TiB2-Cu基复合材料的燃烧合成研究

通过燃烧合成工艺制备了TiB2-40%Cu(质量分数）基复合材料，对复合材料的反应热力学、相组成以及微观组织进行了研究。热力学计算结果表明TiB是最稳定的相，中间相Ti-Cu化合物最终转变为TiB2相；XRD结果显示复合材料的相组成为TiB2相和Cu相，没有生成其他中间相；微观组织观察表明，合成产物组织致密，增强体TiB2陶瓷颗粒尺寸细小，形貌主要呈近等轴状和块状，Cu作为金属粘结剂将TiB2陶瓷颗粒相互连接在一起，Cu的存在促进了燃烧合成过程中材料的致密化行为。Cu的加入使TiB2-Cu基复合材料的致密度、弯曲强度和断裂韧性较TiB2纯陶瓷均有大幅度提高，材料的韧化机制为裂纹尖端塑性钝化机制。     

铜含量对燃烧合成TiB2-Cu基金属陶瓷组织和性能的影响

利用自蔓延高温燃烧合成结合准热等静压技术制备了不同Cu含量的TiB2-Cu基金属陶瓷.为了得到金属粘结剂的最佳含量,研究了Cu含量对TiB2-Cu基金属陶瓷热力学、微观组织和性能的影响.在Ti-B-Cu体系的燃烧合成过程中,可能存在TiB2、TiB和TiCu三个相.热力学计算结果表明TiB2是最稳定的相.随着Cu含量的增加,TiB2-Cu基金属陶瓷的绝热温度(Tad)和燃烧温度(Tc)逐渐降低.燃烧温度会影响产物中陶瓷相的形貌,TiB2颗粒的尺寸随金属含量的增加而减小.TiB,-Cu基金属陶瓷的硬度(HRA)和弯曲强度随着Cu含量的增多均呈现先增加后降低的趋势,最大值分别对应20wt.%和40wt.%的Cu含量.随Cu含量的增加,TiB2-Cu基金属陶瓷的孔隙率由于金属Cu良好的流动性而呈下降趋势,断裂韧性则呈逐渐上升的趋势.材料的韧化机制为裂纹尖端塑性钝化机制和裂纹偏转机制.TiB2-Cu基金属陶瓷的最佳金属粘结剂含量位于40wt.%～50wt.%.     

浸渗法制备双连续TiB2/(Cu,Ni)复合材料的组织和性能

用高温粉末烧结结合自发浸渗法制备高TiB2含量(体积含量约为86%)的双连续TiB2/(Cu,Ni)复合材料,研究了不同陶瓷体积含量多孔材料对TiB2/(Cu,Ni)复合材料微观组织和力学性能的影响.采用XRD和SEM分析了复合材料的相组成和微观结构,用三点弯曲试验测试了复合材料的弯曲强度和断裂韧性.结果表明:经过预制坯高温烧结后自发熔渗金属是制备致密的双连续TiB2/(Cu,Ni)复合材料的有效方法,复合材料的致密度和力学性能得到显著提高;当TiB2陶瓷体积含量为81.6%以及浸渗温度为1500℃条件下,TiB2/(Cu,Ni)复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别达到640.5 MPa和9.37 MPa·m1/2,相对密度为98.4%.     

Cu,Ag,Ni掺杂TiB2基涂层的结构及韧性研究

采用磁控溅射方法分别掺杂含量约为10%(原子分数)的Cu,Ag,Ni金属,制备出三种TiB2基涂层。利用XRD,SEM分析涂层结构,并通过塑性指数δH、划痕和压痕三种手段对涂层韧性进行表征。结果表明:掺杂金属在涂层中的存在形式不同,导致对涂层晶粒和生长结构的影响不同,其中Ag以晶体形式存在,未发现Cu和Ni的晶相;三种涂层均存在TiB2晶相,Ni和Ag使TiB2晶粒细化,Cu促进晶粒长大;TiB2-Cu和TiB2-Ni涂层为柱状结构,表面存在明显颗粒,而TiB2-Ag涂层柱状结构趋于消失,表面无明显颗粒。结构的不同对涂层的力学性能有明显影响,所有涂层均保持在较高的硬度(>35GPa),三种金属都对涂层韧性有所改善,其中Ni最为显著,Cu和Ag相对较差。     

碳化硼颗粒增强Cu基复合材料的研究

研究了用表面涂覆含钛金属涂层的碳化硼颗粒增强Cu基复合材料[B4Cp/(TiB2 TiN)/Cu],并与未经涂覆的B4C颗粒增强Cu基复合材料（B4Cp/Cu)进行了对比。实验结果表明,前者的致密度和电导率比后者好。磨损实验结果表明,使用有涂层颗粒的复合材料的耐磨性比无涂层颗粒的好。通过对复合材料界面和磨损表面的电镜观察表明,B4C颗粒经过涂覆处理后,改善了复合材料的界面粘结性能,颗粒与基体间有良好的浸润性。     

SiCp/Al复合材料的制备与力学性能

一、前言 以SiC颗粒作为增强物的Al基复合材料,由于其热膨胀系数低,耐磨、耐热性能好,高温强度优异,在航空航天工业、汽车工业、内燃机工业、军事工业等领域具有广阔的应用前景 制备金属基陶瓷颗粒增强复合材料的方法可分为两大类:粉末冶金法和铸造法。铸造法工艺成本低、操作简便,得到了广泛的应用。但采用铸造法制备SiCp/Al复合材料存在一个难点,即SiC/Al润湿性很差,需要采取措施改善其润湿能力。常见的措施可归纳成四个方面:①颗粒表面涂覆金属,例如涂Ni、Ag、Cu、Cr等;②向金属液中添加合金元素,降低熔体的表面张力;③超声波振动降低熔体表面张力;④颗粒预处理,包括化学焙烧以及用化学溶液进行浸渍处理。 金属基陶瓷颗粒增强复合材料的力学性能与其制备工艺,颗粒/基体的界面粘接状态,颗粒在基体中的分布,以及颗粒的尺寸、形状、加入量等因素有关。只有当牢固的颗粒/基体界面形成后,才会产生增强强度的作用。J.Arsenault等认为:微细颗粒增强基体合金     

微合金化对TiB2颗粒增强铝基复合材料微观组织和力学性能影响的研究进展

微量添加合金元素是改善铝基复合材料综合性能的有效方法,是基于电磁搅拌、超声振动等物理工艺,双峰结构、仿生层状材料等制备技术之外改善增强相/基体界面结构、调控强度-韧性力学性能的一种行之有效的低成本技术.近年来,合金元素在TiB2颗粒增强铝基复合材料中的研究备受关注,取得了一定的成果,对其作用机理的理解也向纳米层级甚至原子层级迈进.本文归纳了国内外微量添加合金元素对TiB2/Al复合材料中TiB2颗粒形貌、微观组织、力学性能的一系列最新进展,阐述了微合金化机制,并展望了其在调控复合材料裂纹萌生与扩展、发挥微纳尺度本征力学性能、协调材料强度和韧性矛盾中的潜在价值,以期为制备高性能铝基复合材料提供借鉴和参考.     

陶瓷颗粒增强泡沫铝基复合材料的制备与性能

陶瓷颗粒增强泡沫铝基复合材料是近年来开发的一种新材料。本文介绍了各种陶瓷颗粒增强泡沫铝基复合材料的制备方法及组织性能研究现状。认为今后一段时期应着重研究以下几方面问题：对泡沫铝基复合材料制备工艺做进一步的研究，优化工艺参数，使工艺更稳定可靠；分析陶瓷颗粒对泡沫铝基复合材料发泡工艺、气泡尺寸及形状的影响．深入探讨其机理，进一步解决气孔结构和均匀性问题；系统研究泡沫铝基复合材料微观组织及界面结合形态；系统研究泡沫铝基复合材料的机械性能、物理性能及其影响因素，为该类材料的应用奠定理论基础；广泛开展泡沫铝基复合材料的推广应用研究，使之尽快为工农业生产的发展做出贡献。     

搅拌摩擦加工制备颗粒增强铝基复合材料的研究现状及展望

铝合金作为现代工程和高新技术领域发展的关键材料之一,具有密度小、比强度和比刚度高、耐蚀性好等特点。通过在铝基体中添加增强相颗粒,制备得到的颗粒增强铝基复合材料既有铝合金良好的强度、韧性、易成形性等特点,又有颗粒的高强、高模等优点,是近年来应用最广的一类金属基复合材料。 目前,制备铝基复合材料的方法主要有粉末冶金法、铸造以及超声波法等,但这些方法在制备过程中需要较高的温度,颗粒与金属基体容易发生不良的界面反应,从而影响界面结合效果,降低复合材料的性能。搅拌摩擦加工(FSP)作为一种新型的固相加工技术,可同时实现材料微观组织的细化、致密化和均匀化。目前,FSP直接法已在铝基复合材料制备方面取得应用,主要是将增强相颗粒通过打盲孔或开槽的方式预置在金属基体内再进行FSP,进而制备出高致密度的颗粒增强铝基复合材料。因为FSP过程的温度低,颗粒与铝基体不会发生界面反应,所以该方法也被用于制备具有形状记忆效应(SME)的铝基功能复合材料。 近年研究结果表明,颗粒相对FSP制备的铝基复合材料晶粒细化起到显著作用,这有助于提高复合材料的拉伸强度、显微硬度及疲劳强度等力学性能。随着颗粒含量的增加和颗粒尺寸的减小,复合材料的力学性能得以增强。再者,减小颗粒尺寸有利于改善颗粒与基体之间的结合。另外,通过优化搅拌头的结构、形状和尺寸,以及FSP工艺参数,已经可以实现加工后颗粒相在基体中的均匀分布。 鉴于搅拌摩擦加工(FSP)直接法在制备颗粒增强铝基复合材料方面所具备的短流程、高效能以及基体与增强相颗粒界面无杂质等优势,本文对目前FSP直接法制备颗粒增强铝基复合材料的最新研究现状进行了总结。主要综述了FSP制备颗粒增强铝基复合材料过程中颗粒的含量、类型及尺寸对复合材料组织与力学性能的影响,并对颗粒分布均匀性以及颗粒与铝基体的界面问题做了阐述。文章最后深入分析了当前研究中的不足之处并展望了未来的研究方向。     

TiB2-Cu基金属陶瓷高温烧蚀行为研究

为研究TiB2-Cu基金属陶瓷材料的高温烧蚀行为,采用燃烧合成与同时致密化技术(SHS/PH IP)制备了TiB2-40Cu及TiB2-40Cu-8N i金属陶瓷复合材料.利用电弧风洞试验考察了材料的抗热震和抗烧蚀性能,利用扫描电镜、电子探针及X射线衍射等方法对材料烧蚀前后的微观组织形貌及成分进行了检测.结果表明,试验模型表面均有烧蚀冲刷痕迹,TiB2-40Cu模型由于抗热震性较差,其表面有裂纹出现,TiB2-40Cu-8N i的质量烧蚀率较TiB2-40Cu的质量烧蚀率低.微观组织分析表明,TiB2-40Cu模型烧蚀面中心区域剖面附近存在沿厚度方向100μm左右的烧蚀区.TiB2-40Cu复合材料的烧蚀机理为金属相的熔化、化学烧蚀和机械剥蚀.     

Microstructure and Mechanical Behavior of Squeeze Cast SiCw/AZ91 Magnesium Matrix Composites

［1］S.Ryu, J.Kaneko and M.Suganuma: J. Japan Inst. Metals, 1997, 61, 1160. ［2］H.Hu: J. Mater. Sci., 1998, 33, 1579. ［3］B.L.Mordike, K.U.Kainer and B.Sommer: in Proc.3rd Inter. Magnesium Conf., Manchester, UK, 1996, 637. ［4］S.Kamado, T.Shikawa, T.Wada and Y.Kojima: J. Japan. Inst. Light Metal, 1996, 46, 71. ［5］M.Vedani, E.Gariboldi, G.Silva and C.Di. Gregorio: Mater. Sci. Tech., 1994, 10, 132. ［6］B.R.Henriksen and T.E.Johnsen: Mater. Sci. Tech.,1990, 6, 857. ［7］Mingyi ZHENG: Ph.D. Thesis, Harbin Institute of Technology, 1999. (in Chinese)     

TiB2-Cu 体系的自蔓延高温合成及致密化

TiB₂-Cu 系复合材料具有高强度、高导电性, 但TiB₂-Cu 体系由于润湿性较差, 制备密实TiB₂-Cu 系复合材料非常困难。本文中采用自蔓延高温燃烧合成技术研究了材料体系对合成过程中产物的特性(温度、燃烧速度及产物等) 的影响, 在此基础上采用自主开发的SHS/ QP 技术制备了致密的TiB₂-Cu 块材, 并研究了金属添加剂的影响。研究结果表明, 在体系中添加一定的金属钼或铁, 明显改善了体系的润湿性: 钼或铁的加入使产物中金属分布更加均匀, 大大降低了产物孔隙率。同时钼的加入还明显降低了晶粒尺寸。      

Characterization of the correlation between the interfaces and failure behaviors for particle reinforced Mg–Li composites

The interfacial microstructure of SiC_p or YAl_2p reinforced Mg–14Li–3Al matrix composites was comparatively characterized by scanning electron microscopy and electron probe microanalysis. A nanoindentation combined with scanning electron microscopy technique was used to characterize the interfacial mechanical properties between the reinforcements and matrix. The interfacial strength and failure behaviors for the composites were analyzed from the load–penetration curves and corresponding images. In situ tensile tests were used to observe the fracture and deformation processes with the aid of scanning electron microscopy. The results show that both the chemical and mechanical compatibilities between the YAl₂ particles and LA143 matrix are better than those between the SiC particles and LA143 matrix. The interfacial breakage load for the SiC/LA143 composite is lower than that for the YAl₂/LA143 composite because of the worse chemical and mechanical compatibilities between the ceramic particles and metal matrix. Interfacial breakage is the main failure mechanism for the SiC/LA143 composite, while the particle breakage and matrix crack are the main failure mechanism for the YAl₂/LA143 composite. These may be related to the stronger interfacial bonding between the intermetallic particles and metal matrix.     

AlNP/Al和TiB2P/Al复合材料摩擦磨损性能研究

研究了油润滑条件下两种不同铝基复合材料及其基体合金的摩擦磨损性能,分析了增强体对材料摩擦磨损性能的影响以及相应的磨损机理.结果表明:油润滑条件下,随着摩擦时间的延长,AlNP/Al复合材料的摩擦系数由小变大趋于稳定;而TiB2P/LY12复合材料的摩擦系数却是由大变小趋于稳定,这主要与其摩擦过程中形成凹坑产生润滑油膜有关.由于增强体强度的增加,50%(体积分数,下同)TiB2P/Al复合材料的摩擦系数低于50%AlNP/Al复合材料,且耐磨性优于50%AlNP/LY12复合材料.增强相的加入显著提高了材料的耐磨性,使得复合材料的抗粘着能力明显优于基体合金.     

镁基复合材料界面调控研究进展EI北大核心

界面是影响镁基复合材料综合性能的关键因素,如何进行界面调控一直是镁基复合材料的研究热点。本文围绕镁基复合材料三种界面结构类型(共格界面、半共格界面和非共格界面),针对影响界面性能的两个关键问题(界面润湿性和界面反应),综述了界面优化方案的研究进展,提出了实现良好界面结合的界面结构设计与调控准则:良好润湿性与轻微界面反应。针对镁基复合材料的界面性能提升,可以考虑添加稀土元素,起到净化界面、改善润湿性的作用;根据工程需要选择基体和增强体,得到某方面性能优异的复合材料;开发新的增强体表面涂层,充分提高界面结合能力;通过第一性原理等计算模拟方法,深入探究界面结构与界面性能之间的关系。     

一种新的MoSi2基复合材料显微结构及其对力学性能的影响

本文研究了原位生成的ＴｉＣ／ＴｉＢ_２／ＭｏＳｉ_２三相复合材料的一种新的显微结构及其对力学性能的影响,结果表明,当热压金属Ｔｉ,Ｂ_４Ｃ和ＭｏＳｉ_２的混合粉末时,在ＭｏＳｉ_２的基体内生成由ＴｉＣ和ＴｉＢ_２组成的空心粒子．其中的ＴｉＣ和ＴｉＢ_２粒子均为纳米粒子．具有此新显微结构的复合材料,强度达到４８０ＭＰａ,断裂韧性为５．２ＭＰａ·ｍ^１／２,较单相ＭｏＳｉ_２材料的力学性能有大幅度提高．     

Thermal conductivity of Cu–Zr/diamond composites produced by high temperature–high pressure method

Copper matrix composites reinforced with about 90 vol.% of diamond particles, with the addition of zirconium to copper matrix, were prepared by a high temperature–high pressure method. The Zr content was varied from 0 to 2.0 wt.% to investigate the effect on interfacial microstructure and thermal conductivity of the Cu–Zr/diamond composites. The highest thermal conductivity of 677 W m⁻¹ K⁻¹ was achieved for the composite with 1.0 wt.% Zr addition, which is 64% higher than that of the composite without Zr addition. This improvement is attributed to the formation of ZrC at the interface between copper and diamond. The variation of thermal conductivity of the composites was correlated to the evolution of interfacial microstructure with increasing Zr content.     

Microstructure and fracture toughness of nickel particle toughened alumina matrix composites

Al₂O₃-Ni composite materials have been made by a hot pressing technique. Two composite microstructures, i.e. a dispersive distribution of nickel particles and a network distribution of nickel particles in an alumina matrix, have been produced. The fracture toughness of the composite materials has been measured by a double cantilever beam method. Both composites are tougher than the virgin alumina matrix. The fracture toughness of the composite with a network microstructure is much higher and has a more desirable R-curve behaviour than the composite with a microstructure of dispersed particles. For the particulate dispersion microstructure, the main limitation to toughening is the lack of plastic deformation of the ductile nickel due to the pull out of nickel particles, indicating weak bonding at the Al₂O₃/Ni interface. For the network microstructure composite, the gauge length of the ductile phase is much larger, allowing the ductile nickel to stretch to failure between the crack faces. A large extent of nickel plastic deformation has been observed, and the weak bonding at the Al₂O₃/Ni interface can promote partial debonding and contribute further to toughening.     

Effects of Nickel Distribution on the Strengthening and Toughening of Alumina Ceramics

Three types of composite materials were designed and fabricated by hot pressing powder blends of alumina with 20 vol. pct nickel particles. The composites differ in the shape, size and distribution of the nickel particles. Composite microstructures are described and measurements of density, hardness, flexure strength, and fracture toughness are reported. The results showed that the fracture strength of the composite with dispersed nickel particles is higher than the other two composites （network microstructure and mixed microstructure） and the alumina matrix. For all the composites studied, tougher materials than the monolithic alumina were produced. The fracture toughness of the composite with a network microstructure is much higher than that of the other composites. The toughening mechanisms were described based on the observation of the fracture surfaces and the crack-particle interactions. Moreover, the parameters for microstructural tailoring of these materials have been deduced. The toughening of the produced composites was explained in light of the interracial bond strength.