和断裂韧性分别可达383.31MPa、4.39 MPa·m12.采用XRD分析了复合材料的相组成,采用SEM观察复合材料的断面形貌.结果显示:ZrSiO4为主要晶相,另外还有少量Al2O3和ZrO2存在;第二种增强体ZrO2的最佳引入量为20％(质量分数);确定复合材料的强韧化是由Al2O3和ZrO2颗粒引起的裂纹偏转、微裂纹增韧与ZrO2颗粒引起的相变增韧共同作用而实现的,断裂方式主要为穿晶断裂.     

原位生成TiB2增强B4C基复合材料设计与反应热力学研究

本文采用原位生成法设计了SiC-TiB2/B4C和Al2O3-TiB2/B4C两种新型多元颗粒增强B4C复合材料。根据原位反应生成TiB2增强相的组织设计思路，通过计算反应生成焓△H和自由能△G的热力学数据，证明了原位反应制备所设计材料的可行性。经研究原位反应过程，发现原位反应经过若干不稳定中间相的过程，最终形成预期设计的多元增强成分。理论计算和实验对比验证可为采用科学合理的制备工艺制备复合材料提供必要的指导依据。     

原位合成Al-Cr/Al复合材料及耐腐蚀性研究

本文采用超声辅助制备Al-Cr/Al原位复合材料。利用XRD、EDS对复合材料进行物相分析,应用扫描电镜观察增强体颗粒的大小、形貌和分布,并研究了复合材料的耐腐蚀性。结果表明,通过超声辅助制备的Al-Cr/Al原位复合材料中增强体颗粒呈多边形,尺寸细小,分布均匀;Al和Cr在高温下反应生成金属间化合物,这些金属间化合物会相互扩散,形成均匀的混合增强相;Al-Cr金属间化合物具有良好的耐腐蚀性,打断了基体的连续性,对腐蚀的深入和扩展有很强的抑制作用。复合材料的耐腐蚀性与增强体颗粒的含量、分布有关。     

添加Al对MSI制备C/C-SiC复合材料组织和力学性能的影响

以聚丙烯腈( PAN) 基炭纤维(Cf ) 针刺整体毡为预制体, 用化学气相渗透(CVI) 法制备炭纤维增强炭基体(C/ C) 的多孔坯体, 采用熔融渗硅(MSI) 法制备C/ C-SiC 复合材料, 研究了渗剂中添加Al 对复合材料组织结构和力学性能的影响。结果表明: C/ C 坯体反应溶渗硅后复合材料的物相组成为SiC 相、C 相及残留Si 相。随着渗剂中Al 量的增加, 材料组成相中的Al 相也增加而其它相减少; SiC 主要分布在炭纤维周围, 残留Si 相分布在远离炭纤维处, 而此处几乎不含Al ; 当渗剂中Al 量由0 增加到10 %时, 复合材料的抗弯强度由116. 7 MPa 增加到175. 4 MPa , 提高了50. 3 % , 断裂韧性由5. 8 MPa·m1/2增加到8. 6 MPa·m1/2 , 提高了48. 2 %。Al 相的存在使复合材料基体出现韧性断裂的特征。      

反应烧结B4C/Al2O3复合陶瓷的装甲防护性能研究

以B₂O₃、Al、石墨和B₄C粉体为原料, 采用反应-热压烧结工艺在1800℃/35 MPa的烧结条件下制备了致密的碳化硼基复相陶瓷, 对复相陶瓷的显微组织、物相组成、硬度、抗弯强度以及断裂韧性进行了观察与测试, 采用7.62 mm口径的穿甲弹分别对约束状态下和自由状态下的复相陶瓷靶板进行了剩余穿深试验(DOP), 并以AZ陶瓷和B₄C陶瓷为对比靶板, 根据剩余穿深结果计算了各自的防护系数。结果表明, 复相陶瓷的主要成分为B₄C和Al₂O₃, 其中主相B₄C约占70wt%, 第二相Al₂O₃约占30wt%, 由Al-B-O共同构成的复杂中间相填充在主相与第二相之间; 复相陶瓷的密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为2.82 g/cm³, 41.5 GPa, 380 MPa和3.9 MPa•m^1/2, 其中断裂韧性比纯碳化硼陶瓷提高了85.7%; 复相陶瓷的防护系数为7.34, 比AZ陶瓷和碳化硼陶瓷分别提高了11%和70%; 在约束状态下, 各个样品的防护系数比自由状态均提高10%。     

无压烧结制备硼化钨陶瓷

采用两步法制备硼化钨陶瓷, 首先将硼粉与钨粉按一定比例混合, 在高温下合成硼化钨粉体, 再以此为原料采用冷压和高温烧结制备硼化钨陶瓷。研究硼钨比例对合成粉体物相组成的影响, 以及烧结温度对硼化钨陶瓷微观结构及力学性能的影响。研究结果表明: 硼钨摩尔比为2.5时, 可以得到纯度较高的WB₂粉体。随着烧结温度的升高, WB₂陶瓷的显气孔率减小, 相对密度增加, 材料的抗弯强度与显微硬度明显增大, 当烧结温度达到1800℃时, WB₂陶瓷的开口孔隙率为5.2%, 相对密度86.0%, 抗弯强度72 MPa, 显微硬度2088.5 MPa。WB₂陶瓷的断裂行为也从沿晶断裂转变为穿晶断裂模式。     

保护气氛下反应烧结MoSi_2/Al_2O_3复合陶瓷

以金属Mo粉、Si粉和Al粉为原料,采用反应烧结法制备MoSi_2/Al_2O_3陶瓷复合材料,有效增强其室温韧性和强度,并揭示其电阻率随烧结温度变化规律。利用XRD和SEM分析不同温度烧结后MoSi_2/Al_2O_3复合材料试样的物相组成和微观结构;研究不同烧结温度下试样的力学和电学性能。结果表明:在氩气保护气氛下1 200℃时,MoSi_2/Al_2O_3陶瓷复合材料的各项性能较好,其显气孔率为20.7%,体积密度为4.8g/cm~3,断裂韧性值为9.72MPa·m1/2,电阻率为6.0×10~(-2)Ω·cm。所制备的MoSi_2/Al_2O_3陶瓷复合材料物相结构主要由Al_2O_3包覆MoSi_2形成的连续包覆相组成,组织结构均匀。烧结温度为1 200℃时,MoSi2导电相由弥散分布变成相互连接的网络状分布,且Al_2O_3包覆MoSi_2导电相的包覆层变薄,包裹的MoSi_2颗粒之间易于突破包覆相而互相连通,有助于降低电阻率。     

烧结温度对20%ZrO_2(3Y)/Al_2O_3复相陶瓷力学性能和微观结构的影响

20%纳米ZrO2(3Y)粉末加入到高纯亚微米Al2O3粉中,采用高压干压成型方法和恒速升温多阶段短保温烧结方法制备出不同烧结温度下的复相陶瓷。研究烧结温度对复相陶瓷力学性能的影响,通过XRD,EDS和SEM对复相陶瓷进行元素组成和微观结构分析。结果表明:烧结温度在很大程度上影响着复相陶瓷的力学性能和微观结构,常压烧结1600℃保温8h时,相对密度、维氏硬度和断裂韧性达到最大,分别为98.6%,18.54GPa和9.3MPa·m1/2,而基体晶粒尺寸为1.4~8.1μm,ZrO2相变量为34.6%。1600℃下复相陶瓷具有优质的微观结构,断裂方式为沿晶-穿晶混合断裂模式。ZrO2(3Y)粉体的加入,从相变增韧、内晶型颗粒增韧和裂纹偏转等多个方面提高了复相陶瓷的断裂韧性。     

玻璃料对可陶瓷化硅橡胶基复合材料耐高温性能的影响

玻璃料可以改善可陶瓷化硅橡胶基复合材料高温热解后的力学强度,保持结构的完整性。为了研究玻璃料的成分对云母/硅橡胶复合材料耐高温性能的影响,分别以玻璃料A和B为助熔剂,制得了2种复合材料,研究了其力学性能、微观形貌、热分解性能及陶瓷化机制。结果表明:云母/硅橡胶复合材料常温拉伸强度为3~4 MPa,600~1 200℃下热解后试样的弯曲强度在0.3~4.5 MPa之间,且保持结构完整;SEM结果显示玻璃料B有助于形成大量的液相结构,更好地改善热解后形成的陶瓷层的强度和结构;TG结果显示玻璃料可以加速硅橡胶的分解,因此要控制玻璃料的加入量;XRD结果显示在温度变化过程中,添加含SiO₂和K₂O成分较多的玻璃料B至云母/硅橡胶复合材料中形成了非晶相和钾长石（K₂O·Al₂O₃·6SiO₂）,从而提高陶瓷层的强度。      

反应烧结制备Si3N4/SiC复相陶瓷及其力学性能研究

以两种不同配比Y₂O₃/Al₂O₃ (A, 2:3; B, 3:1, 总量15 wt%)为烧结助剂, 通过添加不同质量分数的SiC粉体,反应烧结制备了高强度的氮化硅/碳化硅复相陶瓷。并对材料的相组成、相对密度、显微结构和力学性能进行了分析。结果表明: 在1700℃保温2 h情况下, 烧结助剂A 与B对应的样品中α-Si₃N₄相全部转化为β-Si₃N₄; 添加5wt% SiC, 烧结助剂A对应样品的相对密度达到最大值94.8%, 且抗弯强度为521.8 MPa, 相对于不添加SiC样品的抗弯强度(338.7 MPa)提高了约54.1%。SiC能有效改善氮化硅基陶瓷力学性能, 且Si₃N₄/SiC复相陶瓷断裂以沿晶断裂方式为主。     

机械合金化后注射成形制备Cu/Al2O3复合材料的显微组织与力学性能

采用机械合金化后注射成形制备10%(体积分数,下同)Cu/Al_2O_3复合材料,研究机械合金化时间、烧结温度对复合材料显微组织和性能的影响,并分析复合材料的增韧机理。结果表明:通过机械合金化10h后注射成形、脱脂、1550℃烧结工艺制备的10%Cu/Al_2O_3复合材料具有良好的抗弯强度和断裂韧度,分别为532MPa和4.97MPa·m^1/2;烧结温度低于1550℃导致原子在固态下扩散能力不足,烧结温度高于1550℃则使颗粒边界移动速率大于孔隙逸出速率,二者都造成复合材料孔隙率增加,而导致材料的强度和韧度下降;机械合金化时间延长使复合材料晶粒细化、Cu与Al_2O_3之间的结合强度提高,材料强度和硬度提高,但断裂韧度下降;Cu粉末弥散分布于Al_2O_3基体中,抑制烧结过程中Al_2O_3晶粒粗化,且使裂纹在扩展过程中遇到延性的Cu产生裂纹桥联和偏转,提高材料的韧度。     

(SiC,TiB2)/B4C复合材料的烧结机理

研究了在热压条件下制备 (SiC, TiB₂)/ B₄C复合材料的烧结机理。认为烧结助剂的加入使本体系成为液相烧结,同时粉料的微细颗粒对复合材料的烧结致密也有重要贡献。分析和测量了制取的复合材料的相组成、显微结构和力学性能。结果表明,采用B₄C与Si₃N₄和少量SiC、TiC为原料,Al₂O₃＋Y₂O₃为烧结助剂,在烧结温度1800~1880℃,压力30 MPa的热压条件下烧结反应生成了SiC、TiB₂和少量的BN,制取了(SiC, TiB₂)/B₄C复合材料。所形成的晶体显微结构为层片状。制得的试样的硬度、抗弯强度和断裂韧性分别可达HRA88.6、540 MPa和5.6 MPa·m1/2。