TiAl与Si3N4f/Si3N4复合材料钎焊接头界面结构及性能研究

采用AgCuTi钎料实现了TiAl与Si3N4f/Si3N4复合材料的钎焊,确定了钎焊接头的典型界面组织结构为TiAl/AlCuTi/Ag(s,s)/TiN/Si3N4f/Si3N4。钎焊过程中,液相钎料在Si3N4f/Si3N4复合材料表面发生较好润湿,钎料中活性元素Ti与Si3N4基体及纤维发生反应形成连续的TiN化合物层。过高的钎焊温度或过长的保温时间导致钎缝中脆性的AlCuTi化合物增加,且由于接头应力的作用在钎缝中产生微裂纹甚至开裂,严重地降低了钎焊接头性能。当钎焊温度T=850℃,保温时间为10min时,接头抗剪强度达到最大,为9.4MPa,超过Si3N4f/Si3N4母材层间抗剪强度的60%。断口分析表明:压剪过程中,断裂发生在Si3N4f/Si3N4复合材料一侧。     

热处理温度对Si3N（4p）/Al复合材料组织和性能的影响

对压力浸渗制备的Si3N4p/Al复合材料在800-950℃下进行热处理,测试复合材料的相组成、弯曲强度、硬度和断裂韧度变化,观察复合材料断裂特征。结果表明,850℃是一个重要的热处理温度点,在此温度下-βSi3N4和Al开始发生显著的界面反应;对Si3N4p/Al复合材料进行850℃以上热处理可以提高复合材料的硬度、强度,但断裂韧度有所下降;950℃热处理的45vol%Si3N4p/Al复合材料弯曲强度达到498MPa,硬度达到373HBS5/750,断裂韧度为7MPa.m^1/2,具有良好的强韧性配合;复合材料断裂以Si3N4陶瓷颗粒脆性解理和铝合金塑性撕裂两种形式为主,少有陶瓷颗粒/铝基体界面解离的情形。     

Si3N4陶瓷表面化学镀镍工艺对镀层性能的影响

研究了Si3N4陶瓷表面化学镀镍时前处理工艺对镀层结合力的影响，重点讨论了粗化液及粗化工艺、活化液及活化工艺对镀层结合力的影响。在所选定的体系中，活化和粗化的时间尤其要注意掌握。     

β-Si3N4晶种的制备和自增韧Si3N4陶瓷

分别以Yb2O3和MgO为添加剂，通过对原始α-Si3N4粉热处理的方法，分别在1700℃和1650℃的温度下，制备出了具有柱状形貌的β-Si3N4晶体颗粒。并将这2种β-Si3N4晶粒在未经酸或碱处理的情况下，作为晶种添加到原始α-Si3N4粉中，采用热压烧结工艺，以Yb2O3作为烧结添加剂，在1800℃下制备了自增韧Si3N4陶瓷材料。研究结果表明，以Yb2O3和MgO为添加剂都可以在较低的温度下获得适合于作晶种的β-Si3N4晶体颗粒。2种晶种引入到Si3N4陶瓷中都可以有效地改善材料的断裂韧性，但晶种中的残留相对自增韧Si3N4陶瓷的高温强度产生了强烈的影响。XRD和TEM分析结果表明，含Mg相的存在是导致Si3N4陶瓷高温强度的剧烈降低和促进晶间相析晶的主要原因。     

多节状SiC晶须的特性及其增强Si3N4陶瓷复合材料的性能研究

以稻壳为原料,在非金属催化剂作用下合成了SiC晶须(简称SiCw),运用TEM、XRD研究了晶须的形貌特征及晶体结构,并对其应用于Si3N4陶瓷复合材料的力学性能进行了检测.结果表明SiCw的产率可达30%以上,晶须外观挺直、表面粗糙呈多节状,节间距为0.5μm～1.5μm,直径分布为0.53±0.28μm,长度分布为10.3±6.1μm,长径比分布为23.1±18.3,晶型以β-SiC为主,并有少量的α-SiC变体,两节之间具有孪晶关系;粗糙多节的晶须增加了与基体材料的接触面及摩擦效应,增强了"桥联"强度,其补强、增韧的Si3N4陶瓷复合材料室温强度为856±22 MPa,高温(1 300℃)强度为418.5±14.2 MPa,断裂韧性为11.3±1.0 MPa·m1/2.     

Si3N4颗粒体积分数对Si3N4/Al复合材料微观组织和力学性能的影响（英文）

采用压力浸渗法制备Si3N4体积分数分别为45%、50%和55%的颗粒增强铝基复合材料(Si3N4/Al)。研究Si3N4体积分数和T6热处理对Si3N4/Al复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:Si3N4颗粒分散均匀,Si3N4/Al复合材料浸渗良好,没有明显的孔洞和铸造缺陷;在Si3N4颗粒附近的铝基体中,可以观察到高密度位错;Si3N4/Al复合材料的弯曲强度随着Si3N4体积分数的增大而降低;T6热处理能提高复合材料的强度;复合材料的弹性模量随着Si3N4体积分数的增加而线性增加;在低Si3N4体积分数时,可以观察到更多的撕裂棱和韧窝;T6热处理对断口形貌的影响较小。     

Si3N4／SiC复合陶瓷粉末的研制

研究了添加晶种的碳热还原ＳｉＯ２法制取Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＣ复合粉末的工艺。发现反应温度的升高、反应时间的延长、原料ＳｉＯ２粉比表面的增大、添加Ｓｉ３Ｎ４晶种以及提高Ｎ２流速，均有利于Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ相含量的增加。当ＳｉＯ２：Ｃ为１：２，加入１０Ｗｔ％Ｓｉ３Ｎ４品种时，在１３５０℃下于Ｎ２流速为０．４ｍ３·ｈ－１气氛下反应４ｈ，可得到平均粒度为０．４６ｍ，含Ｎ２３．９ｗｔ％、Ｃ６．２５Ｗｔ％、Ｏ２．９０ｗｔ％的Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＣ超细复合粉末。     

中间层材料对Si3N4陶瓷/Inconel 600高温合金连接性的影响

主要采用不同的中间层材料进行Si3N4陶瓷／Inconel 600连接试验，通过剪切试验测定连接接头的抗剪强度，采用扫描电镜、电子探针等分析手段分析由不同材料组成的复合中间层对Si3N4陶瓷／Inconel 600高温合金连接性的影响。研究表明，当中间层材料在连接温度下与紧邻陶瓷连接面的位置能形成含活性元素的局部液相时，可以实现Si3N4陶瓷／Inconel 600的连接。当中间层含有连接过程不熔化的软金属层时，接头强度明显提高。     

Si3N4/Al复合材料制备及无压浸渗技术研究

用β-Si3N4纳米颗粒浆料浸渍多孔聚合物材料，通过加热烧蚀掉聚合物，制备出三维空间连续网络结构预制块体，再通过无压浸渗将铝液浸渗到预制体中，成功制备出陶瓷与金属相互贯穿的Si3N4/Al金属基复合材料。利用座滴定法测试了Al在Si州．基片上的润湿角，探讨了其浸渗机理，分析了润湿角、浸渗力、浸渗温度和浸渗时间对Si3N4/Al金属基复合材料浸渗行为的影响。     

无压浸渗制备Si3N4/AlN-Al复合材料的力学性能

采用优化的无压浸渗制备工艺(氮气气氛,950℃下浸渗4h)制备具有不同陶瓷含量的Si3N4AlN-Al复合材料,分析了复合材料力学性能随陶瓷含量变化的规律以及复合材料的断裂特征.结果表明,随着Si3N4多孔预制体陶瓷体积分数从30.2%增加到60.6%,无压浸渗制得的复合材料单轴压缩强度从620MPa增加到1728MPa,抗弯强度从429.8MPa增加到672.4MPa,硬度(HRA)从55增加到83,而断裂韧度则从10.55MPa·m1/2下降到2.26MPa·m1/2; Si3N4/AlN-Al复合材料内的裂纹主要在"残留的粗大Si3N4颗粒"、"疏松区"和"粗大的Mg2Si相"3种区域萌生.     

Csf／Si3N4复合材料的力学性能和微波介电性能研究

采用热压烧结的方法，以α-Si3N4粉和短切碳纤维为主要原料，以Y2O3和La2O3为烧结添加剂，制备Csf／Si3N4复合材料，研究了其力学性能和微波介电性能。结果表明，该Csf／SiaN。复合材料的抗弯强度随纤维含量的增加呈现下降的趋势，是由于碳纤维氧化所产生的缺陷所致；当纤维含量较低时，断裂韧性随纤维含量增大而增大，由于纤维氧化产生的缺陷阻止了裂纹进一步的扩展或使裂纹发生了偏转。当纤维含量超过1％（质量分数）后，随着纤维含量的增大，氮化硅显微结构发生变化，氮化硅陶瓷本身断裂韧性减小，使Csf／Si3N。复合材料断裂韧性逐步降低。当碳纤维含量在0～1％（质量分数）时，随着碳纤维含量的增加，介电常数ε’，ε＂和介电损耗tanδ均随着纤维含量的增加而增大，而且所制得的复合材料表现出较强的频散效应：当纤维含量继续增加时，在相同的频率下，介电常数下降，材料的频散效应逐渐消失。     

Csf/Si3N4复合材料的力学性能和微波介电性能研究

采用热压烧结的方法,以α-Si3N4粉和短切碳纤维为主要原料,以Y2O3和La2O3为烧结添加剂,制备Csf/SiN4复合材料,研究了其力学性能和微波介电性能.结果表明,该Csf/Si3N4复合材料的抗弯强度随纤维含量的增加呈现下降的趋势,是由于碳纤维氧化所产生的缺陷所致;当纤维含量较低时,断裂韧性随纤维含量增大而增大,由于纤维氧化产生的缺陷阻止了裂纹进一步的扩展或使裂纹发生了偏转.当纤维含量超过1%(质量分数)后,随着纤维含量的增大,氮化硅显微结构发生变化,氮化硅陶瓷本身断裂韧性减小,使Csf/Si3N4复合材料断裂韧性逐步降低.当碳纤维含量在0～1%(质量分数)时,随着碳纤维含量的增加,介电常数ε',ε"和介电损耗tanδ均随着纤维含量的增加而增大,而且所制得的复合材料表现出较强的频散效应;当纤维含量继续增加时,在相同的频率下,介电常数下降,材料的频散效应逐渐消失.     

Effects of ZrO2 on the Nitridation Behavior and Mechanical Properties of Reaction-Bonded Si3N4/h-BN Composite

This paper presented a rapid nitridation route to fabricate reaction-bonded Si₃N₄/h-BN ceramic composite by the addition of ZrO₂. The effects of ZrO₂ on the silicon nitridation behavior, microstructure, and mechanical properties of the composite were investigated. The results showed that ZrO₂ could effectively promote the nitridation of silicon and significantly influence the microstructure and mechanical properties of the composite. The best nitridation result, almost full conversion, was achieved when the ZrO₂ content was 8 wt.%, and the outstanding mechanical properties were also exhibited at this condition. TG-DTA and thermodynamic analyses revealed that the inter-conversion between ZrO₂ catalyst and ZrN metastable phase could effectively inhibit microzone melting of silicon and make the fresh surfaces of silicon particles exposed to nitrogen, and consequently accelerated the nitridation of silicon.     

Si3N4基层状复合陶瓷材料的室温与高温性能

采用凝胶注模成型-浸涂-热压烧结工艺制备出了SiC晶须增韧Si3N4基层状陶瓷复合材料,并对这一材料的室温及高温力学性能、微观结构及增韧机理进行了研究.结果表明,采用层状结构可使陶瓷材料的断裂韧性大幅度提高,但抗弯强度有所下降.层状陶瓷复合材料的增韧机理主要是由于弱的界面层对裂纹扩展产生偏折,形成界面裂纹而使断裂路径大大增加.高温性能试验条件下,由于界面层中玻璃相的融化,界面对裂纹的偏折作用消失,造成材料性能的显著下降.     

TiN/Si3N4纳米多层膜硬度对Si3N4层厚敏感性的研究

通过反应磁控溅射制备了一系列不同Si3N4层厚的TiN/Si3N4纳米多层膜,利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和硬度,研究了其硬度随Si3N4层厚微小改变而显著变化的原因.结果表明,在TiN调制层晶体结构的模板作用下,溅射态以非晶存在的Si3N4层在其厚度小于0.7 nm时被强制晶化为NaCl结构的赝晶体,多层膜形成共格外延生长的{111}择优取向超晶格柱状晶,并相应产生硬度显著升高的超硬效应,最高硬度达到38.5GPa.Si3N4随自身层厚进一步的微小增加便转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低.     

EM42与Si3N4陶瓷干摩擦磨损性能的研究

在HT-1000型高温摩擦磨损试验机上对EM42高速钢与氮化硅(Si3N4)陶瓷配副进行干滑动摩擦磨损试验,利用SEM观察并分析了摩擦面的磨损形貌及磨损机理。结果表明:EM42高速钢与氮化硅(Si3N4)陶瓷在干摩擦条件下,随着摩擦速度的增加,摩擦系数的变化幅度和磨损量都逐渐降低。摩擦表面由低速的犁沟、硬质相(MC)的剥离脱落,转向表面硬质相(MC)磨粒对EM42高速钢的挤压犁沟、疲劳脱落,再到摩擦表面润滑膜的最终形成;其磨损机理由低速的EM42高速钢表面的硬质相被撞击破碎或剥落而形成磨粒磨损,氧化疲劳磨损转变为高速表面的氧化疲劳磨损和磨粒磨损。     

金属/陶瓷微叠层材料的微观结构及力学性能

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术制备了金属(NiCoCrAl)/陶瓷(Y2O3-ZrO2)微叠层材料,并对其微观结构和力学性能进行了分析.结果表明,金属层和陶瓷层间界面较为平直、清晰.金属层由γ-Ni相构成,层中晶粒为较大的等轴晶.陶瓷层由c-ZrO2和t-ZrO2两相组成,层中晶粒为较小的柱状晶.在金属层的顶部,存在一些均匀分布的微孔.这种材料在室温拉伸试验中表现出无宏观塑性变形的脆性断裂特征.断口分析表明,金属层起到了阻碍裂纹扩展的作用,且层界面存在脱粘的现象.     

金属／陶瓷微叠层材料的微观结构及力学性能

采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）技术制备了金属（NiCoCrAl）／陶瓷（Y203-ZrO2）微叠层材料，并对其微观结构和力学性能进行了分析。结果表明，金属层和陶瓷层间界面较为平直、清晰。金属层由γ-Ni相构成，层中晶粒为较大的等轴晶。陶瓷层由c-ZrO2和t-ZrO2两相组成，层中晶粒为较小的柱状晶。在金属层的顶部，存在一些均匀分布的微孔。这种材料在室温拉伸试验中表现出无宏观塑性变形的脆性断裂特征。断口分析表明，金属层起到了阻碍裂纹扩展的作用，且层界面存在脱粘的现象。     

陶瓷基复合材料的微观结构和力学性能(英文)

采用添加剂热压烧结制备了短纤维增韧氮化硅基复合材料,并对材料的力学性能和微观结构进行了分析和讨论.结果表明:Y_2O_3-La_2O_3添加剂促进了α-Si_3N_4→β-Si_3N_4的相转变,这个体系经过1800 ℃的热压烧结后,其中的碳纤维产生退化.而经过1600 ℃热压烧结的含LiF-MgO-SiO_2添加剂的体系中,纤维保持完好,晶粒没有发生相转变.两个体系的复合材料的断裂韧性值均高于氮化硅基体的值,其提高幅度均接近20%,这归因于纤维拉拔、裂纹偏转和界面松解机制.