Ti活化SiC/高铬铸铁复合材料组织结构及浸渗行为

采用氩气保护条件下无压浸渗工艺,在活性元素Ti的诱导下成功制备了SiC陶瓷/高铬铸铁复合材料,并采用SEM、XRD、EDS等方法进行试验分析。结果表明:SiC颗粒均匀分布在高铬铸铁基体中,两者界面结合良好。复合材料中检测到TiC、TiO、FeO等新相,其中TiC为主要生成物,与SiC颗粒及金属基体均形成紧密结合界面,是高铬铸铁浸渗SiC预制体的关键因素。随着Ti含量增加,高铬铸铁在预制体中的浸渗深度增加。Si元素与Ti的结合能力较弱而向金属基体的扩散较明显; Ti元素易团聚,扩散很微弱,扩散的C元素与Ti元素结合的倾向性较强,生成TiC;Cr元素向SiC颗粒的扩散明显。     

Ni诱导无压浸渗法制备不锈钢/Al_2O_3陶瓷复合材料

研究了一种Ni诱导无压浸渗法制备陶瓷基复合材料的方法:通过粉末冶金法制备出含Ni颗粒的Ni/Al2O3复相陶瓷预制体,真空状态下,在1600℃以不锈钢熔体无压浸渗该Ni/Al2O3预制体,获得了不锈钢浸渗增强的Al2O3陶瓷基复合材料。采用SEM观察了结合界面的微观形貌,用EDS分析了结合界面附近元素含量的变化,用XRD分析了界面反应产物,以抗拉试验测试了钢与复相陶瓷体的界面结合强度。结果表明,钢熔体可浸渗到陶瓷体内部并与Ni互溶形成新的Ni-Fe合金;不锈钢与复相陶瓷的结合界面存在界面反应;界面结合强度的最大值可达到67.5MPa。     

底部真空无压浸渗制备SiC_p/Al工艺与性能（英文）

采用底部真空无压浸渗新工艺制备了β-SiCp/Al复合材料。SiC预制体在1373 K高温氧化及被熔融铝浸渗时加入Si、Mg合金元素。通过金相显微镜及SEM表征了复合材料的表面和断口形貌。结果表明,SiC颗粒在基体铝中分布均匀,SiC预制体浸渗完全。XRD分析表明,复合材料中的主晶相为SiC和Al,存在Mg2Si,MgAl2O4界面产物,没有出现Al4C3脆性相。复合材料的力学性能研究表明,复合材料的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损;随着SiC体积分数的增加,复合材料的磨损率下降,硬度上升。     

Process and Performance of β-SiCp/Al Prepared by Bottom-Vacuum Pressureless Infiltration

采用底部真空无压浸渗新工艺制备了β-SiCp/Al复合材料。SiC预制体在1373 K高温氧化及被熔融铝浸渗时加入Si、Mg合金元素。通过金相显微镜及SEM表征了复合材料的表面和断口形貌。结果表明,SiC颗粒在基体铝中分布均匀,SiC预制体浸渗完全。XRD分析表明,复合材料中的主晶相为SiC和Al,存在Mg2Si,MgAl2O4界面产物,没有出现Al4C3脆性相。复合材料的力学性能研究表明,复合材料的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损;随着SiC体积分数的增加,复合材料的磨损率下降,硬度上升。     

Fabrication of PyC/SiC Compound Coating on Carbon Fiber Preform and Its Effect on the Properties of Cf/Al Composite

为改善碳纤维与熔融铝合金间的润湿性、减小界面反应程度,采用化学气相沉积（CVD）法在碳纤维预制体表面沉积制备了PyC/SiC复合涂层,利用真空吸渗挤压浸渗工艺制备了Cf/Al复合材料。研究了沉积参数对碳纤维表面涂层的影响,并通过复合材料微观组织分析及材料机械性能测试来反映涂层对Cf/Al复合材料的浸渗质量和性能的影响规律。结果表明：沉积温度对涂层沉积速率影响较大,通过选择合适的沉积温度或者沉积时间,可在碳纤维表面得到厚度均匀的PyC/SiC复合涂层。碳纤维预制体表面涂层的存在可使其与基体合金润湿性良好、界面结合强度适中,形成合适的界面结合状态,有效提高浸渗质量和复合材料性能;并且当PyC涂层、SiC涂层厚度分别为0.068、0.257 μm时,复合材料性能改善效果最佳     

3D打印制备SiC预制体增强铝基复合材料的微观组织

采用3D打印制备SiC陶瓷预制体,用压力浸渗工艺制备SiC增强A356基复合材料(SiC/A356复合材料),采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(X-ray)等对其物相、组织形貌等进行研究。结果表明,用该方法制备的SiC/A356复合材料组织致密,颗粒分布均匀,颗粒与基体的界面结合性能较好;SiC增强与A356基体界面反应控制良好,未检测到Al_4C_3脆性相生成,表明A356合金中的Si有利于防止脆性相Al4C3的形成,Mg元素的存在提高了A356基体和SiCp增强体之间的润湿性。     

多孔SiC陶瓷增强金属基复合材料的制备

采用纸质材料制成三维管状模型,经过纸质模型碳化、反应性渗硅处理获得多孔SiC陶瓷预制体,选择铸造性能好、成形缺陷小的铸铁作为金属基体,采用铸渗法制备了SiC陶瓷增强金属基复合材料,通过XRD,SEM等分析手段研究了多孔SiC陶瓷和复合材料的显微组织和界面结构.研究表明,纸质模型800C温度碳化,反应性渗硅温度1600℃时制备的多孔SiC陶瓷预制体三维结构稳定,烧结后变形小,微观组织结合紧密;通过铸渗法制备的SiC陶瓷增强金属基复合材料界面结合良好,无明显缺陷.该方法中增强相结构可设计性好,铸渗法制备多孔陶瓷金属基复合材料质量高,为多孔陶瓷增强金属基复合材料的获得提供了试验新方法.     

多孔SiC陶瓷增强金属基复合材料的制备

采用纸质材料制成三维管状模型，经过纸质模型碳化、反应性渗硅处理获得多孔SiC陶瓷预制体，选择铸造性能好、成形缺陷小的铸铁作为金属基体，采用铸渗法制备了SiC陶瓷增强金属基复合材料，通过XRD，SEM等分析手段研究了多孔SiC陶瓷和复合材料的显微组织和界面结构。研究表明，纸质模型800℃温度碳化，反应性渗硅温度1600℃时制备的多孔SiC陶瓷预制体三维结构稳定，烧结后变形小，微观组织结合紧密；通过铸渗法制备的SiC陶瓷增强金属基复合材料界面结合良好，无明显缺陷。该方法中增强相结构可设计性好，铸渗法制备多孔陶瓷金属基复合材料质量高，为多孔陶瓷增强金属基复合材料的获得提供了试验新方法。     

浸渗法制备ZTA陶瓷/铁基复合材料研究进展

浸渗法制备ZTA陶瓷颗粒增强铁基复合材料的研究取得了很大进展。针对陶瓷预制体制备,铁水对陶瓷预制体的浸渗,陶瓷与铁水的润湿性,复合材料界面结合,复合材料耐磨性等方面的研究进行了论述。解决铁水对预制体的润湿性是实现浸渗的先决条件,常用的方法有在陶瓷预制体中添加活性元素,通过化学镀、气相沉积以及包覆等方法对陶瓷表面进行改性等;在陶瓷与金属基体间形成过渡层可以改善结合界面的组织结构,促进陶瓷与金属基体形成冶金结合;铁水对陶瓷预制体的浸渗机理,以及ZTA陶瓷复合材料的耐磨机理尚需要深入研究。     

三维网络SiC多孔陶瓷增强铝基复合材料的制备

以中间相沥青添加质量分数为50%的Si粉制备的炭泡沫预制体为坯体,在高温感应烧结炉中结合反应烧结工艺制备了SiC多孔陶瓷预制体.利用挤压铸造工艺制备了SiC多孔陶瓷增强铝基复合材料.采用扫描电子显微镜(SEM)观察了SiC多孔陶瓷骨架及复合材料的微观形貌和界面结构,通过X射线衍射分析仪(XRD)对多孔陶瓷预制体物相组成进行了分析.利用阿基米德排水法,测试了多孔陶瓷的孔隙率和复合材料的密度.结果表明:添加Si的质量分数为50%的炭泡沫预制体反应烧结后获得的SiC多孔陶瓷具有三维连续通孔结构,孔筋致密并且具有较高的开口孔隙率.通过挤压铸造工艺制备的SiC多孔陶瓷增强铝基复合材料界面结合良好,无明显缺陷.     

浸渗法制备高铬铸铁/TiC-SiC复合材料及微观组织

采用小颗粒TiC包覆SiC陶瓷颗粒,在惰性气体保护下选用无压浸渗方法制备了高铬铸铁/TiC-SiC复合材料;利用SEM/EDX观察和分析了液态铸铁在SiC预制体中的浸渗情况、组织特征和成分分布;结合高铬铸铁/Ti-SiC复合材料的组织特点和浸渗行为特点,分析了TiC粉体对浸渗行为和复合材料组织的影响。观察结果表明,当TiC加入量≤10%(质量分数,下同)时,Fe/Cr合金无法润湿SiC颗粒,而当加入量≥20%时,Fe/Cr合金和预制体之间润湿性得到改善,增加TiC含量更有利于Fe/Cr合金浸渗;基体中大尺寸SiC颗粒消失,出现了尺寸接近毫米级的条状单质碳,这与高铬铸铁/Ti-SiC复合材料的组织差异较大。对比两种复合材料组织发现,添加Ti粉末在金属液中可与C结合生成TiC,而添加的TiC颗粒在组织中呈鹅卵石状,边缘圆润,出现金属液与陶瓷颗粒之间的互溶。在浸渗过程中,添加TiC和Ti与浸渗金属发生的反应不同,且高质量分数的TiC对金属液浸渗过程有明显的促进作用。     

活化物质对ZTA/高铬铸铁复合材料组织结构及浸渗行为的影响

将B_4C、Cr粉分别包覆在ZTA颗粒表面,压制成预制体。在氩气保护下,使用无压浸渗法制备了ZTA/高铬铸铁基复合材料。采用SEM、EDS、XRD等方法分析复合材料的组织结构、元素分布以及物相组成。结果表明预制体中添加B_4C粉和Cr粉可实现高铬铸铁液对预制体的浸渗,在浸渗过程中B4C会反应生成ZrB_2、Fe_2B、C、B_2O_3等新相,其中ZrB_2与铁液的润湿性较好,作为过渡物质可起到促进浸渗的作用;Cr则是通过降低高铬铸铁液的表面张力来促进浸渗。     

造孔剂对SiC多孔预制块性能的影响

采用无压浸渗法制备了SiCp/Al复合材料,研究造孔剂Fe(NO3)3·9H2O或Ni(NO3)2·6H2O对SiC预制块的微观形貌、气孔率和尺寸变化的影响,并对预制块的成分进行了分析.结果表明:以Fe(NO3)3·9H2O或Ni(NO3)2·6H2O作为造孔剂,均能制备SiC多孔预制块,但硝酸铁比硝酸镍使得预制块具有更好的微观组织,并成功制得了较致密的SiCp/Al复合材料;造孔剂分解生成的Fe2O3或NiO在SiC骨架内分布均匀,起到连接SiC粉体和减少SiC颗粒被氧化的作用;因SiC氧化导致陶瓷骨架约有5%左右的线膨胀,但坯体形状不发生改变,通过调整造孔剂硝酸镍、硝酸铁的含量,能获得孔隙率从0.42～0.49和0.38～0.41的SiC预制块.     

连续玄武岩纤维增强铝基层状复合材料的制备与力学特性

将连续玄武岩纤维(continuous basalt fiber,CBF)二维编织布与Al-12Si合金箔交替叠层堆垛成三明治结构,再利用真空压力浸渗技术成功制备出高体积分数(65%)的连续玄武岩纤维增强铝基(CBF/Al)层状复合材料。研究了浸渗工艺对复合材料微观组织演变的影响规律,阐明了CBF/Al复合材料的层状结构形成机理,并评价了其力学性能。研究表明:在温度为660℃、压力为10 MPa条件下浸渗10 min可以获得全致密的CBF/Al复合材料,其微观组织呈现独特的层状结构,即玄武岩纤维在铝合金基体中呈现垂直交叉层状分布特征,玄武岩纤维与铝合金基体未发生明显的化学反应,且由于玄武岩纤维与铝合金基体之间发生了元素(如Al、Si等)互扩散而形成了良好的冶金结合界面。纤维非理想排布方式而导致的有效承载能力下降以及高温下玄武岩纤维断裂强度降低是CBF/Al层状复合材料未达到理想力学性能的关键因素。     

ZTA陶瓷/高铬铸铁复合材料浸渗组织及机理

以高铬铸铁为金属基体,添加Ti粉的ZTA陶瓷颗粒为增强体,采用无压浸渗方法制备了ZTA陶瓷/高铬铸铁复合材料。采用SEM、EDS、XRD等试验方法分析了该复合材料的成分分布和组织结构。结果表明,高铬铸铁熔体能够浸渗到Ti含量为5%的ZTA预制体中,并在复合材料中均匀分布;预制体中的Ti颗粒与合金中的Cr元素对浸渗有促进作用;高铬铸铁合金与陶瓷结合界面处存在FeAl_2O_4、FeTiO_5和AlCrO_3相。     

浸渍-涂覆型BN界面相对化学气相渗透法制备SiC_f/SiC复合材料力学性能的影响(英文)

以硼酸和尿素为先驱体,采用浸渍-涂覆法在氮气气氛中在SiC纤维表面制备BN界面相。利用SEM/EDS、XRD和FT-IR对BN界面相的形貌和结构进行表征。采用化学气相渗透法(CVI)制备SiCf/SiC复合材料,并研究BN界面相对复合材料力学性能的影响。结果表明:光滑的BN界面相覆盖在SiC纤维表面,厚度约为0.4μm,为紊乱层状的t-BN物相。有无BN界面相的复合材料弯曲强度分别为180和95 MPa,并且有BN界面相的复合材料表现出明显的韧性断裂行为。微观结构分析表明,BN界面相在基体渗透过程中保护纤维免受化学腐蚀,减弱纤维和基体之间的界面结合强度方面发挥重要作用,这有助于大幅度提高复合材料的力学性能。     

无压浸渗法制备SiC/Cu-Al复合材料的工艺研究

以Cu包裹SiC颗粒形成的SiC/Cu复合粉体为增强体,采用无压浸渗工艺制备含SiC为70%体积分数的SiC/Cu-Al复合材料。通过正交试验研究了制坯压力、浸渗温度和浸渗时间对浸渗深度的影响。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了复合材料的形貌和相结构。结果表明,在制坯压力10 MPa、浸渍温度850℃、浸渍时间3 h条件下,SiC/Cu-Al复合材料的组织均匀、致密度好、无明显气孔缺陷,其膨胀系数为6.932 3×10-6/℃。     

碳纤维预制体表面PyC/SiC复合涂层制备及其对C_f/Al复合材料性能的影响（英文）

为改善碳纤维与熔融铝合金间的润湿性、减小界面反应程度,采用化学气相沉积(CVD)法在碳纤维预制体表面沉积制备了Py C/Si C复合涂层,利用真空吸渗挤压浸渗工艺制备了Cf/Al复合材料。研究了沉积参数对碳纤维表面涂层的影响,并通过复合材料微观组织分析及材料机械性能测试来反映涂层对Cf/Al复合材料的浸渗质量和性能的影响规律。结果表明:沉积温度对涂层沉积速率影响较大,通过选择合适的沉积温度或者沉积时间,可在碳纤维表面得到厚度均匀的Py C/Si C复合涂层。碳纤维预制体表面涂层的存在可使其与基体合金润湿性良好、界面结合强度适中,形成合适的界面结合状态,有效提高浸渗质量和复合材料性能;并且当Py C涂层、Si C涂层厚度分别为0.068、0.257μm时,复合材料性能改善效果最佳。     

Ti诱导无压浸渗法制备Fe-Si基SiC陶瓷复合材料

通过掺杂活性元素Ti颗粒,采用无压浸渗法制备了Si C/Fe-Si复合材料。采用XRD、SEM以及EDS等技术手段,分析复合材料的相组成及显微结构。结果表明:Fe-Si合金能够自发浸渗Si C陶瓷预制体,Ti元素在金属熔体与陶瓷颗粒之间形成活性层,促进熔融金属润湿陶瓷,诱发界面反应的发生,形成自发浸渗。在自发浸渗过程中界面反应和元素相互扩散,导致复合材料的相组成和显微结构发生变化。     

高含量Sip/Al复合材料的无压浸渗机制

采用无压浸渗工艺, 制备出高含量Sip/Al复合材料. 对无压浸渗过程进行了静力学分析, 对无压浸渗机制进行了研究, 并采用电阻法对Al液无压浸渗Si松装多孔体的动力学过程进行了实时测量. 结果表明: Al液浸渗Si多孔预制体符合浸渗静力学条件, 其实际浸渗过程符合抛物线关系. 组织观察结果表明, Si相呈网络状连续分布, 其形成机制主要为浸渗时Si颗粒的溶解-析出机制和凝固过程中Si的附着析出机制. 组织中存在少量的孔隙. 复合材料的界面清洁平整, 未发现有反应物存在.