Si3N4(p)/SiC(w)协同复合MoSi2材料的强韧化及机理研究

采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、维氏硬度计、电子万能材料试验机研究MoSi_2-Si_3N_(4(p))/SiC_(w)复合材料的结构、形貌、硬度、断裂韧性,并对SiC晶须和Si_3N_4颗粒复合强韧化MoSi_2的机理进行了探讨.结果表明,SiC晶须和Si_3N_4颗粒对MoSi_2具有协同强韧化作用,MoSi_2-20%Si_3N_(4(p))-20%SiC_(w)(体积分数,下同)复合材料的抗弯强度达427 MPa,室温断裂韧性达到10.4 MPa·m~(1/2),均高于单一强韧化剂的强韧化效果.MoSi_2-20%Si_3N_(4(p))-20%SiC_(w)复合材料的强化机理为细晶强化和弥散强化;韧化机制为细晶韧化、裂纹偏转与分支和微桥接韧化.     

Si_3N_4-hBN复相陶瓷在氢氟酸和冰晶石熔盐中的腐蚀行为研究

利用热压烧结工艺制备了不同h BN含量的Si_3N_4-h BN复相陶瓷,研究了Si_3N_4陶瓷和h BN质量分数为10%的Si_3N_4-h BN复相陶瓷,在40℃不同摩尔浓度的HF溶液和850℃冰晶石熔盐中的腐蚀行为。结果表明:Si_3N_4基陶瓷在酸和熔盐中腐蚀时,都表现为失重现象。其中,在HF溶液中的腐蚀格外严重,随着腐蚀液浓度的升高,腐蚀速率逐渐增大,失重愈发明显,Si_3N_4-10%h BN复相陶瓷较Si_3N_4陶瓷腐蚀严重;在冰晶石熔盐中的腐蚀,前20 h时Si_3N_4-10%h BN复相陶瓷的腐蚀速率远高于Si_3N_4陶瓷,当20 h后Si_3N_4陶瓷腐蚀速率逐渐超过Si_3N_4-10%h BN复相陶瓷,最终的腐蚀速率表现为Si_3N_4-10%h BN复相陶瓷高于Si_3N_4陶瓷。腐蚀失重原因归为两点:腐蚀试样本身的致密度和原始形貌以及腐蚀试样本身Si_3N_4的含量。     

陶瓷基复合材料的微观结构和力学性能(英文)

采用添加剂热压烧结制备了短纤维增韧氮化硅基复合材料,并对材料的力学性能和微观结构进行了分析和讨论.结果表明:Y_2O_3-La_2O_3添加剂促进了α-Si_3N_4→β-Si_3N_4的相转变,这个体系经过1800 ℃的热压烧结后,其中的碳纤维产生退化.而经过1600 ℃热压烧结的含LiF-MgO-SiO_2添加剂的体系中,纤维保持完好,晶粒没有发生相转变.两个体系的复合材料的断裂韧性值均高于氮化硅基体的值,其提高幅度均接近20%,这归因于纤维拉拔、裂纹偏转和界面松解机制.     

无压烧结Ca_3(PO_4)_2/Si_3N_4复合陶瓷的组织结构与性能

以Ca_3(PO_4)_2和Si_3N_4为原料,采用无压烧结的方法制备Ca_3(PO_4)_2/Si_3N_4系列复合陶瓷.复合材料中Ca_3(PO_4)_2能与Si_3N_4稳定共存,烧结后未发现有新相生成.随着烧结温度的提高,复合材料的致密度和β-Si_3N_4的相对含量也随之升高,柱状β-Si_3N_4晶粒的生长更加充分,晶粒相互搭接、交织.复合陶瓷的力学性能随着烧结温度的提高而升高,1700 ℃无压烧结复合材料的抗弯强度达到547 MPa,断裂韧性达到7.3 MPa·m~(1/2),从断口照片中可以观察到β-Si_3N_4晶粒的拔出和桥联作用.通过加热试样并在水中骤冷后测弯曲强度的方法,表明Ca_3(PO_4)_2/Si_3N_4复合材料具有良好的抗热震性能.     

机械合金化与热压烧结法制备2Si-B-3C-N陶瓷

以Si_3N_4、B4C、C、Si等粉末为原料,采用机械合金化方法制备2Si-B-3C-N粉末,在氮气保护下1900 ℃, 40 Mpa热压烧结30 min获得2Si-B-3C-N陶瓷,研究了块体陶瓷微观组织结构与力学性能.高能球磨粉末在热压烧结后致密度达到了97.9%.热压烧结的2Si-B-3C-N陶瓷中主要含有等轴状的b-SiC和层片状的h-BCN相.BCN晶粒尺寸约为200 nm,SiC晶粒尺寸约为400～500 nm.BCN晶粒主要分布在SiC晶粒周围.2Si-B-3C-N陶瓷的室温抗弯强度、弹性模量、断裂韧性、硬度分别为446.6 Mpa、144.6 Gpa、5.10 Mpa×m~(1/2)和5.53 Gpa.在高温空气状态下,2Si-B-3C-N陶瓷的抗弯强度随温度的升高而降低,1000和1400 ℃下的抗弯强度分别为358.7和202.1 Mpa.     

Si3N4基层状复合陶瓷材料的室温与高温性能

采用凝胶注模成型-浸涂-热压烧结工艺制备出了SiC晶须增韧Si3N4基层状陶瓷复合材料,并对这一材料的室温及高温力学性能、微观结构及增韧机理进行了研究.结果表明,采用层状结构可使陶瓷材料的断裂韧性大幅度提高,但抗弯强度有所下降.层状陶瓷复合材料的增韧机理主要是由于弱的界面层对裂纹扩展产生偏折,形成界面裂纹而使断裂路径大大增加.高温性能试验条件下,由于界面层中玻璃相的融化,界面对裂纹的偏折作用消失,造成材料性能的显著下降.     

SiC颗粒增强Al-Fe-V-Si复合材料的SiC/Al界面形貌

采用喷射沉积工艺制备SiCp/Al-Fe-V-Si复合材料,并通过热压和热轧工艺对沉积坯进行致密化;通过高分辨电镜观察其SiC/Al界面形貌,并对比热暴露后的界面形貌。结果表明:复合材料主要存在两种SiC/Al界面,一种是厚度为3nm左右的晶态Si界面层,且在界面附近的基体中生成细小的Al4C3相;另一种是厚度为5nm的非晶态SiO2界面层,部分溶解的SiC颗粒向附近Al基体中注入游离态的Si,在界面附近形成Si的浓度梯度;两种界面都具有良好的润湿性,界面结合强度高;经640℃热暴露10h后,SiC/Al界面处生成的粗大Al4C3脆性相降低界面结合强度,从而降低复合材料的力学性能。     

热压C-SiC-B4C-TiB2复合材料的组织与力学性能

以磷片石墨Cfg,SiC,B4C和TiO2为原料,热压合成C-SiC-B4C-TiB2复合材料,研究不同Cfg含量和热压温度对复合材料显微组织和力学性能的影响规律.结果表明烧结过程中TiO2与B4C反应原位生成TiB2;复合材料的密度和抗弯强度随着热压温度的升高而增加,却随着Cfg含量的增加而降低,随着热压温度的升高和Cfg含量的增加,复合材料的断裂韧性则提高;在2 000 ℃,25 MPa下热压时,Cfg含量为20%(质量分数)的复合材料其体积密度为2.81 g/cm3,抗弯强度为236.7 MPa,断裂韧性为5.3 Mpa·m1/2,Cfg含量为65%含量的复合材料的体积密度为2.42 g/cm3、抗弯强度为103.6 MPa、断裂韧性为8.1 Mpa·m1/2;复合材料的致密化程度和陶瓷晶粒随热压温度的升高而增大,复合材料中Cfg层状分布结构随Cfg含量的增加更加明显;复合材料中Cfg弱界面分层诱导韧化作用及第二相TiB2和陶瓷基体热膨胀系数不匹配所产生的残余应力导致的裂纹偏转作用是复合材料断裂韧性提高的主要原因.     

含高体积分数SiC_p的Al复合材料微观组织及弯曲性能

利用无压浸渗法制备高体积分数SiC的SiC_p/Al复合材料.采用XRD和SEM对复合材料的相组成、微观组织及断口形貌进行分析,研究颗粒粒径分布和基体合金成分对复合材料抗弯性能的影响.结果表明:以Al-10Si-8Mg(质量分数,%)合金为基体制备的复合材料组织均匀,致密度好,无明显气孔缺陷;界面反应产物为Mg2Si、MgAl_2O_4和Fe,其弯曲强度高于以Al-10Si合金为基体制备的复合材料的弯曲强度;SiC_p/Al复合材料的弯曲强度随着SiC颗粒粒径的增大而减小;复合材料整体上表现出脆性断裂的特征.     

3D打印制备SiC预制体增强铝基复合材料的微观组织

采用3D打印制备SiC陶瓷预制体,用压力浸渗工艺制备SiC增强A356基复合材料(SiC/A356复合材料),采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(X-ray)等对其物相、组织形貌等进行研究。结果表明,用该方法制备的SiC/A356复合材料组织致密,颗粒分布均匀,颗粒与基体的界面结合性能较好;SiC增强与A356基体界面反应控制良好,未检测到Al_4C_3脆性相生成,表明A356合金中的Si有利于防止脆性相Al4C3的形成,Mg元素的存在提高了A356基体和SiCp增强体之间的润湿性。     

氮化硅──氧化镁──二氧化铈的无压烧结

对氧化硅－氧化镁－二氧化铈无压烧结的研究表明：MgO－CeO_2是一种非常有效的氮化硅助烧剂，MgO－CeO_2的含量及烧结工艺对氮化硅的致密化及机械性能有强烈的影响，本文讨论了这些影响规律，当氧化镁与氧化铈共存时，二氧化铈更容易与氮化硅颗粒表面的二氧化硅反应形成难熔的窗铈的玻璃相，无压烧结的氮化硅－氧化镁－二氧化铈陶瓷，其相对密度可超过98％，强度超过920MPa，这在目前的各种无压烧结的氮化硅材料中，是非常高的，Si－Mg－Ce－O－N系统在理论研究和实用上都有极大的价值。     

碳化钨对常压烧结氮化硅陶瓷致密化的影响

研究碳化钨对常压烧结Si3N4-MgO－CeO2陶瓷致密化和性能的影响，通过球磨引入适量的碳化钨对烧结氮化硅陶瓷的致密化和性能是有利的，通过控制球磨时间和球料比可控制磨入的碳化钨的含量，当碳化钨含量为3．9wt％时，效果最好，烧结氮化硅陶瓷的相对密度为98．5％，室温抗弯强度为948MPa。     

凝胶注模成型制备微多孔氮化硅陶瓷

采用凝胶注模法,在无其它添加剂的条件下,通过提高单体含量,成功制备出高性能微多孔氮化硅陶瓷,陶瓷抗弯强度高达137 MPa以上,气孔率高达50%以上,孔中径小于1 μm.结果表明:随着有机单体含量的增加,氮化硅微多孔陶瓷气孔率单调增加;随着固含量的增大,氮化硅微多孔陶瓷气孔率单调下降,抗弯强度先上升然后又下降,固含量有一优化值,此时陶瓷体抗弯强度最大;随着烧结温度的增加,氮化硅陶瓷强度单调增加,而气孔率单调下降.     

晶相组成对Si_3N_4陶瓷介电性能的影响

以MgO-Al_2O_3-SiO_2(MAS)体系作为烧结助剂,采用无压烧结,通过控制烧结工艺,制备出具有不同晶相组成的Si_3N_4陶瓷.研究了晶相组成对氮化硅陶瓷微波介电性能的影响.借助XRD、SEM对Si_3N_4陶瓷微观组织进行了研究.结果表明:在烧结过程中,有中间相Si_2N_2O产生;经1850 ℃、0.5 h烧结,β-Si_3N_4全部转变为具有较大长径比,显微结构均匀的长柱状β-Si_3N_4晶粒;Al~(3+)和O~(2-)能够进入β-Si_3N_4晶体内形成β-Si_(6-x)Al_xO_xN_(8-x)固溶体,使晶体内部产生较大的空隙或晶格畸变,在外电场作用下,易于产生离子位移极化,导致介电常数升高;同时,随着烧结温度的提高,存在于晶界的玻璃相含量增加,试样的介电常数随之升高.     

界面无氧化膜条件下氮化硅陶瓷和铝溶液的反应

采用一种新的界面无氧化方法,将氮化硅陶瓷浸入铝熔液后移动以除去界面氧化膜,采用X射线衍射、扫描电子显微镜及透射电子显微镜等方法研究氮化硅陶瓷和铝熔液之间的界面反应.研究结果表明,该方法能够有效除去界面氧化膜,使铝和氮化硅陶瓷直接反应生成AlN,但反应很缓慢,明显慢于Si_3N_4/Al薄膜体系以及压实的氮化硅-铝混合粉末体系的反应,界面存在着未反应、铝原子直接生长于氮化硅晶体之上的界面的连接状态.氮化硅陶瓷与铝的直接反应一方面会破坏氮化硅晶格结构,使氮化硅陶瓷腐蚀,缩短使用寿命;另一方面却可促进氮化硅和铝的润湿及连接,有利于制备高性能复合材料.     

Joining of Si_3N_4-Si_3N_4 using CuNiTi alloy brazing filler

01lltrodnotionOwingtoitssuperiormechanicalproperties,thesiliconnitrideceramicisbecomingoneofthemostpotentialstructurematerialsinengineeringapplications.Insomecases,theSt3N4ceramicusuallyneedstobejoinedwithitselformetals.Recently,theAgCuTibrazingfillerInetalshavebeentvidelyusedl'-,I,buttheycontainratherhighquantityofAgupto57%Whichisanexpensivekindofmetal.Therefore.itisnecessarytodevelopanewkindofbracingfillerInetalsx\'ithsimil:ll'propertiestothatofAgCuTibrazingalloysbutwithoutsilver.Thewe…     

新型陶瓷刀具的发展与应用

回顾了陶瓷刀具的发展简况及其意义,重点介绍了Si3N4基和TiCN基复合陶瓷刀具的研制、性能和应用.复合Si3N4陶瓷刀具有较高的耐磨性和抗冲击性,特别适合于各类铸铁件的粗精加工,也能进行铣削、刨削等冲击力很大的加工,其切削效率可提高3～10倍;复合TiCN金属陶瓷刀具具有很高的硬度和耐磨性,特别适合于各类高硬高强钢(如淬硬钢等)的加工,可对高硬材料实现"以车代磨"干切削,免除退火工艺和冷却液,大幅度提高生产效率.新型复合陶瓷刀具已经在我国冶金、水泵、矿山机械、轴承、滚珠丝杠、汽车、军工等十几个行业得到应用.     

PREPARATION,PROPERTIES AND INTERFACE STRUCTURES OF Si_3N_(4w)/6061Al COMPOSITE

The Si_3N_4 whisker reinforced 6061Al composite with bending strength of 790 MPa wasprepared by squeeze casting process.After heat-treatment under T6 regime i.e.530℃,1 h solutioning and 160℃,24 h aging,an increment in strength and microhardnessmay be over 20% and 28% respectively,The microstructures of Si_3N_4 whisker andSi_3N_4/Al interface were observed by meas of HRTEM.The relation between interracialstructure and composite properties was discussed.     

Si_3N_4-SiC复相耐磨材料的冲蚀磨损性能

以Si粉和SiC为原料,采用半干法冷等静压成型,通过反应烧结成功制备了Si_3N_4-SiC复相耐磨材料.并将其和95Al_2O_3耐磨陶瓷在以水和SiC混合颗粒为冲蚀介质实验条件下,进行液固两相流冲蚀磨损对比实验.结果表明:原料中Si粉加入量为40%～80%(质量分数)试样的耐冲蚀磨损性能优于95Al_2O_3耐磨陶瓷.原料中Si粉加入量为70%试样的耐固液两相流冲蚀磨损性能最好,在平均线速度分别为132和67 m/min的实验条件下的冲蚀率分别仅为0.87%和0.30%.此外,通过SEM观察了冲蚀后试样的显微形貌,探讨了其耐液固两相流冲蚀磨损的机理.