晶须增强光敏树脂结合剂超薄金刚石切割砂轮片的研究

本文以快速原型制造技术为基础,研究以光敏树脂作为结合剂的超薄金刚石切割砂轮片的快速制造技术。通过在液态光敏树脂基体中加复合晶须的方法,以提高金刚石切割砂轮片结合剂机械性能,研究了REV晶须添加量对金刚石切割砂轮片强度及磨削性能的影响。对单晶硅片的切割加工试验表明,利用晶须增强光敏树脂结合剂可以显著改善光敏树脂结合剂超薄金刚石切割砂轮片的磨削性能。     

SiC晶须强化树脂的磨损特性及其在磨削加工中的应用

本文使用SiC晶须(细纤维)与酚醛树脂混合，经特殊工艺处理后制成了几种不同晶须含量、排列方向及粉末添加剂的SiC晶须强化树脂。通过对接触材料(模具钢SKD11，HRC60)所进行的磨损特性试验可知，当SiC晶须强化树脂中晶须的含量增高及排列方向与接触材料的摩擦面相垂直时，其磨损量将小于接触材料的磨损量，这表明SiC晶须材料具有磨料的作用。本文利用这一作用将SiC晶须强化树脂制成杯形砂轮，并应用到模具钢SKD11的磨削加工中，能获得高达6000的磨削比和纳米级的加工表面(Ra1．5nm／Ry16nm)，进一步表明SiC晶须作为磨料是可行的、实用的。     

粉末冶金法制备15镁基复合材料组织及性能的研究

采用粉末冶金法制备了SiC颗粒及晶须增强MB15镁基复合材料的试样，借助扫描电镜对其显微结构及拉伸断口进行了观察分析。同时，比较了SiC颗粒和晶须对MB15镁合金室温力学性能的影响。结果表明，SiC颗粒和晶须能显著提高MB15镁合金的室温强度和弹性模量，且SiC晶须的作用比SiC颗粒更明显。     

SiC晶须砂轮的开发及其磨削特性

细磨粒砂轮用来进行高精度磨削。然而，由于细磨粒具有较小的结合面积，即使在正常的磨削条件下，磨粒易于从砂轮表面上脱落，导致加工精度与效率低下。近十年来，由于SiC晶须(微细纤维)具有高硬度、高强度、高耐磨性和相容性好等优良的机械与物理化学特性，因而广泛地用作金属、陶瓷、塑料及复合材料的强化材料^[1-2]。SiC晶须的平均长度和直径分别为50μm左右和数微米，比相同直径的细磨粒具有相对较大的结合面积。1993年以来，日本山口胜美、洞口严教授和中国魏源迁教授使用SiC晶须作为磨料和酚醛树脂结合剂，成功地开发了一种SiC晶须砂轮^[3-5]。该砂轮中的SiC晶须按同一方向排列且与砂轮磨削面相垂直，晶须的端部可作为切削刃。为了考察此砂轮的磨削特性，本文对难加工材料如模具钢SKD11(HRC60))进行了大量的磨削试验。试验结果表明该砂轮不仅具有很高的磨削比(6000以上)和磨削效率，而且能获得纳米级加工表面(Ral．5nm／Ry16nm)。     

SiO2微粉分形分布对超薄切割砂轮片拉伸性能的影响

在研究利用光敏树脂快速成型工艺制作超薄切割砂轮片时，发现往光敏树脂中添加适量的SiO2微粉，光敏树脂的拉伸强度明显增加。添加的SiO2微粉的用量的不同，在光敏树脂中形成的分形分布不同，对光固化成型后的超薄切割砂轮片的拉伸强度有不同的影响。本文通过研究SiO2微粉在光敏树脂中分布特征，根据分形理论，用分形维来描述其分布特征及其对光敏树脂光固化成型后的超薄切割砂轮片的拉伸性能的影响。     

SiCw/6061Al复合材料无钎剂加压钎焊

提出一种新的钎焊方法－－无钎剂加压钎焊,采用Zn-Al钎料进行了SiCw/6061Al复合材料的焊接试验,研究了温度、压力两工艺参数对接头强度及微观组织的影响规律,并初步分析了辅助工艺－机械刮擦的作用。试验发现,温度和压力是至关重要的钎焊工艺参数,当温度在400－450℃,压力为30MPa时,接头拉伸破坏于钎缝处,强度达到263．3MPa,为母材抗拉强度的85％－90％。采用扫描电镜分析断口,发现其形貌为小韧窝＋准确理＋SiC晶须,还存在被拉伸拔掉的SiC晶须残留的凹坑,这证明了SiC晶须在钎缝中的强化作用。X射线衍射相结构分析表明,断口是由α-Al(Zn)固溶体基体上均匀分布着SiC晶须组成,这同时表明钎缝主要有α-Al（Zn）基体＋SiC晶须组成。     

热压烧结制备SiCw/ZrB2陶瓷复合材料的研究

在烧结温度和压力为1800 ℃和30 MPa条件下热压烧结制备ZrB2-20%(体积分数, 下同)SiCw陶瓷复合材料,并研究两种不同SiC晶须对材料的显微组织与力学性能的影响.结果表明,复合材料的弯曲强度和断裂韧性与SiC晶须的长径比有关,长径比越大材料的性能越好,弯曲强度和断裂韧性最高为651 MPa和5.97 MPa·m1/2;与单相的ZrB2材料及SiC颗粒增强ZrB2复合材料相比,断裂韧性有显著提高;其主要增韧机制为裂纹偏转、晶须桥连和拔出.     

金属基复合材料的发展

复合材料之中最受关注的莫过于纤维增强复合材料。通过纤维强化有可能设计出高温强度优越的材料。早在1948年美国贝尔研究所就已开始研究晶须，确认了锡晶须具有接近于理论值的高强度。1965年GE公司研究了品须作增强材料的可能性，并开发了Al2O3晶须增强的银。1980年日本开发了廉价的SiC晶须，1982年丰田汽车公司发明成功短纤维强化材料。此后相继开发了一系列晶须材料，如SisN4、钛酸钙、硼酸铝、氧化镁等。肾982年至1989年间开发了纤维强化的铝和纤维强化的钛基复合材料。1989年后开发了金属间化合物基和C／C复合材料。近年来，铝基复…     

SiC_w/Al复合材料的微观结构与性能

本文研究了17V.-％SiC_W/ZL109Al复合材料的微观结构和性能。透射电镜观察和能谱分析发现,在复合材料中Al扩散到SiC晶须内部,并且在晶须/基体界面处有位错存在,拉伸试验结果表明,在573和733K温度下热暴露和热循环都导致复合材料强度降低,在733K加热时间相同的条件下热暴露引起复合材料强度的降低比热循环引起强度的降低强烈。此外,SiC_W/Al复合材料还具有高的耐磨性,在所研究的晶须含量范围内(V_f=11-17％),晶须含量对复合材料的耐磨性几乎没有影响。     

硬质合金复合刀具的制备及性能研究

采用热压烧结法制备了不同SiC晶须含量的硬质合金复合刀具,研究了不同SiC晶须含量对材料密度、硬度、孔隙度、断裂韧性和断口形貌的影响。结果表明,SiC晶须含量的增加会使得硬质合金复合刀具密度呈现逐渐降低的趋势;当SiC晶须含量为0.4%时,复合刀具可以取得硬度和断裂韧性的最大值;添加SiC晶须的复合刀具中的晶须拔出和晶须桥接机制可以有效提高复合刀具的强塑性。     

先驱体转化2D Cf/SiC复合材料的拉伸行为研究

研究了先驱体转化2D Cf/SiC复合材料的拉伸行为.单向拉伸试验表明,材料的抗拉伸强度、拉伸模量和断裂应变分别为181.45MPa、64.95 GPa和0.744%.通过拉伸加载卸载试验分析了材料的拉伸失效过程,并对拉伸试验的应力应变曲线进行了拟合.结果表明,2D Cf/SiC复合材料拉伸破坏可以分为线弹性变形、基体破坏、纤维断裂和材料整体破坏4个阶段,拟合得到的曲线与试验曲线非常吻合.     

光敏树脂结合剂砂轮结合强度的研究

对以光敏树脂代替热固化树脂作为结合剂的砂轮而言，砂轮中的金刚石磨粒与树脂基体结合的紧密程度是影响砂轮综合性能的重要因素。本文研究了光敏树脂结合剂与金刚石磨粒以及添加物的结合机理，提出了改善树脂结合剂与金刚石磨粒以及添加物结合强度的措施：为增强光敏树脂基体的韧性，减小其与金刚石磨粒的热膨胀系数的差别，添加一定量粒径为100nm的SiO2微粉，对试件进行泛紫外光照射(2h)并加热恒温保存(2h)，试验结果表明：试件的拉伸强度和弹性模量分别提高了90．5％和69．5％。     

粉末冶金法制备SiC晶须增强MB15镁基复合材料

采用粉末冶金法制备了SiC晶须增强镁基复合材料(SiCW／MB15)试样。通过检测基体显微硬度探讨了SiCW对镁合金时效规律的影响，并借助扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和拉伸试验，研究了混粉方式对复合材料室温力学性能、SiCW分布及显微结构的影响。结果表明，MB15及其复合材料的时效硬化曲线上均存在双峰现象；SiCW的加入既提高了MB5的硬度，又加快了其时效速度：混粉方式对晶须分布及SiCW／MB15复合材料的室温力学性能影响很大。     

增强相含量对SiC_P/2024复合材料显微组织和力学性能的影响

采用热等静压的方法制备了不同比例SiC颗粒增强相增强铝基复合材料,研究了SiC质量分数在15wt%～20wt%条件下,增强相含量对SiC_P/2024复合材料微观组织、拉伸性能及硬度的影响。结果表明:SiC颗粒在铝基体中呈骨架连续分布,经固溶热处理和自然时效后,晶粒尺寸增大,整体均匀化,界面结合状态良好,SiC_P/2024复合材料的拉伸强度有明显的提高;当SiC质量分数在15wt%～20wt%时,随着增强相含量的增加,SiC_P/2024复合材料抗拉强度和硬度变化不大,但会提高材料的屈服强度。相比未添加SiC颗粒的铝基体,SiC颗粒作为硬质相加入到铝基体后,在界面结合状态良好的状态下,对材料的力学性能具有良好的改善作用。     

紫外光固化非金属芯线金刚石线锯研究

提出了一种用非金属芯线代替传统金属芯线的紫外光固化金刚石线锯制作方法。通过对几种芯线材料的拉伸强度进行对比试验,高抗拉强度的聚乙烯线更有利于满足线锯芯线微细、高强度的技术要求。芯线表面处理的试验研究确定了聚乙烯线在温度为80～8℃自配溶液中处理4min的最佳参数,可以获得聚乙烯芯线和光固化树脂结合剂之间的最佳结合强度。切割试验表明,该工艺制作的金刚石线锯可以获得良好的加工性能。     

烧成条件对Al2O3-C材料微结构与性能的影响

研究了不同的烧成温度及保温时间对Al2O3-C材料物理性能的影响,采用压汞仪和扫描电镜分析了其微观结构以及相组成的变化规律.结果表明,在实验温度范围内,低温烧成或低温条件下适当延长保温时间,有利于材料中SiC晶须的生成和生长发育,因此材料的显气孔率、体积密度、冷态耐压强度、热态抗折强度较高温条件下烧成的优越;提高烧成温度,SiC晶须发生继续氧化,导致SiC晶须数量减少,质量变差,并且硅-碳-氧反应可能更倾向于形成硅氧化物以及气体,这些气体物质逸出使材料的气孔增多,显气孔率增大,但同时也使材料中d＜1 μm的微气孔率增加.     

激光能量密度对原位生长碳化硅晶须形态的影响

以激光为热源,以SiC纳米颗粒材料为前驱体,进行了激光照射下SiC纳米颗粒原位生长晶须的试验,利用SEM对晶须形态进行了分析,分析结果表明激光能量密度是SiC晶须形态变化的主要因素,激光能量密度较小时,晶须形态常为圆锥状、短棒状、丝状,能量密度较大时晶须形貌常见于网状,团簇状等.在样品的不同照射区域,晶须的形态各不相同.     

应变速率对SiC_P增强铝基复合材料拉伸性能的影响

采用拉伸试验研究了应变速率对SiC颗粒增强铝基复合材料塑性延伸强度及杨氏模量的影响。结果表明,随着应变速率的增加(0.0006~0.002s~(-1)),规定塑性延伸强度增加,杨氏模量波动较小。断口分析表明,尺寸为10~15μm SiC颗粒增强铝基复合材料断裂以SiC颗粒解理断裂为主。     

铜锡合金粉对树脂金刚石切割砂轮切割性能的影响及作用机理

通过切割试验,研究并分析了添加不同参数铜锡合金粉制成砂轮的切割性能。通过SEM、XRD分析了添加不同参数铜锡合金粉制成的树脂结合剂金刚石切割砂轮切割后的表面形貌和物相。试验结果表明:添加不同量及添加不同粒度铜锡合金粉制成砂轮的切割试验中,铜锡合金粉体积分数为15%、粒度为40μm左右时,砂轮的耐用度最好。不同参数铜锡合金粉制成的树脂金刚石砂轮对其切割性能都有影响,其中以铜锡合金粉添加量、铜锡合金粉中铜锡比例对砂轮的切割性能影响最为明显。     

SiC晶须含量对ZrC陶瓷性能与组织的影响

以微米ZrC颗粒、SiC晶须为原料(SiC晶须体积含量分别为5%,10%,15%,20%),采用热压烧结工艺制备SiC晶须增韧ZrC基超高温陶瓷,研究了SiC晶须含量对ZrC基超高温陶瓷力学性能与组织的影响。结果表明:随着SiC晶须含量的增加,材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性逐渐提高;当SiC晶须体积含量为20%时,致密度、抗弯强度和断裂韧性同时达到最大值,分别为99.24%,626.17MPa,5.03MPa·m1/2。SEM表明,试样微观组织均匀,强韧化机制主要是细晶强化和晶须拔出。