(SiC,TiB2)/B4C复合材料的烧结机理

研究了在热压条件下制备 (SiC, TiB₂)/ B₄C复合材料的烧结机理。认为烧结助剂的加入使本体系成为液相烧结,同时粉料的微细颗粒对复合材料的烧结致密也有重要贡献。分析和测量了制取的复合材料的相组成、显微结构和力学性能。结果表明,采用B₄C与Si₃N₄和少量SiC、TiC为原料,Al₂O₃＋Y₂O₃为烧结助剂,在烧结温度1800~1880℃,压力30 MPa的热压条件下烧结反应生成了SiC、TiB₂和少量的BN,制取了(SiC, TiB₂)/B₄C复合材料。所形成的晶体显微结构为层片状。制得的试样的硬度、抗弯强度和断裂韧性分别可达HRA88.6、540 MPa和5.6 MPa·m1/2。      

原位生成TiB2增强B4C基复合材料设计与反应热力学研究

本文采用原位生成法设计了SiC-TiB2/B4C和Al2O3-TiB2/B4C两种新型多元颗粒增强B4C复合材料。根据原位反应生成TiB2增强相的组织设计思路，通过计算反应生成焓△H和自由能△G的热力学数据，证明了原位反应制备所设计材料的可行性。经研究原位反应过程，发现原位反应经过若干不稳定中间相的过程，最终形成预期设计的多元增强成分。理论计算和实验对比验证可为采用科学合理的制备工艺制备复合材料提供必要的指导依据。     

B4C陶瓷热压反应烧结及力学性能

通过热压和反应烧结，从相复合角度探索了改善碳化硼（Ｂ４Ｃ）力学性能及发展新型Ｂ４Ｃ基超硬材料的可行性，给出了新研究结果。     

碳含量对反应烧结SiC/B4C力学性能的影响（英文）

采用渗硅反应烧结工艺制备了SiC/B4C复合材料,并研究了碳含量对复合材料的力学性能及微观结构的影响。结果表明,SiC/B4C复合材料的力学性能(硬度、抗弯强度、韧性)随着碳含量的增加呈先增强后减弱的趋势。在碳含量为10vol%的条件下,复合材料的综合性能最佳,其硬度、抗弯强度和韧性分别为19.63 Gpa、358 MPa和3.96 MPa?m1/2。此外,当碳含量不足10vol%,复合材料的组织随碳含量增加均匀性提高;当碳含量超过10vol%,显微组织均匀性变差,并且添加碳粉后,复合材料由沿晶、穿晶混合断裂向穿晶断裂转变,最终导致SiC/B4C复合材料力学性能的改变。     

原位反应热压烧结SiC/MoSi_2复合材料的力学性能研究

采用原位反应热压烧结工艺成功制备了不同SiC体积分数的SjC/MoSi2复合材料,研究了SiC/MoSi2复合材料的室温抗弯强度、断裂韧性随SiC体积分数变化的规律,分析了SiC/MoSi2复合材料的强韧化机理.结果表明,SiC的加入显著提高了MoSi2基复合材料的室温力学性能,SiC/MoSi2复合材料的抗弯强度和断裂韧性均优于纯MoSi2,并且随着SiC体积分数的增加而增大;SiC/MoSi2复合材料的强化机制主要是弥散强化和细晶强化,韧化机制主要是微裂纹增韧.     

B_4C陶瓷热压反应烧结及力学性能

通过热压和热等静压反应烧结,从相复合角度探索了改善碳化硼(B_4C)力学性能及发展新型 B_4C基超硬材料的可行性,给出了新研究结果。     

高体积分数B4C/ZL101复合材料力学性能的研究

高体积分数颗粒增强金属基复合材料结合了陶瓷和金属的性能优势,具有轻质、高强、高模量的特点,是一种颇具应用前景的装甲材料,但此方面的报道研究较少。采用压力浸渗法制备了颗粒体积分数为50%、不同粒径的B4C/ZL101复合材料。结果表明,预制件温度为550℃、浸渗熔体温度为750℃时,采用压力浸渗可以得到颗粒分布均匀、致密度高的复合材料,组成相简单;复合材料的力学性能表明,B4C颗粒的粒径越小,复合材料的力学性能越好。当B4C颗粒粒径为3μm时,压缩强度、抗弯强度、布氏硬度分别可达1000MPa、640MPa、285HB。     

AIN和B对热压烧结Cf／SiC复合材料性能的影响

研究了烧结助剂ＡＩＮ和Ｂ对Ｃｆ／ＳｉＣ复合材料力学性能的影响。结果表明：Ｂ含量较低时，Ｂ的增加能有效地提高复合材料的抗弯强度与断裂韧性，继续增加Ｂ的用量至１ｗｔＴ，虽能大幅度提高材料的强度，但使复合材料的裂韧性大大降低。     

TiB2颗粒增强反应结合B4C陶瓷的显微结构与性能

以微孔碳、颗粒级配碳化硼粉体、钛粉和硅粉为原料, 通过多孔预制体真空熔渗Si工艺制备了硼化钛颗粒增强的反应结合碳化硼复相陶瓷, 并通过X射线衍射、扫描电子显微镜、EDS能谱和透射电子显微镜对复合材料的显微结构进行表征。结果表明: 在预制体中钛为15wt%时, 所制备的复相陶瓷抗弯强度和断裂韧性分别为313 MPa和5.40 MPa•m^1/2。原位反应生成的硼化钛对材料的增韧补强起到了积极的作用。     

SPS快速烧结制备纳米结构Ti5Si3-TiC复合材料

采用金属钛和碳化硅为初始原料,采用放电等离子体快速烧结(SPS)技术制备了致密纳米结构的Ti5Si3-TiC复合材料.借助XRD、SEM和TEM考察了复合材料的相组成和显微结构,利用压痕法测定了其室温显微硬度和断裂韧性.结果表明利用SPS技术可在1260℃,保温8 min条件下使金属钛和碳化硅同步完成反应、烧结、致密化,生成Ti5Si3-TiC复合材料,并且晶粒细小,其中TiC晶粒尺寸＜200nm.     

Titanium/aluminum diborides in composites produced in the cBN-TiC-Al system by reaction sintering under high pressure

It has been found by X-ray diffraction and structure analyses that in the reaction sintering of cubic boron nitride composites from the cBN+8 % Al+26 % TiC mixture at high pressure and temperature (4.2 GPa, 1750 K) in the binding ceramics composition in addition to AlN, there forms a Ti _x Al_1?x B_2y N_2(1?y) solid solution, in which titanium and aluminum atoms generate a skeleton, whose composition is close to the equimolar one and boron and nitrogen atoms are distributed randomly in graphite-like networks.     

莫来石一氧化锆复相陶瓷材料原位反应烧结机理的研究

通过测定试样真密度、烧成收缩率、相对密度以及ＸＲＤ分析，系统地研究了原位反应结法制备莫来石一氧化锆复相陶瓷的反应烧结机理，研究结果表明，ＺｒＳｉＯ４在１３５０℃开始分解，生成ｔ－ＺｒＯ２和非晶相ＳｉＯ２随着温度升高，非晶相含量增加，并在１４２０℃形成莫来石。ＺｒＯ２的分解物莫来石晶相的生成有一定时间间隔，该化学反应在１４２０～１４８０℃之间迅速进行，并对致密化产生不利影响，可采和分段烧结或阶段笥保     

梯度复合B_4C/Cu面向等离子体材料的制备与表征

基于Ｂ４Ｃ和Ｃu材料具有明显电阻率及熔点差的特点,提出了在超高压下通电快速烧结Ｂ４Ｃ／Ｃｕ梯度复合材料的新工艺．在 ２～４ＧＰａ、１２ｋＷ,４０ｓ及适当的热处理条件下成功制备出了成分分布从０～１００％的接近理论密度的Ｂ４Ｃ／Ｃu层状复合材料;显微观察显示材料的成分和结构是呈梯度分布的．化学溅射实验表明其产额比 ＳＭＦ ８００核纯级石墨降低 ７０％;在Ｔｏｋａｍａｋ原位等离子体辐照下,材料表面无明显损伤．     

烧成温度对合成莫来石陶瓷膜的影响

以正硅酸乙酯、硝酸铝和氟化铝为原料,采用溶胶一凝胶法在多孔莫来石陶瓷载体上原位反应烧结合成了晶须状多孔莫来石陶瓷膜.考察了在1 200,1 300,1 400,1 500℃烧成温度、保温2 h后对莫来石相及其膜层表面微观结构的影响.结果发现:在烧成温度为1 300℃时出现了莫来石相,并随着烧成温度的升高,莫来石相的特征峰增强;在氟化铝质量分数为10%、1 500℃保温2 h条件下,膜层表面生长出长为2.5μm、宽为0.5 μm、长径比(长/宽)为5的莫来石晶须,并且此时形成的莫来石晶须比较均匀,莫来石陶瓷膜平均孔径为0.75μm左右,纯水通量为725 L/(m2·h).     

热压烧结一步法制备C_f/Cu复合材料的组织和性能

为了简化工艺及提高性能,采用热压烧结一步法制备Cf/Cu复合材料。研究了Cf/Cu复合材料的界面反应原理、微观形貌及不同的Ti添加量对复合材料密度、硬度、强度等性能的影响。结果表明:Cu-C-Ti三元体系,在低于1100℃,碳纤维表面生成TiC层,该反应层降低了液态Cu与碳纤维的润湿角,改善了Cu与碳纤维的界面结合。探讨了TiC层的形成机制,提出了溶解在Cu液中的Ti原子与碳纤维接触生成TiC的微观反应模型。TiC层的形成有利于提高复合材料的性能。当Ti的质量分数为16.7%时,Cf/Cu复合材料的综合性能最好,其肖氏硬度高达HS66.94,抗弯强度为97.59 MPa。     

铸态Al-4. 5Cu/TiB2 复合材料组织和性能的研究

提出一种新型的原位反应合成工艺——熔体反应法, 以TiO₂、H₃BO₃、Na₃AlF6 和Al-Cu 合金为原材料, 采用熔体反应法制备了低成本的内生颗粒增强Al-4. 5Cu/TiB₂ 复合材料。TiB₂ 颗粒细小, 平均尺寸为0. 93 Lm, 均匀分布于基体之中, 与基体结合良好。当TiB₂ 的含量为10 vo l% 时, 复合材料的抗拉强度为416. 7M Pa, 屈服强度为316.9M Pa, 延伸率为3. 3%。      

Bio-inspired structured boron carbide-boron nitride composite by reactive spark plasma sintering

Nature creates composite materials with complex hierarchical structures that possess impressive mechanical properties enhancement capabilities. An approach to improve mechanical properties of conventional composites is to mimic the biological material structured ‘hard’ core and ‘soft’ matrix system. This would allow the efficient transfer of load stress, dissipation of energy and resistance to cracking in the composite. In the current study, reactive spark plasma sintering (SPS) of boron carbide B₄C was carried out in a nitrogen N₂ gas environment. The process created a unique core-shell structured material with the potential to form a high impact-resistant composite. Transmission electron microscopy observation of nitrided-B₄C revealed the encapsulation of B₄C grains by nano-layers of hexagonal-boron nitride (h-BN). The effect of the h-BN contents on hardness were measured using micro- and nano-indentation. Commercially available h-BN was also mechanically mixed and sintered with B₄C to compare the effectiveness of nitrided B₄C. Results have shown that nitrided B₄C has a higher hardness value and the optimum content of h-BN from nitridation was 0.4%wt with the highest nano-indentation hardness of 56.7 GPa. The high hardness was attributed to the h-BN matrix situated between the B₄C grain boundaries which provided a transitional region for effective redistribution of the stress in the material.     

热压烧结制备SiC增强石墨复合材料及其性能

以天然鳞片石墨为起始原料,SiC颗粒为增强相,采用热压烧结工艺制备了SiC增强石墨复合材料。研究了SiC含量对SiC增强石墨复合材料微观结构、力学性能和摩擦性能的影响。结果表明:SiC颗粒均匀分布在石墨基体中,降低了基体中的孔隙率;随着SiC含量增加,SiC增强石墨复合材料的相对密度和弯曲强度相应增加,开孔率显著降低,当SiC含量达到40vol%时,SiC增强石墨复合材料中形成了SiC网络骨架结构,相对密度达到了94.2%,比商品高强纯石墨材料提高了11.8%,弯曲强度达到了146 MPa,比商品高强纯石墨材料提高了147%;基体石墨保持了层状结构;SiC含量低于40vol%时,SiC增强石墨复合材料的摩擦系数随SiC含量的增加轻微增加,与纯石墨材料的摩擦系数相当,具有良好的摩擦性能。     

Preparation and mechanical properties of laminated zirconium diboride/molybdenum composites sintered by spark plasma sintering

Laminated ZrB₂/Mo composites, alternately consisting of matrix layers of 80 vol.% ZrB₂ + 10 vol.% nano-SiC whiskers + 10 vol.% SiC particles and Mo interlayers, with the addition of Si and B as interlayer adjusting agent, were prepared by roll-compaction and spark plasma sintering (at 1600°C) process. XRD and SEM techniques were used to characterize the phases and microstructure of the obtained composites. The results showed that without the addition of Si and B in the interlayer, interfacial debonding between the matrix layer and interlayer often occurred due to the thermal mismatch between the two kinds of layers. However, the interfacial mismatch could be effectively inhibited by the addition of Si and B to the Mo interlayers. The laminated ZrB₂/Mo composites with 6 at.% Si and 4 at.% B in the interlayers showed the highest bending strength at (451±20) MPa and the highest fracture toughness at (7.52±0.12) MPa·m^?. MoB, ZrB and Mo5SiB2 were formed by the reactions among ZrB₂, Mo and the additions.