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.     

新型复式连通SiC/390Al复合材料的制备和性能

以空心多孔SiC泡沫陶瓷为增强体,用挤压铸造法制备了新型复式连通双连续相SiC/390Al复合材料,研究了泡沫陶瓷骨架筋的结构对复合材料的影响,以及复合材料中的界面对力学性能的影响.结果表明,SiC空心多孔泡沫陶瓷与390Al复合后形成了复式连通双连续相复合材料,具有独特的互穿式界面结构,材料界面的结合优异.随着复合材料界面结合的加强和泡沫增强体的复合韧化,复合材料的屈服强度、压缩强度和弯曲强度明显提高,韧性显著增强.     

骨架表面改性对SiC/Al复合材料性能的影响

采用挤压铸造法制备了SiC/Al双连续相复合材料,并对增强体SiC泡沫陶瓷骨架进行了表面改性处理,研究了网络骨架的表面粗化和表面涂覆K2ZrF6对骨架和双连续相SiC/Al复合材料性能的影响.结果表明:随着粗化时间的增加,SiC陶瓷骨架表面的粗化程度增大.粗化时间为12 min时骨架表面粗化最佳,而且保持了骨架的致密结构.SiC陶瓷骨架表面粗化增加了骨架筋的表面积,加强了界面的机械结合;SiC陶瓷骨架表面涂覆K2ZrF6,提高了基体纯铝对SiC陶瓷骨架的润湿,改善了复合材料中增强体与基体间界面的结合,增强了材料的三维连续性,提高了复合材料的力学性能.骨架表面涂覆K2ZrF6的复合材料的界面结合得最好,复合材料的强度最高,为纯铝基体的5倍.     

高体分SiC颗粒增强镁基复合材料的显微组织与力学性能EI北大核心

预先对SiC颗粒增强体进行表面氧化处理,然后采用压铸浸渗法制备了体积分数为51.5%的SiCp/Mg-6Al-0.5Mn复合材料。通过压缩性能测试、扫描电镜、透射电镜等方法,研究了复合材料的显微与力学性能。结果表明,在基体Mg-6Al-0.5Mn合金掺入51.5%体积分数的SiC颗粒预制块后,复合材料的组织致密,分布均匀,其断裂方式包括界面脱开、基体韧断和增强体开裂。SiC颗粒与基体之间发生了界面反应,生成了纳米级的Mg2Si化合物。同时,适度的预氧化可以提高基体与颗粒之间的界面结合强度,从而使复合材料抗拉强度得到提高。     

不同界面SiC纤维束复合材料的拉伸力学行为

利用国产三代SiC纤维通过化学气相渗透工艺(CVI)制备不同界面厚度和基体体积分数的SiC纤维束复合材料,并对其拉伸力学行为进行研究;同时,通过有限元方法研究界面厚度和基体体积分数对SiC纤维束复合材料热残余应力的影响。有限元分析结果表明:该纤维束复合材料的界面存在较为明显的径向和环向热残余应力,而且这两种应力均随着界面厚度增加而减小,随着基体体积分数的增加而增加。拉伸实验结果表明:随着界面厚度增加SiC纤维束复合材料的拉伸强度有增大趋势,且纤维拔出长度也相应增加;但在界面厚度相同的情况下,过高的基体体积分数将导致复合材料拉伸强度和韧性下降。     

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％.     

陶瓷/树脂/纤维超混杂复合材料的界面控制

以具有不同表面状态的泡沫SiC陶瓷为基本骨架,以改性酚醛树脂为基体,加入短切高硅氧玻璃纤维制备了陶瓷/纤维/树脂超混杂复合材料,研究了界面控制对超混杂复合材料界面粘结强度的影响.结果表明,对于泡沫SiC陶瓷骨架,在表面生长多孔过渡层或表面堆积SiC颗粒等方法可提高树脂陶瓷之间界面的粘结强度.通过良好的界面控制,可显著提高复合材料的弯曲强度和弯曲模量,模量的提高比强度的提高幅度更大.偶联剂处理使高硅氧纤维与树脂基体的粘结强度增加,从而提高复合材料的弯曲强度.     

SiC泡沫陶瓷/SiCp/Al混杂复合材料的导热性能

运用挤压铸造法制备了SiC泡沫陶瓷/SiC颗粒/Al混杂复合材料,研究了温度和SiC泡沫陶瓷体积分数对复合材料热膨胀的影响.结果表明:随着温度的升高,复合材料的热容逐渐增大,热扩散系数、导热系数逐渐减小.随着增强体SiC体积分数的增大,复合材料的热容线性下降,热扩散系数和导热系数均非线性减小.由于混杂复合材料具有独特的复式双连续结构,复合材料的导热系数大于130W/(m·℃).     

WC体积分数对WC_p/Fe复合材料组织及压缩性能的影响

为研究WC体积分数对WC_p/Fe复合材料组织、界面及压缩性能的影响,采用粉末烧结法制备了不同WC体积分数的WC_p/Fe复合材料。结果表明:在不同WC体积分数的WC_p/Fe复合材料中,WC颗粒发生了不同程度的溶解,其与基体间均呈冶金结合。随着WC体积分数的增加,WC_p/Fe复合材料的界面等效宽度呈现递减趋势,当WC体积分数为50%时,界面等效宽度最小,为39.8μm;复合材料的压缩强度呈先增大后减小趋势,当WC体积分数达到45%时,压缩强度达到最大值;复合材料的断裂方式由准解理断裂逐渐转向纯解理断裂,当WC体积分数达到50%时,WC_p/Fe复合材料的断裂方式为纯解理断裂。     

T6热处理对复式连通双连续相SiC/Al复合材料性能的影响

研究了T6热处理(固溶处理 时效)对复式连通双连续相SiC/A1复合材料的组织和压缩性能的影响.结果表明,经T6热处理后,复合材料基体中第二相共晶硅从粗大的针状变成了细小的粒状,增强了弥散强化效果,时效析出相Mg2Si强化了基体;界面附近的基体中残余应力增大,使复合材料的压缩强度显著提高,材料的弹性模量和塑性稍稍降低.随着固溶时间的延长,复合材料的压缩强度先升高后降低.其影响机制是,随着固溶时间的延长共晶硅扩散充分,球化完全,继而粗化长大,从而提高了弥散强化效果.随着时效时间的延长,材料中的残余应力减小,位错密度降低,时效强化相Mg2Si的强化能力减弱,使复合材料的压缩强度降低.     

原位合成MoSi_2-SiC复合材料700℃的氧化行为

研究了不同SiC体积分数原位合成MoSi2-SiC复合材料在700℃空气中1000h的长期氧化行为。结果表明:复合材料氧化1000h后,均未发生pest现象。复合材料的氧化抗力明显好于单一MoSi2,原位合成复合材料的氧化抗力好于传统的热压商用MoSi2粉末和SiC粉末混合物制备的复合材料(外加复合材料)。复合材料氧化膜相组成仅为非晶SiO2,材料的氧化过程主要是O2与MoSi2的作用,SiC未发生氧化。材料在700℃下仍发生硅、钼的同时氧化,因MoO3的挥发较快没有晶须形成,因而在材料表面快速形成一薄层连续、致密的非晶SiO2保护膜,使材料表现出优异的长期抗氧化性。     

“CVI+压力PIP”混合工艺制备低成本 C/SiC复合材料

以低成本填料改性有机硅浸渍剂作为先驱体,采用"化学气相渗透法+压力先驱体浸渍裂解法"(CVI+P-PIP)混合工艺制备了低成本C/SiC陶瓷复合材料.研究了浸渍剂裂解机理,探讨了界面涂层对复合材料性能的影响.结果表明,填料改性有机硅浸渍剂裂解产物结构致密、陶瓷产率高;压力可提高填料改性有机硅浸渍剂的致密效率.混合工艺充分利用沉积SiC基体和裂解SiC基体的致密化特点,有效缩短了制备周期.C/SiC/C三层界面不仅可降低纤维/基体之间结合强度界面,提高了复合材料韧性;而且减缓了氧化性气体扩散到碳纤维表面的速度,改善了复合材料的抗氧化性能.复合材料的抗弯强度达到455MPa,断裂韧性达到15.7MPa·m-1/2.在1300℃空气中氧化3h,复合材料失重仅8.5%.     

增强体颗粒预氧化对AlCuMgAg基复合材料强度与韧性影响

预先对增强体颗粒进行表面氧化处理,然后采用压铸浸渗法制备了体积分数为50％的SiC颗粒增强AlCuMgAg基复合材料。通过力学性能测试与扫描电镜观察,研究了SiC颗粒表面氧化处理对复合材料抗拉强度与韧性的影响。结果表明,适度的预氧化可以提高基体与颗粒之间的界面结合强度,使复合材料抗拉强度得到提高,但其韧性稍有下降。     

SiCf/TC17复合材料界面剪切强度测试与有限元分析

界面强度对钛基复合材料的性能有重要影响。采用纤维顶出实验(push-outtest)对连续SiC纤维增强TC17复合材料的界面剪切强度进行了测试,采用SEM观察了样品的形貌。以纤维/基体完全分离后的摩擦力为出发点,采用有限元方法确定了复合材料成型过程中残余应力的产生温度,并计算了残余应力的分布,比较了顶出实验样品制备前后残余应力的变化情况及样品厚度、体积分数对残余应力分布的影响;采用内聚力模型(CZM)分析了界面的化学结合强度。结果表明:SiCf/TC17复合材料高温成型后的冷却过程中开始产生残余应力的温度为775℃;顶出实验样品制备后界面处生成了残余剪切应力,其大小和分布与样品的体积分数和厚度相关,界面处的残余剪切应力造成了界面剪切强度的测试结果与界面化学结合强度的差异;室温下SiCf/TC17复合材料的界面化学结合强度约为450MPa。     

陶瓷/纤维/树脂超混杂复合材料的力学性能

以泡沫SiC陶瓷为基本骨架,以改性酚醛树脂为基体,加入短切高硅氧玻璃纤维制备出陶瓷/纤维/树脂超混杂复合材料(SHCM),研究了泡沫陶瓷骨架和高硅氧纤维对材料力学性能的影响.结果表明,泡沫陶瓷骨架有利于材料的刚度和尺寸稳定性提高.加入泡沫陶瓷骨架后,纤维/树脂/陶瓷超混杂复合材料的压缩强度和压缩模量增大,随着泡沫陶瓷骨架含量的提高,弯曲模量大幅度提高而弯曲强度略有下降;随着高硅氧纤维含量的提高,材料的弯曲强度及弯曲模量均明显提高.     

Ca含量对SiC/Al泡沫复合材料性能和结构的影响

研究了SiC颗粒增强铝基（SiC/Al）复合材料中Ca含量对SiC分散性的影响以及Ca含量对注气法制备的SiC/Al泡沫复合材料的压缩性能和结构的影响。首先,制备不同Ca含量的SiC/Al复合材料,用来制备SiC/Al泡沫复合材料的基本材料,并对不同Ca含量的SiC/Al泡沫复合材料进行压缩实验;然后,利用OM、SEM和XRD研究了SiC/Al复合材料及泡沫结构中Ca含量对SiC分散性的影响。结果表明:Ca的加入会明显影响SiC/Al复合材料中SiC的分布,且存在Ca含量临界值。当Ca含量小于1.5wt%时,SiC在基体中分布较均匀;当Ca含量达到或超过1.5wt%时,熔体中生成一种富含Al、Ca和Si的金属间化合物Ca₂Al₄Si₃,且其体积分数和尺寸随Ca含量的提高而显著增大,SiC集聚在这些金属间化合物区域内及其边界上而影响SiC分布的均匀性。压缩实验表明,SiC/Al泡沫复合材料压缩应力-应变曲线的平台应力和抗压屈服强度随着Ca含量的增加有提高的趋势。相应的SiC/Al泡沫复合材料的胞壁厚度随着Ca含量的提高明显增加,这不仅与金属间化合物的形成提高了熔体黏度相关,更可能是与金属间化合物在熔体中尺寸随Ca含量提高而明显增大相关。      

SiC泡沫／Al双连续相复合材料连续性的研究

运用挤压铸造法制备了SiC泡沫／Al双连续性复合材料，研究了SiC泡沫、复合压力和合金成分对复合材料连续性的影响。结果表明，SiC泡沫陶瓷的加入阻碍了基体合金流动，降低了复合材料的连续性。随着复合压力的增加，复合材料的连续性逐渐增强，当压力为150MPa时，复合材料的连续性最好。随着含硅量的增加，基体合金的热膨胀系数逐渐降低，基体和增强体之间的热膨胀匹配增强，复合材料中残余应力降低，复合材料的连续性增强。     

包套热挤压SiCp/6066铝基复合材料断裂机制和强化机制的研究

采用包套热挤压工艺制备了不同体积分数SiC颗粒增强的6066铝基复合材料,结合其断口形貌及微观组织,分析了材料的断裂机制及抗拉强度和屈服强度随SiC增强颗粒体积分数变化的规律.结果表明,材料的断裂机制为颗粒与基体间的界面脱粘以及SiC团聚体的脆性开裂.当SiC颗粒的体积分数小于12%时,随着SiC颗粒增强相的增加,SiCp/6066铝基复合材料的抗拉强度和屈服强度增加.当SiC颗粒的体积分数大于12%时,材料的强度增加减缓或略有下降,其主要强化机制是位错强化和弥散强化.     

高体积分数SiCp/A356复合材料的显微组织和电导率

铝基复合材料在电子封装领域存在着潜在的应用前景。为获得高体积分数的铝基复合材料,利用压力浸渗法制备了高体积分数SiC颗粒增强A356复合材料(SiC_p/A356),通过金相显微镜、XRD、SEM和EDS等分析手段对其物相、显微结构和电导率进行了表征。结果表明:用该方法制备的SiC_p/A356复合材料组织致密,颗粒分布均匀,界面结合性能较好;SiC增强颗粒与A356基体界面反应控制良好,仅有少量Al4C3脆性相生成。SiC粉体经颗粒表面氧化处理在其表面生成一层SiO_2薄膜,虽抑制了界面反应的发生,但也使复合材料的收缩减小,电阻率增大,导电性能变差。     

纳米SiC陶瓷颗粒增强35CrMo基复合材料的工艺及耐磨损性能研究EI北大核心

为了提高钻具的耐磨性,采用热压法制备了纳米SiC陶瓷颗粒增强35CrMo基复合材料。采用OPM和SEM分析了所得SiC/35CrMo复合材料的金相组织和显微结构,测试了SiC/35CrMo复合材料的密度、硬度及摩擦磨损性能。结果表明:纳米SiC陶瓷颗粒可以显著提高35CrMo基体材料的硬度及耐磨损性能;在SiC陶瓷颗粒质量分数为2%,压强为80MPa,热压温度为1050℃,保温2h的热压条件下,所得SiC/35CrMo复合材料的硬度比热轧态35CrMo提高了15.4%,其在油润滑介质中与套管常用钢J55对偶盘连续摩擦300次后的体积磨损率仅为0.025%。