用改性纳米SiC粉体强化灰铸铁的性能

研究了不同含量的改性纳米SiC粉体对灰铸铁显微组织、力学性能及耐磨性能的影响。结果表明：与原灰铸铁材料相比，经改性纳米SiC粉体强化处理后的灰铸铁组织明显细化，珠光体含量增加，力学性能、耐磨性能明显提高，当纳米SiC粉体含量为0．1％时，强化材料的性能提高最大，其抗拉强度提高了22．7％，硬度增加了9．3％。     

SiC薄膜制备MEMS结构

采用PECVD方法制备了无定形SiC薄膜,在此基础上,以SiC为结构层,利用传统的表面硅牺牲层工艺制作了电容式谐振器以及薄膜残余应力的在片检测结构。对SiC的MEMS结构进一步进行了长时间的腐蚀,以获得SiC材料的腐蚀特性。对SiC材料的力学特性进行了研究。深入探讨了退火工艺、薄膜硅碳原子比对SiC薄膜力学特性的影响,同时对薄膜硅碳原子比与制备工艺参数(包括硅烷、甲烷流量)之间的关系进行了实验研究。     

光斑及线重合度对飞秒激光环形刻蚀SiC/SiC复合材料的影响

采用飞秒激光对SiC/SiC复合材料进行环形扫描刻蚀去除试验,分析脉冲能量、光斑重合度及线重合度对加工区域材料残留及环形凹槽外轮廓的影响。结果表明：光斑重合度、线重合度和脉冲能量显著影响光束扫描面积内的能量密度,材料去除量随扫描能量密度的增大而增大。在较小光斑重合度和线重合度条件下,即能量密度较小时,刻蚀槽外轮廓呈现锯齿状,且扫描轨迹间有较多材料残留。随着光斑重合度和线重合度的增大,外轮廓及底面趋于光滑。     

轻型反射镜镜体结构参数的分析

从理论上计算了空间遥感相机常用的四种镜体材料—ULE、Zerodur、铍(Be)和碳化硅(SiC)的结构参数。根据计算结果比较了这几种材料的性能,最后比较了两种轻型反射镜结构—对称夹心结构和底面开口结构。理论计算表明:SiC是较优异的空间用反射镜材料,对称夹心结构是较理想的镜体结构。根据理论计算所得结构参数并结合实际制作了直径为500 mm的对称夹心结构碳化硅质轻型镜体。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的制备及性能

利用粉末冶金法制备出了SiC颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al),研究了SiC颗粒添加量对复合材料布氏硬度、抗拉强度及显微结构的影响。结果表明:SiC颗粒在基体材料中分布均匀,界面清晰;SiCp/Al复合材料的硬度与抗拉强度随SiC颗粒含量的增加先升高后降低,在SiC颗粒添加量为7 Wt%时,硬度与抗拉强度达到最大值,分别为89.4HBS与311MPa。     

光固化树脂结合剂SiC晶须砂轮初探

SiC晶须因其具有高强度、高弹性模量、高耐磨性及好的相容性等优良的机械与物理化学特性,广泛地用作金属、陶瓷、聚合物及复合材料的增强增韧材料。然而把SiC晶须作为磨粒来制作砂轮,国内外对此研究较少。本文采用了紫外光固化快速成型技术制作超薄型晶须砂轮,研究了紫外光辐照度的变化对晶须砂轮强度产生的影响,以及静电场的作用对晶须定向排列的影响。此外,本文还进行了光固化树脂结合剂晶须砂轮的切割试验。拉伸试验表明,随着紫外光辐照亮的增强,试件的拉伸强度和抗弯曲强度得到了不同程度的提高;初步的切割试验表明,SiC晶须砂轮可以实现对玻璃和硅片等不同材料的切割。     

超轻量化SiC反射镜的制备及性能

采用真空辅助凝胶注模和反应烧结法制备了面密度分别为9.35和11.7kg/m2,直径分别为200和500mm的两块超轻量化SiC反射镜,检测了反射镜的主要性能。结果显示:由于在真空环境下浇注,坯体没有宏观缺陷。材料中细小SiC颗粒的存在使材料具有相对较高的抗弯强度(335 MPa)和断裂韧性(4.5 MPa·m12)。此外,反射镜材料金相组织中未出现明显的SiC颗粒定向排列,具有较好的各向同性度:不同方向热膨胀系数差异小于3%,模量差异为1.3%。镜坯经过光学加工后面形误差(RMS值)为0.043λ(λ=632.8nm),表面粗糙度(Ra值)优于5nm。实验表明,真空辅助凝胶注模成型结合反应烧结工艺制备的超轻量化SiC反射镜各方面性能良好,适用于制备空间相机用反射镜。     

纳米SiC对半金属摩擦材料性能的影响

通过对比试验,研究纳米SiC对半金属摩擦材料性能的影响。试验表明,在半金属材料中,用纳米SiC代替普通的SiC粉体,摩阻材料的摩擦系数并没有明显的改善,而磨损率却大大地增加。借助扫描电镜(SEM)对混合粉体和摩擦表面的观察以及试验数据的分析,找到引起磨损增大的原因。     

采用原位反应法在石墨坩埚表面制备SiC涂层

通过原位反应在石墨坩埚切片表面成功制备了SiC涂层,并对其进行了循环热氧化试验,研究了SiC涂层的形成机理以及烧结温度和时间对涂层厚度的影响,并评价了涂层对提高石墨抗热氧化性及抗热冲击性的作用。结果表明:原位反应制备的SiC涂层厚度较为均匀;不同温度下的原位反应由不同的动力学过程控制;当温度接近硅熔点时,长时间加热能显著增加SiC涂层的厚度;烧结温度越高,SiC涂层的厚度越大;石墨表面的SiC涂层能够提高石墨基体的抗热氧化及抗热冲击性,且涂层厚度越大,作用越显著。     

Ti3SiC2替代石墨对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

Ti3SiC2作为一种新型的金属陶瓷材料，具有良好的导热性、耐腐蚀性与高温抗氧化性。探究在动车组粉末冶金闸片中应用Ti3SiC2替代石墨作为润滑相对摩擦材料性能的影响。在粉末冶金闸片摩擦材料中加入不同含量的Ti3SiC2替代石墨，观察摩擦表面氧化膜的变化，分析Ti3SiC2加入量对摩擦材料力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明：随着Ti3SiC2替代石墨加入量的增加，摩擦材料的剪切强度逐渐提高，使用Ti3SiC2替代全部石墨（质量分数18%）时，剪切强度提高了6倍；在350 km/h高速制动时，摩擦表面形成了氧化膜，随着Ti3SiC2加入量的增加，氧化膜的覆盖面积不断增大并呈现连续分布状态；当Ti3SiC2质量分数大于9%后，在高速制动时摩擦材料的摩擦磨损量和摩擦因数明显降低，Ti3SiC2替代全部石墨后摩擦因数降低了36.8%，摩擦磨损量降低了67.5%。     

碳化硅轻型反射镜技术

给出了常用的轻质材料,对比分析了碳化硅的材料特性。介绍了碳化硅反射镜制造中的几个关键技术,包括RB碳化硅反射镜毛坯制造,SiC涂层技术和SiC反射镜的加工技术。     

环境对大口径SiC轻量化主镜视宁度的影响

由于地基大口径望远镜主镜视宁度与望远镜系统成像质量相关,本文研究了环境对主镜视宁度的影响。理论分析了影响主镜视宁度大小的因素,得出主镜视宁度会随主镜表面和环境之间温差的增大而增大的结论。利用有限元法分析了自然对流和吹风条件下主镜的温度变化和温度分布;最后通过相应工况条件下2mSiC轻量化主镜的温度测试实验对仿真分析结果进行了验证。实验结果显示:在初始温差为6℃的无风自然对流情况下,主镜与环境达到温度平衡约需4h;而在初始温差为8℃的吹风情况下,主镜与环境达到热平衡仅需1.5h。分析和实验结果表明:采用强迫对流热控措施可快速而有效地将主镜视宁度控制在合理的范围内,可获得更多的望远镜观测时间,同时保证大口径望远镜系统的成像质量。     

Multi-discharge EDM coring of single crystal SiC ingot by electrostatic induction feeding method

A new technique of EDM coring of single crystal silicon carbide (SiC) ingot was proposed in this paper. Currently single crystal SiC devices are still of high cost due to the high cost of bulk crystal SiC material and the difficulty in the fabrication process of SiC. In the manufacturing process of SiC ingot/wafer, localized cracks or defects occasionally occur due to thermal or mechanical causes resulted from fabrication processes which may waste the whole piece of material. To save the part of ingot without defects and maximize the material utilization, the authors proposed EDM coring method to cut out a no defect ingot from a larger diameter ingot which has localized defects. A special experimental setup was developed for EDM coring of SiC ingot in this study and its feasibility and machining performance were investigated. Meanwhile, in order to improve the machining rate, a novel multi-discharge EDM coring method by electrostatic induction feeding was established, which can realize multiple discharges in single pulse duration. Experimental results make it clear that EDM coring of SiC ingot can be carried out stably using the developed experimental setup. Taking advantage of the newly developed multi-discharge EDM method, both the machining speed and surface integrity can be improved.     

固着磨料加工碳化硅反射镜的实验

考虑固着磨料加工工艺其固着磨料与工件相对运动关系固定,有利于精确加工,提出了采用该工艺加工碳化硅反射镜的方法,利用大颗粒金刚石磨料快速加工出了较好的镜面质量.在工艺实验中,分别测得了W7,W5,W3.5,W1.5 固着磨料丸片在特定转速和压力下对碳化硅材料的去除特性.对多组去除量曲线的分析表明,此工艺不仅有着较高的去除率,而且稳定性良好.对表面粗糙度测量的结果表明,使用W7丸片即可获得粗糙度为42.758 am rms的镜面.减小所用丸片的粒度,工件表面粗糙度随之减小,使用WI.5丸片抛光后,最终获得了粗糙度为1.591 nm rms的光滑镜面.实验结果表明,固着磨料加工碳化硅反射镜工艺在粗研、精研、粗抛等加工阶段内可以取代传统的散粒磨料加工工艺.     

固着磨料加工碳化硅反射镜的初步实验研究

本文采用了一种有别于传统的加工碳化硅反射镜的工艺---固着磨料加工工艺。此工艺不但可以利用大颗粒金刚石磨料快速加工出较好的镜面质量,而且由于其固着磨料与工件相对运动关系固定,有利于精确加工。在工艺实验中,分别测得了W7,W5,W3.5,W1.5固着磨料丸片在特定转速和压力下对碳化硅材料的去除特性。通过多组去除量曲线,我们得出此工艺不仅有着较高的去除率,而且其稳定性非常良好。另外在表面粗糙度结果方面,最初使用W7丸片获得了粗糙度为42.758nm rms的镜面。我们不断减小所用丸片的粒度,工件表面粗糙度随之减小。在使用W1.5丸片抛光后,最终获得了粗糙度为1.591nm rms的光滑镜面。实验结果表明,固着磨料加工碳化硅反射镜工艺在某些加工阶段内可以取代传统的散粒磨料加工工艺,有着良好的应用前景。     

第一切削变形区中SiC增强相的重定向研究

介绍了切削SiC非连续增强铝基复合材料时第一切削变形区的材料变形情况,推导了SiC增强相的转角公式,并用试验结果验证了SiC增强相的重定向现象。结果表明,第一切削变形区中的SiC增强相发生了重新定向运动,转向了铝基体的纤维化方向,转角大小会因SiC增强相在第一切削变形区中的具体位置和原位向的不同而存在差异。SiC增强相重定向后并不与剪切面重合,而是成一定角度。第一切削变形区的宽度与切削铝基体材料相比要大。     

空间用碳化硅反射镜的设计制造与测试

碳化硅由于其优异的机械性能和热物理性能而成为颇具吸引力的反射镜材料。采用反应烧结碳化硅(RB-SiC)材料制备了空间用反射镜体,用化学气相沉积(CVD)工艺在镜体镜面沉积一层致密的碳化硅薄膜,反射镜采用蜂窝状背面开放式轻量化结构。对直径为250 mm反射镜的组织、性能做了一系列研究测试。结果表明:反射镜体为Si/SiC两相组织,薄膜为单相SiC,反射镜的机械、热性能优异,薄膜与基体结合强度为345.5 MPa,研磨后镜面表面粗糙度达到1.487 nm rms。采用本文工艺方法有能力制备米级直径的空间用碳化硅反射镜。     

大尺寸轻型碳化硅质镜体的制造与材料性能测试

利用凝胶注模(gel-casting)成型工艺制备了620 mm和700 mm×300 mm的碳化硅(SiC)轻型反射镜素坯,经过脱模、干燥、脱脂和反应烧结等工艺,制备了反应烧结SiC(RB-SiC)镜体。镜体经过加工和测试,结果表明:制备的RB-SiC内部结构均匀致密;力学性能和热学性能优异,抗弯强度、断裂韧性和热膨胀系数分别达到了350 MPa、 4.1 MPa·m^1/2和2.67×10^－6/K;镜体经抛光后的表面粗糙度RMS值可优于3 nm,适合用于制备空间用大尺寸轻型反射镜。     

4mSiC轻量化主镜的主动支撑系统

针对4 m光电望远镜中SiC轻量化主镜比刚度大,面形精度要求高的特点,提出采用液压whiffletree被动支撑并联力促动器主动支撑的轴向液压主动支撑方案。液压被动支撑承担镜重,主动支撑仅输出校正主镜面形误差所需的主动校正力,从而减小主动支撑元件力促动器的作用力范围,提高主动校正力精度。借助于有限元法完成了轴向和侧向支撑系统的优化,确定了轴向54点和侧向24点等间距等力（β=0.5）支撑系统设计。当仅有被动支撑作用时,主镜水平和竖直状态下重力引起的镜面变形误差RMS值分别为37.8 nm和82.9 nm。采用主动校正后,主镜水平和竖直状态下的镜面变形误差RMS分别减小到12.0 nm和9.8 nm。不同俯仰角下主镜的镜面变形均能满足面形误差RMS不大于λ/30（λ=632.8 nm）的指标要求。     

C/SiC复合材料组织对磨削力与加工表面质量的影响

采用树脂结合剂金刚石砂轮对C/SiC复合材料与SiC陶瓷进行了平面磨削加工试验,通过对比两种材料的磨削力及磨削加工表面质量,分析了C/SiC复合材料组织与其磨削加工特性的 关系。研究结果表明,C/SiC复合材料中碳纤维及SiC基体皆以脆性断裂方式实现材料去除;与SiC陶瓷的加工表面(其表面粗糙度值Ra为0.2~0.3μm)相比,C/SiC复合材料磨削时由于碳纤维层状断裂、拔出及其与SiC非同步去除现象导致其加工表面粗糙度值较高, Ra为0.8~1.0μm;C/SiC复合材料磨削力较小,是相同工艺参数下SiC陶瓷材料磨削力的35%~76%。