Al/SiC界面结合机制的研究现状

对ＳｉＣ增强的铝基复合材料中Ａｌ／ＳｉＣ界面结合机制的研究现状进行了综述,着重分析了Ａｌ／ＳｉＣ体系的直接结合机制和界面反应结合机制,讨论了ＳｉＣ表面ＳｉＯ２层对界面反应和界面结合状态的影响。     

Al-K2ZrF6反应体系生成Al3Zrp/Al复合材料的界面结构

借助于透射电镜 (TEM )研究了Al K2 ZrF6体系熔体反应生成Al3 Zrp/Al复合材料中Al3 Zr颗粒晶体形貌及Al3 Zr/Al界面结构。结果表明 :原位生成的Al3 Zr颗粒以多面体和长方体为主 ,颗粒晶体表面存在生长小面(facet) ,其晶体为四方结构 ,密排面为 (11- 4- ) ;Al3 Zr/Al界面光滑、洁净 ,无界面反应物。电子衍射图及界面原子排列分析表明 ,Al3 Zr颗粒与Al在界面处存在位向关系 :[2 - 2 - 1]Al3 Zr∥ [10 0 ]Al,(0 12 ) Al3 Zr∥ (11- 0 ) Al,其点阵错配度仅为 10 .87%。此外 ,熔体反应法制备的Al3 Zrp/Al复合材料不仅凝固组织均匀 ,而且具有良好的力学性能。     

石墨纤维增强Al基复合材料界面反应机制研究

本文利用透射电子显微镜（ＴＥＭ）对不同条件下形成的石墨长纤维增强Ａｌ－Ｔｉ（０．３５ａｔ－％）基复合材料的界面微观结构进行了比较研究，用高分辨透射电子显微术研究了Ａｌ４Ｃ３的生长规律。结果表明Ａｌ４Ｃ３顶端与Ａｌ基体间的界面粗糙，其生长机制为连续生长。Ａｌ４Ｃ３的（０００１）面与Ａｌ基面光滑，其生长机制为沿面生长。两种生长机制在不同的生长驱力作用下，具有不同的相对生长速率。因此在不同的材料制备工艺     

Al/SiC界面结合机制的研究现状(续)

2 .3　Ａｌ/ＳｉＣ界面反应机理一般认为在ＳｉＣ/Ａｌ系统中 ,Ａｌ4 Ｃ3的形核通过两个步骤进行 :即ＳｉＣ溶解于熔融Ａｌ中 ,然后与Ａｌ发生如式⑴的反应 ,基本上是溶解、扩散和化合的过程 ,Ａｌ/ＳｉＣ界面属于既有溶解又有反应结合的混合型界面。ＳｉＣ的溶解似乎是一个择优过程 ,当ＳｉＣ与Ａｌ液接触时 ,界面能具有各向异性的特点 ,为了减少系统的界面能 ,ＳｉＣ表面高能量位置发生溶解 ,从而产生台阶 ,使与基体结合的ＳｉＣ晶面是低能量、低能数晶面〔2 9〕,实验结果也表明ＳｉＣ的溶解是不均匀的〔2 8〕,但对于Ａｌ/ＳｉＣ界面反应…     

Nicalon SiC/Al复合材料中的界面反应

从热力学和动力学方面对Nicalon SiC纤维与Al的化学反应进行了研究,探讨了反应机理及合金元素的影响.实验表明,从953K开始就发生SiC纤维和Al之间的反应.其反应符合抛物线规律;在1013K和1033K反应速率常数分别为3.30×10~(-8)m·s~(-1/2)和3.85×10~(-8)m·s~(-1/2).Mg,Cu和Mn等合金元素的共同作用会加剧其反应.     

SiC/Ti基复合材料界面反应的研究现状及发展趋势

综述了SiC连续纤维增强Ti基复合材料界面反应现状和存在的问题，介绍了本课题组在TMC面反应研究上的最新进展，预测了TMC界面反应研究的趋势。     

硼酸铝晶须增强Al复合材料的性能及界面结构

采用挤压铸造工艺制备出复合良好的9Al_2O_3 2B_2O_3晶须增强6061Al合金及纯Al复合材料研究表明,T6处理不能提高9Al_2O_3 2B_2O_3w/6061Al复合材料的力学性能,其原因是T6处理后复合材料中的界面反应明显加重利用透射电子显微术对此复合材料界面的观察与分析认为,界面上存在着严重的化学反应,反应物为Al_2MgO_4将制造态与T6态的界面结构对比发现,正是这种界面化学反应对材料的性能产生不利影响而在9Al_2O_3 2B_2O_3w/纯Al界面上未发现任何化学反应。界面能谱EDS成分分析结果表明,上述界面化学反应是由材料制造过程中基体合金中的Mg在界面上原子偏聚造成的     

SiC纤维增强钛基复合材料的界面反应

采用真空热压工艺制备了界面结合良好的SiC纤维增强钛基复合材料,并对其界面和SiC纤维进行了透射电镜分析.结果表明,针状β-SiC晶粒沿纤维径向生长,呈辐射状分布;在复合材料的热压制备过程中,Si和C由SiC纤维向钛基体扩散,Ti则向SiC纤维扩散,形成了TiC和Ti5Si3等产物.     

连续SiC纤维增强钛基复合材料界面反应研究

针对连续SiC纤维增强钛基复合材料界面反应速率、反应产物进行了研究.采用基体-纤维涂覆法和热等静压工艺,制备了连续W芯SiC纤维增强TC17复合材料.对复合材料进行不同温度、不同时间热暴露,通过SEM、TEM、EDS,表征分析了界面反应层厚度、界面处化学成分及界面反应产物类型.结果表明:C涂层能有效保护SiC纤维;界面反应层处的主要元素为Ti和C;制备状态试样的界面反应产物为TiC1-x,靠近C涂层的TiC1-x晶粒较细小,靠近基体TiC1-x晶粒较粗大;高温热暴露使界面反应加剧,反应层厚度增加,反应层的生长符合抛物线规律,反应的动力学参数为频率因子k0=1.33×10-3m·s-1/2,反应激活能Q=243.22 kJ·mol-1.     

石墨纤维增强Al基复合材料界面反应机制研究

本文利用透射电子显微镜（ＴＥＭ）对不同条件下形成的石墨长纤维增强Ａｌ—Ｔｉ（０．３５ａｔ—％）基复合材料的界面微观结构进行了比较研究，用高分辨透时电子显微术研究了Ａｌ＿４Ｃ＿３的生长规律，结果表明Ａｌ＿４Ｃ＿３顶端与Ａｌ基体间的界面粗糙，其生长机制为连续生长，Ａｌ＿４Ｃ＿３的（０００１）面与Ａｌ基体的界面光滑，其生长机制为沿面生长．两种生长机制在不同的生长驱动力作用下，具有不同的相对生长速率。因此在不同的材料制备工艺条下，Ａｌ＿４Ｃ＿３的形态也表现出不同的特点。讨论了纤维分布情况对界面微观结构的影响，认为适当降低纤维体积含量对进一步改善复合材料性能有利。     

SiC/Ti6Al4V复合材料界面反应扩散系数和微观扩散机理

采用三元体系半无限扩散偶的高斯方法,求解了SiC/Ti6AL4V复合材料界面反应层中相关元素的扩散系数,计算的浓度分布和实测值一致.碳原子通过反应层的扩散服从间隙扩散机制,硅原子的扩散为空位扩散机制.由于碳扩散的振动能最低并且跃迁距离最短,而供硅扩散的空位不足,碳和硅在反应产物TiCx中具有最小的内禀扩散系数,分别为8.9403×10-16和4.7747×10-16 m2·s-1.研究表明,在SiC/Ti6AL4V复合材料界面反应的过程中,反应元素通过反应层TiCx的扩散是一个主要的控制步骤.     

SiC／Ti基复合材料界面反应的热力学研究

通过建立热力学可能反应模型，分别计算了SCS－6 SiC长纤维增强Ti3Al和TiAl金属间化合物基复合材料界面反应的Gibbs函数变值△rG，并用△rG判据推测了界面反应产物并与透射电镜实验结果进行了对比分析。研究表明，由于TiAl中原子结合力较强，因而SCS－6 SiC/TiAl复合材料的界面反应较轻。所研究的2种复合材料界面反应的二元反应产物为TiC,Ti5Si3和Ti3Si,Ti-Si相图中的其它二元硅化物不可能形成。     

La在Al2O3(sf)/Al-5.0%Cu复合材料界面的分布及界面结构研究

挤压铸造Al2O3（sf）／Al-5．0％Cu复合材料时添加适量稀土La,并研究了界面附近La元素的分布。添加稀土后能明显的改善纤维与基体的润湿性．并促进了界面反应的发生．在纤维与基体合金之间生成致密的厚度约2μm的过渡层．并建立了界面的生成及结构模型。     

SiC/Ti3Al界面固相反应研究

使用扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对经950～1100℃热处理的SiC/Ti3Al平面界面偶界面固相反应层的成分分布、微结构及相组成等进行了分析研究,讨论了SiC/Ti3Al界面固相反应机制,并对热处理过程中反应层成长的动力学过程进行了探讨,获得相应的动力学方程.结果表明,SiC/Ti3Al界面固相反应层主要由TiC、Ti5Si3Cx及Ti2(Al,Si)构成.SiC/Ti3Al界面固相反应的发生归因于TiC和Ti5Si3Cx数值大的负吉布斯自由能变化.SiC/Ti3Al界面固相反应层遵循抛物线生长规律,为扩散控制的反应过程,反应速率常数为:K=1.81×10-5 exp(-259×103/RT),m2/s.     

SiC_f/Ti6Al4V/Cu复合材料的界面行为及力学性能

采用箔-纤维-箔法制备SiC_f/Ti6Al4V/Cu复合材料,研究Ti6Al4V在连续SiC纤维增强Cu基复合材料中作界面改性涂层时的界面反应结合特征.利用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪分析复合材料显微组织、断口形貌以及SiC_f/Ti6Al4V界面和Ti6A14WCu界面的反应扩散特征.结果表明:该复合材料的抗拉强度并没有显著提高;SiC_f/Ti6Al4V界面反应非常微弱;而Ti6Al4V/Cu界面反应非常明显,主要是Ti原子与Cu原子之间的反应,反应层厚度约为20 μm;反应产物主要呈4层分布,分别为CuTi_2、CuTi、Cu_4Ti_3和Cu_4Ti.     

Ce及Mg对SiCp/Al复合材料界面润湿性的影响

采用液态搅拌法制备了SiCp/ZL105复合材料,并对其界面行为进行了研究.试验结果表明,表面活性元素Mg的加入能降低铝合金熔体的表面张力,进而改善SiC颗粒与铝基体间的界面润湿性,增强SiC颗粒与基体间的浸润复合;而加入富铈混合稀土后没有收到明显的效果.分析认为,Mg对铝液表面张力及其在颗粒表面润湿性的改善是通过在颗粒与熔体间引发了化学反应达到的,并非仅物理作用.在本试验条件下,Mg的加入引发了MgAl2O4在颗粒表面的生成,达到了改善界面润湿性的效果;而富铈稀土加入后,未在SiC颗粒与铝熔体间引发界面反应.     

反应热压烧结Al4SiC4/C复合材料

以铝粉、石墨粉和有机物聚碳硅烷(PCS)为原材料,采用预裂解及原位反应热压烧结的方法制备了Al4SiC4/C复合材料.通过XRD、SEM及力学分析等测试手段对材料的结构及性能进行了分析研究.对烧结材料的XRD分析结果表明所加入原材料按设计转化为新相.但组织观察表明两相均存在不同程度的团聚现象.Al4SiC4/C复合材料的力学行能随着Al4SiC4含量的增加而逐渐升高.     

SCS-6 SiC/TiB2/Ti2AlNb复合材料界面反应及机理

利用透射电镜对SCS-6 SiC/TiB2/Ti2AlNb复合材料的界面反应进行了观察,并运用量子化学计算理论及有关热力学模型,计算了SCS-6 SiC/TiB2/Ti2AlNb复合材料界面反应的Gibbs函数变值△rG,据此对实验结果进行了讨论与分析.研究表明,TiB2可有效地阻止元素扩散与反应,但在高温长时间热暴露后,TiB2层消耗殆尽形成TiB.SCS-6 SiC的C涂层与基体Ti2AlNb中元素反应形成不同的碳化物与硅化物.研究结果还表明,化学计量比的TiB2要比富B的TiB2更加稳定,因此作为界面障碍涂层更为有利.     

SiC连续纤维增强Ti基复合材料界面反应扩散研究进展

介绍了目前研究Ti基复合材料界面反应扩散模型、界面反应的动力学和热力学、界面反应扩散控制机理。以及障碍涂层对界面反应扩散的影响。指出SiC纤维增强Ti基复合材料界面反应扩散的研究重点和发展方向。     

SiC／Al—4%Mg复合材料的组织特征及界面分析

试验观察发现，在ＳｉＣ粒子增强Ａｌ－４％Ｍｇ复合材料中，绝大多数ＳｉＣ粒子分布于α相的晶界，呈夫规则排列，少量留在α相晶粒内。本文对其进行了理论分析，并对ＳｉＣ粒子与ＳＡｌ基体的界面进行了微观观察和分析。