SiC晶须增强陶瓷基复合材料的研究

用不同的Al_2O_3粉料,采用SiC晶须补强以及加入第三相SiC粒子弥散增韧的方式,研究了SiC晶须Al_2O_3基复合材料的力学性能,得到强度σ_f=780MPa,K_(Ic)=7.6MPa·m~(1/2)的结果。通过不同的分敌途径,对晶须分散效果进行了实验观察和探讨;并讨论了晶须的分散均匀性对力学性能的影响。同时,就晶须团聚体在增韧过程中所起的作用提出了一种新的、可能的增韧机制,合理地解释了实验结果。最后,就三元复合系统中晶须补强和弥散增韧两种途径的迭加效果进行了讨论。     

界面对浆料浸渍裂解Cf/SiC复合材料性能的影响

利用强制脉冲CVI工艺在2.5D纤维编织体上沉积C-SiC双层界面,然后通过浆料浸渍裂解方法得到了Cf/SiC复合材料,并考察界面中C层、SiC层厚度变化对Cf/SiC复合材料性能的影响.界面中C层、SiC层厚度变化对浸渍过程影响不大,得到的Cf/SiC复合材料密度基本相当,约2.0 g/cm3.但随C层厚度的增加,强度减小;随着SiC层厚度的增加,强度增加,到达一定厚度后,其强度几乎不变,为290.0 MPa.在C层厚度为50 nm,SiC层厚度为600 nm时,表现出强的非脆性断裂.     

液相烧结碳化硅陶瓷的原位研究（英文）

采用原位分析设备与传统方法相结合的方式研究了以Al2O3和Y2O3为烧结助剂的Si C陶瓷的液相烧结过程。通过高温实时观测炉对样品在测试过程中的收缩曲线以及形貌变化进行了表征,以及对液相形成过程的模拟进行了观测。采用传统分析方法研究了样品的相对密度、抗弯强度、物相组成以及微结构演变从1640℃到1920℃以40℃为间隔的变化情况。研究发现,液相明显开始起作用的温度在1640℃到1680℃之间。经典的液相烧结三阶段理论可以通过微结构以及相对密度等的分析来得到验证。该烧结体系的最佳烧结温度确认为1880℃,最高密度为(99.46±0.37)%,最大强度为(650±26)MPa。     

常压烧结碳化硅陶瓷的表面裂纹对其力学性能的影响

以常压烧结碳化硅陶瓷材料(SSiC陶瓷)为研究对象,开展陶瓷表面裂纹及其对力学性能影响的研究。结果表明,当裂纹尺寸小于40μm时,SSiC陶瓷的弯曲强度迅速降低55%;裂纹尺寸约50μm以后,弯曲强度的下降趋于平缓。通过曲线拟合及实验验证得到了弯曲强度对不同裂纹尺寸的关系式。通过对裂纹方向的研究,建立了裂纹方向对材料弯曲强度产生影响的模型。     

不同B/C摩尔比碳化硼薄膜的光学性能

多层膜反射镜是X射线波段和极紫外波段的重要光学部件.碳化硼作为常见的反射膜材料,其薄膜成分及光学常数计算的准确性对反射镜的反射性能具有明显影响.本研究使用直流磁控溅射技术制备碳化硼薄膜,利用X射线光电子能谱(XPS)、X射线全反射(XRR)、原子力显微镜(AFM)和同步辐射光源等对试样进行了表征,利用改进的拟合函数拟合了基底和薄膜的反射率曲线.结果表明,非晶碳化硼薄膜的元素化学状态相同,其基本成分包含碳化硼和含氧碳化硼;在5～45 nm波段,薄膜B/C摩尔比为4.23时,反射性能最好,同时其基底与薄膜的电子密度差值最大,试样反射性能变化与试样电子密度差值变化基本一致;与原始拟合函数相比,改进的拟合函数提高了薄膜光学常数计算的准确性.     

碳化硅陶瓷浆料基3D打印研究进展

碳化硅陶瓷由于具有优异的热学、力学、化学性质,被广泛应用于国民生产生活中.然而,传统的成型方法存在精度低、难以制备复杂形状等问题,已不能满足制造业的需要.增材制造为此提供了新的发展方向.本文综述了目前以浆料形式3D打印SiC陶瓷材料的进展,对比了DIW、SLA、DLP、TPP技术在制造碳化硅陶瓷材料方面的优缺点,为选择制备方法提供了参考;还综述了四种方法制备过程中存在的问题,并为此总结了一些解决方案.     

低黏结剂含量SiC素坯的选区激光烧结

Al/SiC是SiC基复合材料, 具有优异的力学性能和热学性能, 在大功率电子器件、5G基站关键冷却组件、电动汽车、高速刹车片、空间探测器操作装置等相关领域具有不可替代的作用。传统制备工艺的局限性使得近净成形的无压浸渗法成为制备Al/SiC复合材料的一种较好的方法。得到高质量的碳化硅(SiC)陶瓷素坯是熔渗技术的先决条件, 选区激光烧结技术是获得高质量陶瓷素坯的一种新方法。该方法具有快速、高效的优点, 无需模具即可成型制备大规模、复杂形状部件。本研究以热塑性酚醛树脂为黏结剂, 利用机械混合与喷雾造粒的方法制备了复合粉体, 采用选区激光烧结技术制备SiC素坯, 制备了黏结剂体积分数低至15%的样品, 并对其力学性能和微观结构进行表征。当树脂含量增大到体积分数25%时, SiC坯体的强度增量为702.1%。对于喷雾造粒粉体制备的样品而言, 喷雾干粉的多孔结构使得SiC生坯的孔隙率较高(71.18%), 导致生坯强度下降。     

非氧化物陶瓷光固化增材制造研究进展及展望

目前光固化3D打印技术因打印成型精度高而被广泛应用于陶瓷增材制造, 其中非氧化物陶瓷如碳化硅、氮化硅等因打印材料粉体折射率和吸光度比较高, 光固化陶瓷浆料存在分散稳定性差、入射光难穿透并产生光固化反应的固化层厚度低等问题, 导致其固含量很难提高甚至于无法打印成型。高固含量的非氧化物陶瓷打印成型成为光固化3D打印的主要难点, 吸引了广大学者对其光固化机理、粉体调控等机制进行研究。本文系统地总结了几种非氧化物陶瓷光固化浆料的制备、光固化成型、有机物去除及烧结致密化的研究工作, 并就如何对光敏树脂组成进行调节、对陶瓷粉体进行改性的几种方法进行分析与讨论, 针对性地提出创新方案来改善非氧化物陶瓷的浆料性能、光固化打印优化和致密化缺陷修复及性能提升, 最终推动大尺寸、复杂结构的非氧化物陶瓷部件光固化增材制造高精度制备技术的进步。     

基于A位元素置换策略合成新型MAX相材料Ti3ZnC2

MAX相材料是一类兼具金属和陶瓷特性的三元层状材料, 在高温导电、耐磨、耐腐蚀和耐辐照损伤等方面性能优异。目前已经合成出的MAX相材料已有70余种, 但A位元素一直局限在ⅢA和ⅣA主族元素, 如Al、Si、Ga等, 而以副族元素占据A位的MAX相鲜有报道。本研究以Ti₃AlC₂为前驱体, 利用熔盐中的A位置换反应, 制备出了A位为Zn元素的全新MAX相材料Ti₃ZnC₂。结合X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等分析手段对Ti₃ZnC₂的成分和结构进行了确认, 并通过密度泛函理论对Ti₃ZnC₂的结构稳定性和晶格参数进行了确定。进一步通过热力学计算对Fe、Co、Ni、Cu等几种元素的A位置换反应进行了预测, 发现采用这几种元素的氧化物进行置换反应在热力学上也都具有可行性。本研究所提出的元素置换策略是在保持MAX相六方层状晶体结构的基础上, 利用Al、Zn在高温下形成共晶产物实现Zn原子向A层内的迁移, 而熔盐介质的存在促进了反应动力学。本方法巧妙地避免了MAX相传统合成过程中竞争相的形成, 如M-A合金相, 因此可以用于探索更多未知的MAX相材料。