碳纳米管-ZrB2-SiC陶瓷基复合材料的制备与性能研究

研究了用热压烧结方法制备的不同碳纳米管(CNTs)含量的ZrB₂-SiC- xwt% CNTs (x=0、1.0、2.5、4.0) 复合材料的工艺条件、力学性能和微观结构. 用TEM观察了试样的微观结构, 用SEM观察了试样断口形貌和裂纹扩展情况, 并对其强韧化机制进行了分析. 研究表明, 碳纳米管主要分布沉积在ZrB2颗粒内部, 形成内晶型结构, 在CNTs含量为2.5%时, 相对密度、维氏硬度和弯曲强度分别为99.6%、21.7GPa和542MPa, 断裂韧性达到6.10MPa·m^1/2. 碳纳米管加入后材料致密性提高、晶粒细化,所形成的内晶型结构是材料强度和韧性得以提高的原因.     

碳纳米管-ZrB2-SiC陶瓷基复合材料的制备与性能研究

研究了用热压烧结方法制备的不同碳纳米管(CNTs)含量的ZrB₂-SiC- xwt% CNTs (x=0、1.0、2.5、4.0) 复合材料的工艺条件、力学性能和微观结构. 用TEM观察了试样的微观结构, 用SEM观察了试样断口形貌和裂纹扩展情况, 并对其强韧化机制进行了分析. 研究表明, 碳纳米管主要分布沉积在ZrB2颗粒内部, 形成内晶型结构, 在CNTs含量为2.5%时, 相对密度、维氏硬度和弯曲强度分别为99.6%、21.7GPa和542MPa, 断裂韧性达到6.10MPa·m^1/2. 碳纳米管加入后材料致密性提高、晶粒细化,所形成的内晶型结构是材料强度和韧性得以提高的原因.     

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%.     

添加TiB2对Ti-B-C复相陶瓷性能的影响

在1800℃,35MPa的条件下热压烧结B4C/Ti(摩尔比1:3),得到了TiB2/TiC陶瓷材料.材料的弯曲强度和断裂韧性分别为454MPa和8.4MPa·m1/2.当材料中添加不同含量的TiB2时,发现显微结构中有棒晶出现,经X射线分析为TiB2.添加5%(体积比)TiB2时,复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别高达540MPa和10.8MPa·m1/2;而添加20%TiB2时,复合材料的弯曲强度和断裂韧性下降到357MPa和8.19MPa·m1/2.经扫描电镜观察,添加5%TiB2的材料中棒晶数量明显,长度在10～40μm,气孔较少;而20%TiB2材料中的棒晶发育不充分,数量较少,并且存在大量的气孔.这说明一定数量的添加剂可以促进棒晶的生长和发育.原位形成的棒晶,使材料起到了自增韧的效果,大幅度提高了复合材料的力学性能。     

原位合成TiB2-TiC0.8-SiC复相陶瓷的微观组织与性能研究

利用热压烧结方法原位合成了TiB2-TiC0.8-SiC复相陶瓷。通过光学显微镜(OM)、X射线衍射分析仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料物相组成和微观结构进行表征。研究了热压条件下烧结温度对材料物相组成、结构及力学性能的影响。结果表明:烧结温度在1700-1950℃范围内,随着温度的升高,材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性都有显著改善。烧结温度为1900℃可得到完全致密的原位合成TiB2-TiC0.8-SiC复相陶瓷,材料的晶粒发育比较完善,条状TiB2和块状TiC0.8晶粒清晰可见。复合材料的维氏硬度、断裂韧性和弯曲强度分别达到23.6 GPa,(7.0±1.0)MPa.m1/2和470.9 MPa。当温度达到1950℃时,由于增强相TiB2晶粒长大,材料的强度降低。TiB2、TiC0.8与SiC颗粒协同,通过裂纹偏转、晶粒拔出、晶粒细化等机制对复合材料起到颗粒增强增韧的作用。     

二次热压烧结对燃烧合成TiB2-Cu-Ni复合材料组织及性能的影响

采用自蔓延高温燃烧合成技术制备了相对密度为90%左右的TiB2-40Cu-8Ni金属-陶瓷复合材料.为了进一步提高复合材料的力学性能,分别在1 200,1 250,1 300℃温度下对复合材料进行二次热压烧结,详细研究了TiB2-40Cu-8Ni复合材料液-固两相区间的变形行为、组织特征及力学性能的变化.结果表明:经过二次热压后,材料的相对密度和弯曲强度有了较大幅度的提高,在1 300℃时,材料的相对密度提高了5%,弯曲强度达到608 MPa.复合材料中TiB2颗粒的形貌也发生了改变,大部分由原来的等轴状转变为长棒状,同时根据TiB2晶体结构特征,分析了复合材料中TiB2的晶体学上的生长机制.     

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。     

SiCp-WSi2/MoSi2复合材料的室温力学性能

为了提高MoSi2的室温断裂韧性,将Si、Mo、W和C四种粉末混合后通过"原位反应热压"一次热压工艺制备了两种不同体积配比的SiCp-WSi2/MoSi2复合材料试样,测定了复合材料试样和纯MoSi2试样的室温.断裂韧性(KIC)与显微硬度(HV);采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等方法研究了该工艺下试样的结构、组织以及断口形貌与断裂韧性问的相互关系.结果表明,SiC的复合化和W元素的合金化能使SiCp-WSi2/MoSi2复合材料晶粒细化,硬度、室温断裂韧性比纯MoSi2明显提高,断裂韧性最高值达5.88 MPa·m1/2.并对复合材料的硬化、韧化机理分别进行了分析.     

多壁碳纳米管强韧化Fe_3Al复合材料

研究了用放电等离子体烧结(SPS)方法制备了不同含量(1vol%、3vol%、5vol%、7vol%)的多壁碳纳米管(MWNTs)强韧化Fe3Al金属间化合物基复合材料的力学性能和微观结构.用X射线衍射和TEM、SEM测定其物相组成和显微结构,利用万能材料试验机对其力学性能进行测试,并对其强韧化机制进行分析.研究表明,多壁碳纳米管在烧结过程中被完整保存下来;在MWNTs含量为3vol%时,复合材料的室温断裂韧性和压缩屈服强度分别为40MPa·m1/2、3175MPa.复合材料强韧化的主要机制是碳纳米管的拔出和桥联。     

放电等离子合成Ti3AlC2/TiB2复合材料的制备及性能研究

采用放电等离子烧结方法研究了Ti3AlC2/TiB2复合材料的制备和不同TiB2含量(体积百分数)对Ti3AlC2/TiB2性能的影响.研究表明,在1 250℃,30 MPa压力和保温8 min条件下烧结,可以得到相对密度达98%以上的致密Ti3AlC2/TiB2块体材料;在Ti3AlC2中添加TiB2能大幅度提高材料的硬度;Ti3AlC2/TiB2维氏硬度达到10.39 GPa,电导率达到3.7×106 S·m-1当TiB2含量为10%时,抗弯强度为696 MPa,断裂韧性为6.6 MPa·m1/2,但当TiB2含量继续增加时,由于TiB2的团聚和TiB2抑制Ti3AlC2晶体的生长导致了材料的抗弯强度和断裂韧性的下降.     

B4C-TiB2复相陶瓷的强韧化研究

采用热压烧结工艺，制备Ｂ４Ｃ－ＴｉＢ２复相陶瓷。结果表明，复相陶瓷的抗弯强度，断裂韧性和显向硬度受第二相ＴｉＢ２颗粒的影响，其中Ｂ４Ｃ－３０ｖｏｌ％ＴｉＢ２材料的弯曲强度为７２５ＭＰａ，比单体Ｂ４Ｃ提高６５％，Ｂ４Ｃ－４５ｖｏｌ＾ＴｉＢ２材料的断裂韧性为６．７ＭＰａ．ｍ＾１／２，比单体Ｂ４Ｃ提高８４％，由Ｂ４Ｃ基体和ＴｉＢ２颗粒热膨胀系数不匹配导致的残余应国是Ｂ４Ｃ－Ｔdisplay status     

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／ＴｉＢ２／ＭｏＳｉ２三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,Ｂ４Ｃ和ＭｏＳｉ２的混合粉末时,在ＭｏＳｉ２的基体内生成由ＴｉＣ和ＴｉＢ２组成的空心粒子。     

TiC-TiB2/Cu复合材料的自蔓延高温合成研究

采用SHS/PHIP工艺制备了TiC-TiB2/Cu复合材料,通过实验研究了该系列复合材料的微观结构特征和力学性能.结果表明,TiC-TiB2/Cu复合材料中只有TiC、TiB2和Cu相存在;随着Cu含量的增加,燃烧温度下降,材料的颗粒尺寸变小;TiC-TiB2/Cu复合材料的相对密度、抗弯强度和断裂韧性均随Cu含量的增加呈先增后减趋势,当Cu含量为20%时强度最高为580MPa,Cu含量为40%时韧性最高为8.1MPa.m1/2.     

Properties of carbon nano-tubes–Cf/SiC composite by precursor infiltration and pyrolysis process

Carbon nanotubes (CNTs) were introduced into the precursor infiltration and pyrolysis (PIP) carbon fiber reinforced silicon carbide matrix (C_f/SiC) composite via the infiltration slurry. The weight fraction of CNTs in the composite was 0.765‰. The fiber–matrix interface coating was prepared through chemical vapor deposition (CVD) process using methyltrichlorosilane (MTS). Effects of the CNTs on mechanical and thermal properties of the composite were evaluated by three-point bending test, single-edge notched beam (SENB) test, and laser flash method. Attributed to the introduction of the small quantity of CNTs, flexural strength and fracture toughness of the C_f/SiC composite both increased by 25%, and thermal conductivity at room temperature increased by 30%.     

纤维类型对纤维增强SiC基复合材料性能的影响

对比了采用先驱体浸渍法制备的三种不同纤维增强SiC基复合材料的性能差异,并从材料的微观结构特征入手分析了差异产生的原因。通过研究发现,采用Hi-Nicalon纤维增强的SiC基复合材料具有较好的性能,单向复合材料弯曲强度达到703.6 MPa, 断裂韧性达到23.1 MPa·m1/2;采用国产吉林碳纤维(JC)制备的SiC基复合材料也具有较好的性能,弯曲强度为501.1 MPa,断裂韧性为13.8 MPa·m1/2。      

Al2O3-ZrO2复相陶瓷压缩变形织构及其对组织性能的影响

采用真空热压烧结法制备了3Y-ZrO2/Al2O3细晶复相陶瓷,对其致密块料进行了高温压缩变形,分析了材料变形前后的显微组织和力学性能.结果显示,XRD及X射线极图显示压缩变形后的陶瓷材料具有明显的织构特征,最大织构强度达到7.3.织构化陶瓷的弯曲强度,断裂韧性和维氏硬度值随应变量的增加呈逐步增大的趋势,最大值分别为933.8MPa,10.4MPa·m1/2和20.4GPa.当真应变很高(1.72)时,力学性能呈现一定幅度的降低趋势.分析表明织构化可以大幅提高材料的力学性能,同时极高变形量下形成的粗化晶粒和大尺寸空洞又导致力学性能的降低.     

Microstructure–mechanical properties relations in SiC–TiB2 composite

Densification and mechanical properties (fracture toughness, flexural strength and hardness) of SiC–TiB₂ composite were studied. Pressureless sintering experiments were carried out on samples containing 0–50 vol% of TiB₂ created by in situ reaction between TiO₂, B₄C and carbon. Al₂O₃ and Y₂O₃ were used as sintering additives to create liquid phase and promote densification at sintering temperature of 1940 °C. The sintered samples were subsequently heat treated at 1970 °C. It was found that the presence of TiB₂ serves as an effective obstacle to SiC grain growth as well as crack propagation thus increasing both strength and fracture toughness of sintered SiC–TiB₂ composite. The subsequent heat treatment of sintered samples promoted the elongation of SiC matrix and further improved mechanical properties of the composite. The best mechanical properties were measured in heat-treated samples containing 12–24 vol% TiB₂. The maximum flexural strength of ∼600 MPa was obtained in samples with 12 vol% TiB₂ whereas the maximum fracture toughness of 6.6 MPa m^1/2 was obtained in samples with 24 vol% TiB₂. Typical microstructures of samples with the mentioned volume fractions of TiB₂ consist of TiB₂ particles (<5 μm) uniformly dispersed in a matrix of elongated SiC plates.     

Influence of the modification with MWCNT on the interlaminar fracture properties of long carbon fiber composites

This paper reports the processing of a carbon fiber reinforced epoxy composite with carbon nanotube integration and examines the potential improvement on the interlaminar toughness. Carbon nanotube enhanced composites were fabricated by spreading a solution of reinforcing nanoparticles between prepreg layers with the aid of an airbrush. The influence of MWCNTs incorporation has been studied by the End Notched Flexure (ENF) test by means of a new test methodology named “Beam Theory including Bending Rotation effects” (BTBR) proposed recently. This method allows the determination of the critical energy release rate at each point of the test when stable crack advance occurs, obtaining the R-curve. A maximum increase of 22% in initiation fracture toughness was observed in the samples with functionalized CNTs. Moreover, the propagation fracture toughness increased 14%.     

热压烧结TiB2陶瓷的显微结构和力学性能研究

以Ｙ２Ｏ３－Ａｌ２Ｏ３为烧结助剂,通过热压制备了ＴｉＢ２陶瓷,研究了烧结温度,烧结时间和晶化处理对材料的显微结构和力学性能的影响。实验结果表明,随着烧结温度的升高,烧结体失重增加,其抗弯强度和断裂韧性降低,烧结时间延长,其显微结构的均匀性降低,对力学性能不利。晶粒直径对ＴｉＢ２陶瓷的力学性能有重要影响,晶化处理能够导致晶界析出ＹＡＧ相,从而提高ＴｉＢ２陶瓷的高温抗弯强度。