高温热曝露对3D-C/SiC复合材料弯曲性能的影响

3D-C/SiC复合材料试样在空气介质中600℃、900℃和1300℃热曝露不同时间后,采用三点弯曲法测试了以室温弯曲弹性模量表征的损伤变化规律,并进行了SEM和EDS分析.结果表明:3D-C/SiC在热曝露15 h后,损伤变化可分为急剧上升(阶段Ⅰ)和平稳上升(阶段Ⅱ)两个阶段.阶段Ⅰ归因于炭纤维和炭层界面在空气中的直接氧化,阶段Ⅱ由复合材料内部氧的扩散所致.在复合材料制备过程的冷却阶段,因基体和炭纤维热膨胀系数不同所产生的基体微裂纹提供了氧化反应的表面与氧扩散的途径.在同一热曝露时间下,损伤随温度的上升而减少的原由可能是由于高温下裂纹收缩导致氧化表面减少,并降低氧向复合材料内扩散所致.     

2D-C/SiC缺口试样的拉-拉疲劳损伤

研究了二维正交编织C/SiC双边对称圆弧缺口试样室温和高温真空的拉拉疲劳行为,正弦波疲劳应力比R=0.1,频率60Hz,循环基数106次.循环到规定周次停机,测量试样的共振频率、电阻,并进行SEM观察.结果表明,2D-C/SiC复合材料缺口试样拉-拉疲劳的S-N曲线非常平坦,其疲劳极限是同温度下缺口试样拉伸强度的80%～90%,光滑试样和缺口试样的疲劳极限比值与理论应力集中系数基本相同.缺口试样在疲劳过程中,电阻表征损伤与模量表征损伤的规律基本一致.在疲劳试验初期阶段,缺口附近损伤发展很快,主要表现为产生大量与加载方向垂直的裂纹,随着疲劳次数的增加,损伤发展减缓,但损伤形式逐渐增多,缺口附近与加载方向垂直的裂纹数量明显多于平行加载方向的裂纹数.讨论了电阻表征损伤和模量表征损伤之间的关系.     

分形维数和弹性模量衰减表征2D-C/SiC的拉伸蠕变损伤

真空条件对2D—C／SiC复合材料在1300℃和1500℃进行了高温拉伸蠕变试验，蠕变进行到0、0．5h、2h、10h、25h、50h中断试验，用SEM观察表面形貌，用盒维数法计算试样表面裂纹的分形维数；同时测量试样的弹性模量。结果表明，由于2D—C／SiC特有的蠕变损伤形式，所形成的损伤尺度都较短，其分形维数介于0～1之间。用分形维数和弹性模量衰减都可表征2D—C／SiC的蠕变损伤，两种损伤参量所描述的蠕变损伤总的发展趋势基本一致，即蠕变开始阶段损伤发展较快，随后进入缓慢发展的第二阶段。在第二阶段中，分形维数表征的损伤持续单调增加；而用弹性模量衰减表征的损伤在该阶段出现先下降随后升高的现象。以基体裂纹为主要损伤形式的条件下。分形维数主要反映蠕变试样局部的损伤，而弹性模量衰减反映的是蠕变试样整体的损伤。     

大规格TZM钼合金锻造棒材性能研究

研究了大规格TZM钼合金锻造棒材在不同加工变形量条件下的组织,力学性能及其断裂行为。结果表明:TZM棒材经过锻造工艺加工后,随着锻造加工量的增大,密度不断增大,晶粒组织和强化粒子分布更加细密和均匀;锻造后棒材的室温强度、屈服强度、延伸率和显微硬度均随之增大。锻造加工量达到80%时,棒材拉伸强度达到780 MPa,屈服强度达到710 MPa,延伸率达到了25%,显微硬度达到HV255。总加工量大于70%时,棒材断裂方式表现出明显呈韧性断裂特征。     

碳纤维增强Si-C-N陶瓷基复合材料的氧化行为

采用化学气相浸渗(chemical vapor infiltration,CVI)法制备了以热解碳为界面的碳纤维增强碳氮化硅陶瓷基(carbon fiber reinforced siliconcarbonitride ceramic,C/Si-C-N)复合材料.用热重法研究了无涂层C/Si-C-N在空气环境中的氧化行为.研究表明:由950℃ CVI沉积的Si-C-N基体所制备的C/Si-C-N复合材料的氧化行为与碳纤维增强SiC陶瓷基(carbon fiber reinforced silicon carbide ceramic,C/SiC)复合材料的完全不同.在600～1 200℃,C/Si-C-N的氧化速率随温度的升高而持续增加,其抗氧化能力在600℃明显高于C/SiC复合材料;在900℃,抗氧化能力与C/SiC复合材料基本相当;在1 200℃,抗氧化能力则低于C/SiC复合材料.C/Si-C-N复合材料所表现出来的氧化行为主要与Si-C-N基体较低的热膨胀系数有关.     

C/Si-C-N复合材料的制备及其氧化行为研究

采用CVI方法制备出了以Si-C-N陶瓷为基体以热解炭为界面的炭纤维增强陶瓷基复合材料(C/Si-C-N)。采用热重法研究了C/Si-C-N复合材料在空气中的氧化行为,并探讨了基体制备温度对复合材料抗氧化性能的影响。研究表明:不同温度下制备的复合材料,其氧化行为完全不同。高温下制备的C/Si-C-N复合材料其氧化失重随氧化温度的升高而持续增加;低温下制备的C/Si-C-N复合材料则其氧化失重先随温度的升高而增加,随后在800~1000℃之间随温度的升高而减小,接着又随温度的升高而增加。较高的制备温度可使复合材料在900℃以下温度区间的抗氧化性能得到提高,但却使900℃以上温度区间的抗氧化性能降低。     

钼镧合金板材高温抗载荷弯曲性能研究

通过轧制和热处理工艺制备出了两种不同组织的钼镧合金板材,研究了该板材在1700oC和1800℃高温条件下的抗载荷弯曲性能。结果表明：采用常规工艺轧制和退火后生产的钼镧合金板材组织细小均匀,采用大变形量加工并提高温度进行完全再结晶退火后生产的钼镧合金板材形成了一种粗大的、燕尾搭接的再结晶组织;在1700—1800℃高温和相同载荷条件下测试时,粗大晶粒的钼镧合金板材具有优异的抗弯曲性能,其最大弯曲值小于常规热轧板材最大弯曲值的20％。     

加压方式对钨钛合金真空热压烧结工艺的影响

采用真空热压法制备钨钛合金,在相同升温条件下研究了加压方式变化对钨钛合金烧结工艺的影响.合金致密化行为研究表明:在烧结升温过程中,相同温度条件下施加低预压力(7MPa)和高预压力(25 MPa)烧结时,高预压力烧结的密度较高,致密化过程较快;当钨钛合金达到完全致密化时,高预压烧结对应的烧结时间较短,温度较低;高预压力烧结后由于烧结致密化温度降低,晶粒长大时间延长,烧结后晶粒平均直径较大.     

聚变堆中面向等离子体的钼板材制备工艺研究

通过对比采用轧制方法和锻造方法生产的钼板材的组织和力学性能,研究了面向等离子体钼板材的制备工艺。结果表明:采用板坯轧制方法生产的钼板材经过完全再结晶退火之后,尽管密度较大,但轧制面方向上金相组织晶粒较粗大,强度值明显偏低;采用钼棒坯经过大加工率锻造加工后生产出的钼板材同样经过完全再结晶退火处理后三向晶粒组织和强度值均匀,可满足聚变堆中钼板材料的使用要求,且进一步加大锻造加工率,可进一步提高板材的强度和密度。     

钼合金表面ZrB_2-SiC抗氧化涂层研究

钼及钼合金由于优异的机械性能而广泛应用于能源、航空航天、核工业等领域。但钼及钼合金的易氧化性限制了其在高温环境下的进一步应用。采用超音速等离子喷涂在钼基体表面制备ZrB2-SiC复合涂层,利用XRD和SEM等检测分析研究涂层的微观结构和物相组成,研究涂层在不同温度的氧化行为,分析氧化机理,结果表明,氧化后涂层表层形成粒子堆垛状,形成致密度较好的含有ZrO_2、ZrSiO_4高熔点颗粒的SiO_2玻璃相表面层,有效阻挡氧气向基体的扩散。