CuO-Al铝热体系超重力熔铸W-Cu梯度复合材料

对添加W颗粒的CuO-Al体系的绝热温度进行了计算分析,而后在超重力场中点燃添加20％质量分数W颗粒的CuO-Al铝热剂压块,通过分析获得的W-Cu复合材料显微组织发现,W含量分布不均匀且质量分数较低.将纯W颗粒压片置于CuO-Al-W铝热剂压块底部,超重力场中燃烧熔铸W-Cu复合材料,对其进行显微组织、相结构及硬度分布的研究,结果表明,沿超重力方向材料底部W含量较低(60％～65％),中部W含量较高(80％～89％),顶部W颗粒呈链状、团簇状聚集状态且含量较低(＜40％),结合硬度及相结构的检测结果,表明合金材料中沿超重力方向W成分呈连续梯度变化,并对其成型机制进行了初步分析,认为W成分连续梯度变化是由超重力燃烧熔铸工艺特点所决定的.     

石墨对Ni-Cr和Ni-Cr-W复合材料摩擦性能的影响

采用粉末冶金方法制备了Ni-Cr基自润滑复合材料,研究了Ni20Cr-石墨与Ni20Cr-10W-石墨复合材料中石墨含量和添加W后对材料力学性能和摩擦性能的影响.结果表明:随着石墨体积分数的增加,Ni20Cr-石墨复合材料的显微硬度和致密度不断降低;将石墨添加到Ni20Cr-10W复合材料中,材料摩擦系数明显降低,在每个试验温度下,复合材料的摩擦系数都随石墨含量的增加出现先增加后降低的变化规律;在Ni20Cr-石墨复合材料中添加体积分数10%的W后,复合材料显微硬度有所增加;当石墨体积分数为10%时,材料的摩擦系数在各个试验温度下均有所增加,当石墨体积分数为5%和15%时,复合材料的摩擦系数在整个温度范围内均有所降低;在整个温度范围内,Ni20Cr-10W-15石墨复合材料的摩擦系数最低.     

内嵌式钨铜粉末爆炸复合结构材料的研究

为满足托克马克核聚变装置内壁材料对W-Cu复合材料的需求,提出了内嵌式粉体爆炸复合方法和技术工艺。先用该方法制备内嵌式W-Cu粉复合材料,其实验粉末分别采用粒径3μm与23μm的纯钨粉和添加10%铜粉的W-Cu混合粉末(质量分数)。然后利用扫描电子显微镜、显微硬度计对内嵌式W-Cu粉复合材料进行表征、分析。结果显示,实验粉末经过爆炸烧结压实后能达到90%以上该密实材料的密度。添加10%铜粉后制备的W-Cu粉复合结构材料结合界面更加规则均匀理想,结合界面附近几乎没有孔隙,粉末压实部分孔隙度更小且孔隙的尺寸更小,均匀致密性更好,但粉末压实层硬度更低。使用粒径3μm的混合粉末与23μm的混合粉末,后者制备的W-Cu粉复合材料,粉末压实部分均匀致密性更好,孔隙度更小且孔隙的尺寸更小,粉末压实层密度更大,但硬度更低。     

内嵌式钨铜粉末爆炸复合结构材料的研究

为满足托克马克核聚变装置内壁材料对 W-Cu复合材料的需求,提出了内嵌式粉体爆炸复合方法和技术工艺。先用该方法制备内嵌式W-Cu粉复合材料,其实验粉末分别采用粒径3μm与23μm的纯钨粉和添加10%铜粉的W-Cu混合粉末(质量分数)。然后利用扫描电子显微镜、显微硬度计对内嵌式 W-Cu粉复合材料进行表征、分析。结果显示,实验粉末经过爆炸烧结压实后能达到90%以上该密实材料的密度。添加10%铜粉后制备的 W-Cu粉复合结构材料结合界面更加规则均匀理想,结合界面附近几乎没有孔隙,粉末压实部分孔隙度更小且孔隙的尺寸更小,均匀致密性更好,但粉末压实层硬度更低。使用粒径3μm的混合粉末与23μm的混合粉末,后者制备的 W-Cu粉复合材料,粉末压实部分均匀致密性更好,孔隙度更小且孔隙的尺寸更小,粉末压实层密度更大,但硬度更低。     

纳米TiC颗粒弥散增强超细晶钨基复合材料的组织结构与力学性能

采用高能球磨和热压烧结的方法成功制备了纳米TiC颗粒弥散增强超细晶W基复合材料,并对其组织结构、室温力学性能进行了研究.研究结果表明,当纳米TiC颗粒含量较小时,高能球磨可以使TiC颗粒均匀分散到W基体中,烧结后,TiC颗粒尺寸约100nm,当纳米TiC颗粒含量较高时,局部出现团聚现象;纳米TiC的加入强烈的阻碍了W晶粒的长大并使复合材料的断裂模式由沿晶断裂为主向穿晶断裂为主转变,提高了材料的力学性能;在TiC含量为1%(质量分数,下同)时,材料的致密度、维氏显微硬度、弹性模量、抗弯强度分别达到98.4%、4.33、396GPa、1065MPa.纳米TiC颗粒对复合材料的强化机制主要是细晶强化和晶界强化.     

磁控溅射沉积Cu-W薄膜的特征及热处理的影响

采用磁控共溅射法制备含钨1.51%~14.20%(原子分数,下同)的Cu-W合金薄膜,并用EDX、XRD、SEM、显微硬度仪和电阻仪研究了其成分、结构及性能。结果表明,添加W可显著细化Cu-W薄膜基体相晶粒,晶粒尺寸随W含量的增加而减小,Cu-W薄膜呈纳米晶结构。Cu-W薄膜中存在W在Cu中形成的fcc Cu(W)非平衡亚稳过饱和固溶体,固溶度随W含量的增加而提高,最大值为10.65%。与纯Cu膜对比发现,薄膜的显微硬度和电阻率总体上随W含量的增加而显著增大。经200℃、400℃及650℃热处理1h后,Cu-W薄膜基体相晶粒长大,EDX分析显示晶界处出现富W第二相;薄膜显微硬度降低,电阻率下降,降幅与退火温度呈正相关。添加W引起的晶粒细化效应以及退火中基体相晶粒度增大分别是Cu-W薄膜微观结构和性能形成及演变的主要原因。     

基于高压扭转法制备SiCp/Al基复合材料

基于高压扭转法制备SiCp/Al基复合材料(SiC体积分数为8.75%),采用排水法、金相显微镜、数字式显微硬度计,研究SiCp/Al基复合材料致密度、显微组织分布和硬度等性能。结果表明,基于高压扭转法可制备致密度高的SiCp/Al基复合材料,随着扭转半径的增加,SiC颗粒团聚现象减小,颗粒分布越均匀。材料的显微硬度呈先增加后减小的趋势。     

MoS_2和石墨对Ni-Cr基复合材料摩擦学性能的影响

用粉末冶金方法制备Ni-Cr基自润滑复合材料,研究了固体润滑剂MoS_2和石墨对复合材料的机械性能和摩擦学性能的影响。结果表明,随着MoS_2含量的增加,复合材料的显微硬度明显降低;MoS_2添加量从10%(质量分数,下同)增加到15%,复合材料摩擦系数和磨损率的变化并不明显。随着石墨含量的增加,复合材料的显微硬度呈逐渐降低的趋势,在400℃和800℃的摩擦系数呈升高趋势,石墨添加量为10%时室温摩擦系数最小。同时添加5%MoS_2和10%石墨时,复合材料的摩擦系数保持在0.48-0.65,石墨与MoS_2之间存在着协同效应,但是磨损率比添加单一润滑剂时高一个数量级。     

超声功率对多场耦合作用下脉冲电沉积Ni-ZrO_2纳米复合镀层性能的影响

超声作为解决纳米粒子团聚的有效方法之一,将其引入到磁场-脉冲电沉积中,在磁场-超声耦合作用下脉冲电沉积成功制得了Ni-ZrO_2纳米复合镀层。本工作系统地研究了超声功率对Ni-ZrO_2纳米复合镀层表面形貌、ZrO_2含量、组织结构、显微硬度、耐磨性、耐蚀性能的影响。结果表明,未施加超声时,镀层中ZrO_2含量为6.43%(质量分数),显微硬度为384HV。超声功率从0 W增大到320 W时,复合镀层的性能呈先上升后下降的趋势。当超声功率为240 W时,Ni-ZrO_2纳米复合镀层表面平整致密,晶粒细化,镀层中ZrO_2含量为15.2%(质量分数),显微硬度为494HV,磨损后的表面较光滑,并具有良好的耐蚀性。     

Cr3C2及(W,Ti)C对Al2O3/Cr3 C2/(W,Ti)C复合陶瓷材料Vickers硬度的影响

热压烧结制备了Al2O3/Cr3C2/(W,Ti)C复合陶瓷材料(以下简称ACW复合材料),对其Vickers硬度及组织形貌进行了研究,分析了Cr3C2及(W,Ti)C对Vickers硬度的影响.结果表明,(W,Ti)C和Cr3C2的添加利于阻止晶界迁移,抑制晶粒长大,Cr、W、Ti离子在Al2O3基体晶粒中的固溶起强化作用.每一相的添加量在10%～20%(体积分数,下同)为宜,添加总量在30%左右ACW复合材料硬度最佳.     

利用W-Cu梯度层连接93W合金与无氧铜的实验研究

针对“面向等离子体元件”对W—Cu复合材料的需求,进行了利用W—Cu梯度层连接93W合金与无氧铜的实验研究。首先选用Zn作为烧结助剂,采用粉末冶金方法热压烧结了不同W含量的W-Cu梯度层,研究了烧结温度、W含量对其致密度和微观结构的影响,确定了适宜的烧结条件为温度1123K,压力20MPa,保温时间60min。在该条件下制备的W-Cu梯度层的致密度大于96％,其物相为W、Cu,二者以机械混合形式共存。在此基础上,通过在93W合金与无氧铜之间加入三层W含量逐渐变化、无宏观界面的W—Cu梯度层,在梯度层致密烧结的同时,实现93W合金与无氧铜的连接。     

碳-蒙脱石二维纳米复合粉体制备与提纯

以聚乙烯醇、钙基蒙脱石为原料,通过溶液插层、碳化和气流粉碎工艺和技术制备碳-蒙脱石二维纳米粉体。物相和粒径分析结果表明:在钙基蒙脱石、聚乙烯醇、水的质量比为5∶5∶90的反应体系中,获得层间距d(001)=2.11 nm的聚乙烯醇-蒙脱石插层型复合粉体;400℃碳化该复合粉体获得具有三明治结构特征的碳-蒙脱石复合粉体(d(001)=1.56 nm);将碳-蒙脱石复合粉体气流粉碎可得含碳质量分数为6%左右,平均片径约为2μm,厚度小于30 nm的碳-蒙脱石二维纳米粉体,以管状、单片和多片层堆积等形态存在于体系中。通过梯度离心分离法可以提取不同片径的碳-蒙脱石二维纳米复合粉体。     

Fabrication of W-Cu functionally graded composites using high energy ball milling and spark plasma sintering for plasma facing components

W-Cu functionally graded composites (FGCs) up to six layers have been developed using high energy ball milling and spark plasma sintering (SPS) at a lower temperature of 900 °C. The relative density of W-Cu composites increased from 85.4% (W₈₀Cu₂₀ layer) to 95.7% (W₂₀Cu₈₀ layer) with increasing Cu content. All the W-Cu FGCs exhibited a graded structure even after SPS and showed a gradual change in hardness, Young’s modulus, and coefficient of thermal expansion (CTE). Furthermore, W-Cu composites showed a CTE and modulus between those of W and Cu and could be used as an intermediate layer between W and Cu in plasma facing components. The thermal cycle testing at 800 °C has confirmed that the W-Cu FGCs developed in this study can withstand thermal shock and showed a superior performance over directly bonded W-Cu sample. The W-Cu FGCs developed in the present study are not only suitable for plasma facing components but can also be used where the thermal stresses are introduced due to the large mismatch in CTE or elastic modulus.     

组份成分分布规律对功能梯度防护装甲动态响应的影响

利用数值模拟方法研究了在冲击载荷作用下组份成分对称分布的功能梯度板的动态响应。梯度板材料为陶瓷颗粒增强的铝基复合材料(MMC) 。增强相体积分数随厚度服从指数定律连续分布, 在对称分布条件下增强相体积分数分别在梯度板的前后表面达到最大值。结果显示, 在这种功能梯度装甲板中, 应力波的传播非常复杂, 弹性和粘塑性波耦合在一起, 反射拉伸波和卸载波的大小依赖于组份成分沿厚度的分布; 等效塑性应变的幅值、动能、弹性应变能及耗散能随时间的变化规律与功能梯度材料组份成分沿厚度的变化密切相关。这些因素对强冲击载荷作用下功能梯度板的优化设计非常重要。      

SiC颗粒增强铝合金基梯度复合材料拉伸力学性能及其评价

对SiC颗粒增强铝合金基梯度复合材料的拉伸力学性能进行了研究。提出了一种新的材料力学性能评价指标——梯度系数K_x。理论研究表明,金属基梯度复合材料(MMGC)各组分性能的差异使其在拉伸变形时产生了三轴应力。实验及断口分析表明,由拉伸试验获得的材料平均力学性能指标弹性模量E和屈服强度σ_0.2近似符合ROM法则;此类材料的拉伸力学性能受SiC颗粒梯度分布方式的影响。外层为基体,芯部为高SiC含量的材料拉伸断口具有韧性断裂特征,能发挥其性能优势。反之,断口表现出脆性断裂特征,降低了材料的力学性能;受多种因素影响,裂纹穿过层间界面时,会引起断裂方式和扩展方向的改变。当梯度层间SiC颗粒体积分数相差较大时,材料会产生分层开裂;梯度系数K_σb和K_δ可反映材料的梯度分布方式和性能的优劣程度,梯度系数K_E则反映了材料性能的稳定性程度。     

Ba对原位自生Mg_2Si/Mg-Zn-Si复合材料组织与力学性能的影响

研究添加0.1%~2.0%Ba(质量分数,下同)对高Si原位自生Mg2Si/Mg-Zn-Si复合材料组织和力学性能的影响。结果表明:随着Ba含量的增加,初生Mg2Si由树枝晶转变为多面体颗粒,其尺寸先减小后增大;汉字状共晶Mg2Si也先减少后增加;复合材料的力学性能显著改善。当Ba含量为1.0%时,其细化变质效果最好,合金的综合力学性能最佳,这是由于Ba的加入形成了大量细微的BaMg2Si2粒子可作为初生Mg2Si的异质形核核心,从而细化变质了Mg2Si;当Ba含量过高(1.0%),BaMg2Si2相聚集长大导致了过变质现象,力学性能下降。变质为细小多边形的Mg2Si颗粒减少了加载时应力集中与裂纹产生、扩展;其弥散分布阻碍了变形时位错运动,因此强化了复合材料。     

SiC颗粒增强铝合金基梯度复合材料弯曲力学性能及其评价

采用三点弯曲法,对SiC颗粒增强铝合金基梯度复合材料的弯曲力学性能进行了研究,提出了梯度复合材料抗弯强度比R₁和R₂两个新的力学性能评价指标。结果表明:金属基梯度复合材料(MMGC)的弯曲力学性能与其基本组分力学性能的关系不符合ROM法则,材料的抗弯强度和最大挠度强烈地受到SiC颗粒梯度分布方式与弯曲方向的影响;当基体处于受拉侧,高SiC含量组分处于受压侧时,MMGC能充分发挥其性能优势;MMGC在受梯度应力作用下的力学性能优势和其方向性特征受到材料状态、材料宏观不均匀性和微观连续性等因素的影响;MMGC的抗弯强度比R₁反映了这类材料的性能优势,而抗弯强度比R₂则反映了材料的方向性能特征。     

用气相反应法制备C/C复合材料的梯度SiC涂层

本文采用化学气相反应法（CVR）制备了C/C复合材料的梯度SiC涂层,对该梯度涂层的形成机理及抗氧化性能进行了试验研究.研究结果表明：Si渗入基体的速率对梯度涂层的形成产生直接的影响,当采用体密度较高的C/C基体时,得到了完整致密的梯度SiC涂层,生成的SiC为β-SiC,该涂层具有较好的高温抗氧化能力,在1500℃静态空气气氛中,氧化26小时后失重不超过2%.     

Ti-C含量对多孔TiC/FeAl复合材料孔型结构和力学性能的影响

以尿素为造孔剂,利用自蔓延高温合成技术制备了多孔TiC/FeAl复合材料,主要考察了Ti-C含量（质量分数为15wt%~35wt%）对多孔TiC/FeAl复合材料孔型结构和压缩性能的影响。当Ti-C含量不高于25wt%时,多孔TiC/FeAl复合材料由毫米孔和孔壁微孔组成规则的复合孔型结构。相互连通的毫米孔产生于尿素颗粒的挥发和液相迁移;微孔尺寸为10~50 μm,产生于Fe-Al-Ti-C粉末的自蔓延过程,孔径随Ti-C含量的增加而增大。通过调整尿素的体积分数,多孔TiC/FeAl复合材料的孔隙率可控制在56.64%~85.35%。当Ti-C含量不高于25wt%时,多孔TiC/FeAl复合材料的抗压强度随Ti-C含量的增加而增大。当Ti-C含量高于25wt%时,多孔TiC/FeAl复合材料壁面微孔形状很不规则,且抗压强度下降。孔隙率约为64.3%时,多孔Fe-Al金属间化合物和TiC/FeAl复合材料（Ti-C含量为25wt%）的抗压强度分别为20.03 MPa和66.68 MPa,对应的应变值分别为4.77%和8.21%。另外,多孔TiC/FeAl复合材料的压缩性能可用Gibson-Ashby模型来解释。