二氧化锰形貌对Ti3C2Tx@MnO2复合材料电化学性能的影响

以聚多巴胺(PDA)修饰的Ti₃C₂T_x为基体, 高锰酸钾(KMnO₄)为锰源, 十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和聚乙二醇(PEG)为表面活性剂, 采用液相共沉淀法及水热法, 制备出四种不同形貌的Ti₃C₂T_x@MnO₂复合材料。通过FE-SEM、XRD、Raman、FT-IR、BET及电化学测试, 系统研究了纳米碎片状(δ-MnO₂)、米粒状(α-MnO₂)、纳米花球状(α-MnO₂)以及纳米线状二氧化锰(α-MnO₂)对Ti₃C₂T_x物相结构、电化学活性和电荷存储机理的影响。结果表明: 纳米线状MnO₂复合改性的Ti₃C₂T_x比表面积最大、电荷转移阻抗最小且循环稳定性最优, 在扫描速率为2 mV?s ^-1时的比容量达340.9 F?g ^-1, 比使用CTAB时高出近2.5倍。     

Li2O-B2O3-SiO2玻璃相对BaAl2Si2O8结构及微波介电性能的影响

采用固相工艺制备BaAl₂Si₂O₈-xwt%Li₂O-B₂O₃-SiO₂(x=0, 0.1, 0.3, 0.5, 1.0, 2.0)陶瓷。探究不同含量的Li₂O-B₂O₃-SiO₂(LBS)玻璃相对BaAl₂Si₂O₈(BAS)陶瓷的烧结温度、结构及微波介电性能的影响。结果表明: LBS玻璃相可明显降低BAS陶瓷的烧结温度, 并促进BAS陶瓷晶粒长大和晶体结构由六方相转变为单斜相。当x=0.1时, 六方相即可全部转变为单斜相, 在0.1≤x≤2.0范围内, BAS陶瓷晶体结构均为单斜相。添加0.3wt%的LBS玻璃相可促进BAS样品密度、介电常数和品质因数增大, 谐振频率温度系数绝对值减小。在x=0.3, 烧结温度为1275 ℃时, 可获得具有较好品质因数的单斜钡长石, 其介电性能: ε_r=6.74, Q×f=34570 GHz, τ_f= -15.97×10 ^-6/℃。     

复合界面层对SiCf/SiC复合材料力学损伤行为的影响

SiC_f/SiC陶瓷基复合材料在航空航天领域具有广阔的应用前景,其界面层设计是研究重点。研究表明,复合界面层可以有效提升陶瓷基复合材料的抗氧化性能,但其对材料力学性能及损伤机制的影响尚不明确。本研究利用化学气相渗透法(CVI)制备得到具有BN及(BN/SiC)₃复合界面层的小复合材料,探究了复合界面层对SiC_f/SiC复合材料失效机制的影响。基于两种力学加载实验结合声发射探测分析了两种界面层小复合材料的损伤过程。实验结果表明,利用CVI制备的小复合材料界面结构清晰,基体致密。两类小复合材料均具有SiC_f/SiC陶瓷基复合材料的典型力–位移曲线,不同界面层小复合材料损伤过程具有不同的力声特征。通过两类力学加载试验的声发射特征能够有效分析小复合材料各阶段损伤发展情况。本实验中BN及(BN/SiC)₃复合界面层SiC_f/SiC小复合材料最大承受载荷分别为139和160 N,复合界面层小复合材料中的多层界面具有更强的偏转裂纹能力,降低裂纹延伸至纤维的速度,进而提高...     

3D Cf/SiC抗高温氧化复合材料的制备及其构件的工程试验

采用低分子量聚碳硅烷(PCS)通过先驱体浸渍裂解(PIP)工艺、化学气相沉积(CVD)和粉末烧结技术相结合制备了3D C_f/SiC抗高温氧化复合材料。运用FTIR、¹H-NMR、凝胶渗透色谱法(GPC)、热失重-差热(TGA-DTA)、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等手段研究了低分子量PCS的结构及其无机化过程。结果表明: PCS的主要结构为[—Si(CH₃,H)—CH₂—]n,数均分子量为420,陶瓷化产率为70％左右,在1 200 ℃时基本转化为微晶态的β-SiC;3D C_f/SiC复合材料及其构件具有较好的耐高温氧化性能。     

BAS系微晶玻璃抗氧化涂层的制备与性能

利用2层不同软化温度和不同热膨胀系数的BaO-Al₂O₃-SiO₂(BAS)系微晶玻璃, 采用浆料涂覆—浸渍—多层共烧的方法制备了2种双层同组分和1种双层不同组分的C_f/SiC复合材料抗氧化涂层。3种结构的BAS系微晶玻璃涂层完整、 无明显缺陷, 涂层与C_f/SiC复合材料的结合状态良好, 有助于提高C_f/SiC复合材料的抗氧化性能。双层不同组分的BAS系微晶玻璃涂层在1200~1350 ℃范围内对提高C_f/SiC复合材料抗氧化性能的作用显著, 失重速率和失重量均明显减小。与未包覆涂层的复合材料相比, 包覆双层不同组分涂层的复合材料经历600次(每次保温10 min)热冲击后的失重降低了1/2~2/3, 保留的强度提高了7~15倍。      

Mn对熔融Zn-Mn合金与X80钢润湿行为的影响

研究了锌液中0.1%~0.5%(质量分数)Mn对X80钢表面润湿行为的影响。采用改良座滴法获得了450℃时Zn-Mn合金的接触角,通过SEM/EDS观察分析样品表面及界面的组织结构,研究了Zn-χMn(χ=0.1~0.5)合金与X80钢基板的润湿行为和界面反应。结果表明：锰元素对锌合金与钢基体间的润湿性反应起到正吸附作用。在450℃时,当熔体中的锰含量为0.1~0.5时,Zn-χMn合金与钢基间的润湿接触角从85°减小到62°。锌合金熔体/X80钢属于反应性润湿体系,生成的界面产物由FeZn₁₀(δ)、FeZn₁₃(ζ)和Fe₃Zn₁₀(Γ)/Fe₅Zn₂₁(Γ₁)相组成,润湿行为受锌合金界面反应影响。在铺展三相线前沿存在前驱膜,前驱膜的出现能够促进润湿。     

低分子量聚碳硅烷制备3D-Cf/SiC复合材料

研究了低分子量聚碳硅烷 (PCS) 通过先驱体浸渍裂解 (PIP) 工艺制备C_f/SiC复合材料。分析表明:PCS的数均分子量为400,活性较强,陶瓷化产率为70％左右,在1200℃基本转化为微晶态的β-SiC。分别通过3种不同升温速率制备了3D-C_f/SiC复合材料试样,其弯曲强度分别为745.2MPa、686.7MPa和762.5MPa,明显高于文献报道3D-C_f/SiC复合材料弯曲强度300~500MPa的水平。试样断口的SEM照片均显示长的纤维拔出,有良好的增韧效果,低分子量PCS裂解得到的基体比较致密。实验结果说明,低分子量PCS适合于制备3D-C_f/SiC复合材料,并且提高升温裂解速率对材料性能影响很小。      

不同电解液体系中SiCp/Al基复合材料微弧氧化膜层的组织与性能

在(NaPO₃)₆,Na₂SiO₃-NaOH和NaAlO₂-NaOH三种电解液中,采用微弧氧化技术在SiC_p/Al基复合材料表面制备微弧氧化膜层。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)对膜层组织结构及相组成进行表征,并通过摩擦磨损实验及电化学工作站分析基体及膜层的耐磨性和耐蚀性。结果表明：三种电解液中均能制备出均匀的微弧氧化膜层,NaAlO₂-NaOH中制备的膜层粗糙度和厚度最大。三种电解液中制备的膜层物相有差异。微弧氧化提高SiC_p/Al基复合材料的显微硬度,其中NaAlO₂-NaOH中制备的膜层硬度达到1125HV。微弧氧化可降低SiC_p/Al基复合材料的摩擦因数,综合摩擦因数及磨损情况,NaAlO₂-NaOH中制备的微弧氧化膜层的耐磨性较好。三种电解液中制备的微弧氧化膜层均能改善SiC_p     

GH4706合金的动态再结晶与晶粒控制*

采用双锥压缩实验结合有限元数值模拟, 研究了变形温度、变形量对GH4706合金动态再结晶(DRX)与η相的影响, 分析了发生DRX的临界条件, 探讨了利用η相细化晶粒的方法。结果表明: GH4706合金DRX机制为应变诱发的不连续原始晶界弓出; 临界DRX温度(T_DRX)为975℃, 而临界变形量(ε_DRX)则取决于变形温度与变形生热。由于η相的溶解温度近于T_DRX, 当合金在略低于T_DRX温度变形时, 有部分η相残留, 具有阻碍亚晶界或晶界迁移的效果。由此, 对GH4706合金在变形温度低于T_DRX条件下进行大变形, 可利用η相与再结晶的交互作用, 细化合金晶粒。     

SiCp/AZ91D镁基复合材料中SiCp颗粒分散情况的无损检测方法

SiC_p/AZ91D镁基复合材料在航空航天领域应用较为广泛，但由于国内外对于超声波检测方法研究SiC_p/AZ91D镁基复合材料中SiC_p颗粒分布情况鲜见报道。本工作通过挤压铸造法，制备体积分数分别为0%,2%,4%和6%的SiC_p颗粒增强镁基复合材料。为了研究复合材料中颗粒分布情况，本工作采用超声声速法、超声衰减法、超声波特征扫描成像检测及非线性超声检测方法对SiC_p颗粒分散性进行研究。探索各种声学参量随SiC_p体积分数的变化关系及不同的检测方法对SiC_p颗粒分布情况检测能力的差异，并进行实验验证。结果表明：超声特征扫描检测及超声速度法能够定量检测SiC_p宏观团聚，超声衰减法对表征微观团聚和宏观团聚都能达到一个很好的效果，非线性超声检测方法对于检测SiC_p微观团聚更为敏感，颗粒不均匀时对力学性能影响最为突出，抗拉强度大大降低。     

双连续Si3N4/1Cr18Ni9Ti复合材料的制备和冲蚀性能

用凝胶注模和压力铸造两步法制备具有双连续结构的Si₃N₄/1Cr18Ni9Ti复合材料并分析其物相组成、宏观和微观结构,研究了材料的冲蚀率与攻角、流速、含沙量以及时间的关系。结果表明,与1Cr18Ni9Ti材料相比,Si₃N₄/1Cr18Ni9Ti复合材料具有双连续结构,界面结合良好;其冲蚀率随着攻角变化的幅度小,冲蚀率与流速之间的关系由1Cr18Ni9Ti材料的线性关系转变为指数关系(E∝V^0.67),且随着时间的延长冲蚀率降低;冲蚀率与含沙量之间的关系仍呈线性。具有双连续结构的Si₃N₄/1Cr18Ni9Ti复合材料,具有更加优异的耐冲蚀性能。     

前驱体热解氮化硼/碳化硅复相泡沫陶瓷的抗氧化与高温隔热性能研究

以聚碳硅烷(PCS)和三甲胺基环硼氮烷聚合前驱体(PBN)进行共聚合制得复合前驱体, 以此为原料采用高压裂解发泡技术制备了一种氮化硼/碳化硅(BN/SiC)复相开孔泡沫陶瓷. 由包含不同比例组分的起始前驱体所制得的泡沫陶瓷的孔隙直径在1~5 mm, 体积密度在0.44~0.73 g/cm³之间. 对该陶瓷材料的微观结构和性能的研究表明, 由于BN相的引入使得BN/SiC复相泡沫陶瓷在800~1100℃的抗氧化性能有了显著的提高; 其压缩强度随着引入BN比例的增加而提高, 约为纯SiC泡沫陶瓷的5~10倍. 其中以组分重量比为1:1的起始复合前驱体所制备BN/SiC复相多孔陶瓷在1500℃时的导热系数仅为4.0 W/(m·K); 对其进行隔热性能测试, 材料热面中心温度为1400℃时, 其背面中心温度仅为280℃; 采用有限差分法数值模拟背部升温历程, 将其有效导热系数代入计算模型, 得到材料背部中心温度升温历程的数值模拟结果, 与实际升温历程基本一致.     

聚苯醚/钙镧钛微波复合基板

微波复合基板兼具树脂基体的高韧性和陶瓷填料优异的介电和热学性能, 是航空航天、电子对抗、5G通讯等领域的关键材料。本工作采用螺杆造粒与注塑成型相结合的新技术制备了聚苯醚(简写为PPO)为基体、钙镧钛(Ca_0.7La_0.2TiO₃, 简写为CLT)陶瓷为填料的新型微波复合基板, 并对基板的显微结构、微波介电性能、热学性能和力学性能进行表征。结果表明, 采用这种新技术制备的微波复合基板组成均匀且结构致密。随着CLT陶瓷的体积分数从0增大至50%, 基板的介电常数从2.65提高到12.81, 介电损耗从3.5×10 ^-3降低至2.0×10 ^-3 (@10GHz); 同时热膨胀系数从7.64×10 ^-5 ℃ ^-1显著降低至1.49×10 ^-5 ℃ ^-1, 热导率从0.19 W·m ^-1·K ^-1提高至0.55 W·m ^-1·K ^-1; 此外抗弯强度从97.9 MPa提高至128.7 MPa。填充体积分数40%CLT陶瓷的复合基板综合性能优异: ε_r=10.27, tanδ=2.0×10 ^-3(@10GHz), α=2.91×10 ^-5 ℃ ^-1, λ=0.47 W·m ^-1·K ^-1, σ_s=128.7 MPa, 在航空航天、电子对抗、5G通讯等领域具有良好的应用前景。     

碳化硅/碳化钨硬面密封摩擦副的摩擦磨损性能和机理研究

实验研究了干摩擦和水润滑条件下, 常压固相烧结碳化硅陶瓷(SSiC)及常压液相烧结碳化硅陶瓷(LPSiC)分别与碳化钨(WC)组成的硬面配对摩擦副的滑动摩擦磨损性能。在干摩擦条件下, 与LPSiC/WC摩擦副相比, SSiC陶瓷由于具有更大的晶粒尺寸和硬度, 导致SSiC/WC摩擦副具有更大的摩擦系数和更小的磨损量。磨损区域的SEM形貌结合面扫描分析、微区XRD分析结果表明: 微犁沟和微断裂导致SiC陶瓷的磨损, 疲劳损伤导致WC材料的磨损, 而摩擦过程产生的摩擦热导致磨出的WC颗粒氧化成无定型WO₃。在水润滑条件下, 与SSiC/WC摩擦副相比, LPSiC/WC摩擦副具有更大的摩擦系数和更低的磨损率。在干摩擦和水润滑条件下, 与SiC陶瓷作为动摩擦副配对相比, SiC陶瓷作为固定摩擦副的摩擦配对具有更小的摩擦系数和质量损失。     

抑制剂对WC-Co硬质合金涂层性能的影响

利用原位还原碳化反应合成的超细WC-12Co复合粉末作为原料, 分别添加1.0wt%晶粒长大抑制剂即VC、Cr₃C₂和NbC, 经团聚造粒和超音速火焰(HVOF)喷涂制备了超细结构的硬质合金涂层。研究了不同晶粒长大抑制剂对涂层的显微组织结构、物相、硬度、耐磨性能和耐蚀性能的影响。结果表明, 与未添加晶粒长大抑制剂涂层相比, 添加1.0wt% VC或Cr₃C₂制备的硬质合金涂层中WC颗粒的平均尺寸降低了约49%, 涂层硬度明显提高, 磨损速率降低了约52%~55%。添加1.0wt% NbC对制备涂层中WC颗粒尺寸的抑制作用不明显, Co粘结相中由于形成了(W, Nb)C化合物, 其耐蚀性获得显著提高, 但该化合物脆性大, 导致涂层耐磨性不及添加VC和Cr₃C₂制备的涂层。     

基于田口方法的橡胶砂浆受风沙冲蚀性能

针对内蒙古中西部风沙环境特征,利用模拟风沙环境侵蚀实验系统,采用L₁₆（5⁴）田口方法进行实验设计,研究了不同橡胶粒径和掺量的橡胶砂浆在风沙环境下的冲蚀磨损行为,应用SEM观测橡胶砂浆冲蚀后的微观形貌。结果表明：在冲蚀速度为17 m/s、橡胶粒径为1.70 mm、橡胶掺量为5%、冲蚀角度为45°和下沙量为45 g/min的条件下,橡胶砂浆的冲蚀率最小;下沙量和冲蚀速度是影响橡胶砂浆冲蚀磨损性能的显著因素;相同冲蚀条件下,各粒径的橡胶砂浆冲蚀率大小为：1.70 mm的橡胶砂浆 < 普通水泥砂浆 < 0.18 mm的橡胶砂浆 < 0.42 mm的橡胶砂浆;橡胶砂浆的冲蚀磨损主要体现为沙粒对其表面的切削和挤压作用,其中1.70 mm的橡胶颗粒对沙粒有较好的抵抗作用,0.42 mm的胶粉颗粒易剥落,加剧沙粒的磨损作用。     

Turbomilling: A Processing Technique for Advanced Ceramics

Turbomilling, an innovative grinding technology developed by the U. S. Bureau of Mines in the early 1960's for delaminating filler-grade kaolin clays, has been expanded into the areas of particle size reduction and material mixing. An all-polymer version of the turbomill, originally called an attrition grinder, has been used to process advanced ceramic powders such as SiC, Si₃N₄, TiB₂, and Zr0₂. Autogenous milling in which the milling media and the material being milled are of similar composition, results in a high-purity powder. The turbomill has also been used for intimate mixing of high surface area powders and whiskers. Components for a TiN/AlN/Al₂O₃ composite mixed in the turbomill were homogeneously mixed and the sintered composites had higher strengths than samples prepared with dry ball milled powders. Other researchers have found that SiC whiskers were deagglomerated and uniformly dispersed in a SiC whisker reinforced alumina composite mixed in the turbomill.     

陶瓷添加物对Ti_3SiC_2基复合材料抗氧化性的影响

为研究陶瓷添加物对Ti3SiC2基复合材料性能的影响,首先,采用反应热压烧结法制备了Ti3SiC2材料及陶瓷添加物含量均为30wt%的SiC/Ti3SiC2、Al2O3/Ti3SiC2和MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料。然后,测试了材料的力学性能和导电性,在1 373~1 773K温度范围内对Ti3SiC2基复合材料的抗氧化性进行了研究,并对其烧结试样的物相组成和显微结构等进行了表征。结果表明:Ti3SiC2在高温氧化后的主要产物为TiO2和SiO2;氧化层分为内外2层,内层由TiO2与SiO2这2相混合组成,外层为TiO2;氧化层中存在大量显气孔,结构较为疏松,导致抗氧化性较差。与Al2O3/Ti3SiC2和MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料相比,SiC/Ti3SiC2复合材料具有更好的抗氧化性。     

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。