钨渗铜复合材料烧蚀性能及机理研究

采用熔渗法制备了钨渗铜复合材料,牌号为W-7Cu。采用气动烧蚀试验对钨渗铜材料进行了烧蚀性能研究,并分析和探讨了钨渗铜材料的烧蚀机理。研究结果表明,W-7Cu材料具有良好的抗烧蚀性能,气动烧蚀试验条件下,材料基本为均匀烧蚀,表面有氧化现象及Cu的析出现象。烧蚀机理为W的氧化性烧蚀和Cu的析出性氧化。     

W-10Cu超细复合粉末的烧结致密化及其制品热学性能研究

W-10Cu复合材料是一种广泛使用的热沉材料,但采用普通粉末成形得到的W-10Cu制品无法获得足够的致密度,从而限制了其应用。本文采用超细W-Cu复合粉末进行注射成形(MIM),在1 400℃液相烧结,所得烧结体的致密度超过99%;合金内部W、Cu两相分布均匀,W晶粒大小为2～3μm;其热导率达到215W/(m.K),室温至600℃热膨胀系数的变化范围为6.4×10-6～7.8×10-6℃-1。对注射成形和渗Cu工艺制备的W-10Cu零件的微观结构和热学性能进行了比较。     

粉料铺填法制备C/C-ZrB_2复合材料的性能

采用编织-粉料铺填法制备Cf/ZrB_2预制体,经过"浸渍-炭化"制得C/C-ZrB_2复合材料,研究材料的微观结构与力学性能、抗氧化性能和抗烧蚀性能。结果表明:ZrB_2颗粒由树脂炭包裹,在C/C-ZrB_2复合材料内部均匀分布。材料的氧化质量损失率随氧化时间延长呈线性增长,在1 100℃温度下氧化10 min和60 min后质量损失率分别为2.67%和20.47%。该材料的抗弯强度为81.1 MPa,氧化10 min后抗弯强度仍保持在氧化前的80%,氧化前后均呈假塑性断裂模式。ZrB_2粉体的加入可显著改善C/C复合材料的抗烧蚀性能,等离子烧蚀120 s后,其质量烧蚀率和线性烧蚀率分别为0.30 mg/s和8.75μm/s。玻璃态ZrO_2的阻氧作用以及B2O3的挥发吸热是复合材料主要的抗烧蚀机理。     

烧结温度对10TiB/Ti-4.5Al-6.8Mo-1.5Fe复合材料组织与性能的影响

以Ti、Al、Mo、Fe元素粉末及LaB6和TiB2粉末为原料,采用机械混合法制备钛基复合粉末,经高速压制成形后,分别在1 150、1 250和1 350℃下真空烧结制备以TiB晶须为增强体、钛合金Ti-4.5Al-6.8Mo-1.5Fe为基体的钛基复合材料。借助X射线衍射、金相显微镜和扫描电镜分析材料的物相组成和微观组织,测试复合材料的维氏硬度(HV2.0)和拉伸性能,研究烧结温度对复合材料的组织和力学性能的影响。结果表明:10TiB/Ti-4.5Al-6.8Mo-1.5Fe复合材料的相对密度随烧结温度升高而增加,烧结温度为1 350℃时达到最大值98.9%;TiB晶须的长径比随烧结温度升高显著降低。烧结温度为1 250℃时,该材料的维氏硬度和室温抗拉强度都达到最大值,分别为399HV和1 179 MPa。     

W-15Cu合金制备中钨骨架孔隙控制的研究

钨铜复合材料是由高温烧结钨骨架经渗铜制成的两相假合金,钨骨架中的孔隙形态和大小将直接影响材料的性能.本文分别以添加硬脂酸和诱导铜的方法对钨粉进行处理,W-15Cu骨架孔隙在压制成形过程中得到了精确控制,钨骨架经熔渗后制成W-15Cu合金.用扫描电镜观察材料的显微结构,并测出材料的密度、气密性,研究了钨粉成形性与钨铜合金密度的关系.结果表明,添加硬脂酸和诱导铜不会带入杂质,能改善钨粉的成形性能,可以获得组织均匀、致密度高的W-15Cu复合材料.     

钨钼渗铜材料力学性能及金相组织研究

本文基于试验研究法采用INST RON-20拉伸试验机,对钨钼渗铜材料进行室温拉伸试验测试。结果表明,相同或相近骨架密度的钨钼渗铜材料在800℃高温下,骨架固溶强化密度达350 MPa。当Mo含量为10%时,钨钼渗铜材料在1 200℃下的固溶强化强度可达220 MPa。由此说明,适当增加Mo含量,可强化钨钼渗铜材料力学性能。通过对钨钼渗铜材料拉伸断口形貌及金相组织状态观察,发现Mo含量越高,其解理断裂越少。     

加压烧结工艺对碳纤维增强TiC复合材料力学性能的影响

采用真空加压烧结工艺制备了 2 0 % (体积分数 )短碳纤维增强TiC复合材料 (Cf/TiC) ,研究了加压烧结温度、烧结时间和烧结压力对力学性能的影响。烧结温度由 190 0℃提高到 2 10 0℃ ,复合材料的横向断裂强度和断裂韧度分别由 387MPa和 4 14MPa·m1/2 提高到 5 93MPa和 6 87MPa·m1/2 ,当烧结温度再提高到2 2 0 0℃ ,强度和韧性反而有所下降。加压压力由 2 0MPa提高到 35MPa时 ,横向断裂强度和断裂韧度分别由5 5 7MPa、6 41MPa·m1/2 提高到 6 0 2MPa和 6 92Mpa·m1/2 。当保温时间由 0 5h提高到 2h时 ,复合材料的横向断裂强度和断裂韧度分别由 5 6 8MPa、6 5 3MPa·m1/2 提高到 5 93MPa和 6 87MPa·m1/2 。Cf/TiC复合材料合适的烧结工艺是在 2 10 0℃、30MPa下烧结 1h ,所制备的材料的相对密度为 97 6 % ,弹性模量为 416GPa ,横向断裂强度为 5 93MPa ,断裂韧度为 6 87MPa·m     

钼含量对钨钼渗铜材料烧结工艺和力学性能的影响

采用熔渗法制备了5种相同骨架密度、不同钨钼成分配比的W-Mo-Cu材料,对5种不同成分材料的烧结工艺和烧结组织进行分析,并对物理力学性能,包括室温抗拉强度、高温(800℃、1 200℃)、室温冲击功以及室温断裂韧度进行对比研究,结果表明:W-Mo-Cu材料的烧结温度随钼含量的增加而降低; W-Mo合金骨架实现了固溶,固溶程度随W-Mo合金烧结温度提高而提高,随钼含量的降低而提高。W-Mo-Cu材料的力学性能基本介于W-Cu材料和Mo-Cu材料之间,密度随W-Mo的配比而变化,可以在W-Cu材料和Mo-Cu材料之间连续调节; Mo含量在30%(质量分数)以内的W-Mo-Cu材料具有与W-Cu材料相当的高温强度,W-Mo合金骨架固溶强化效果明显,800℃和1 200℃的最高强度能够达到330 MPa和215 MPa。     

制备工艺对B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料力学性能的影响

采用热压法制备了10%(质量分数)TiC/4.7%(质量分数)Mo增强B4C基陶瓷,分析了烧结温度、保温时间和烧结压力对力学性能的影响.烧结温度由1 800℃提高到1 900℃时,复合材料的抗弯强度由590MPa提高到705MPa;当烧结温度升至1 950℃,强度反而下降;硬度和韧度随烧结温度升高而提高.在烧结温度为1 900℃压力为35MPa保温时间由15min提高到45min时,抗弯强度由600MPa提高到705MPa;进一步增加保温时间,抗弯强度随保温时间的增加而下降;硬度和韧度随保温时间延长而提高.烧结压力对复合材料力学性能的影响较小.当烧结参数为1 900℃、45min、35MPa,B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料抗弯强度、硬度、断裂韧度、相对密度分别为705MPa、20.6GPa、3.82MPa·m1/2、98.2%.     

HfB_2-ZrB_2-SiC改性C/C复合材料的制备及性能

将HfB_2和ZrB_2陶瓷粉按体积比1:1混合制成高固相含量的浆料,通过料浆浸渍结合聚碳硅烷先驱体的浸渍裂解,制备密度为3.37 g/cm~3的C/C-HfB_2-ZrB_2-SiC复合材料,研究材料的显微组织、力学性能及抗烧蚀性能。结果表明:料浆浸渍法引入的HfB_2和ZrB_2陶瓷颗粒主要分布在C/C多孔复合材料的网胎层及针刺区,聚碳硅烷裂解产生的SiC主要分布在陶瓷颗粒及纤维束间,这3种陶瓷相都均匀地填充于材料内部。C/C-HfB_2-ZrB_2-SiC复合材料的抗弯强度和断裂韧性分别为382.6MPa和11.2MPa·m~(1/2),表现出明显的假塑性断裂特征。C/CHfB_2-ZrB_2-SiC复合材料在烧蚀过程中生成HfO_2-ZrO_2复相氧化膜阻止氧进入材料内部,提高抗烧蚀性能。在2 500℃/120 s的烧蚀条件下表现出优异的抗烧蚀性能,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.71μm/s和0.53 mg/s。     

SiCf/TC11复合材料拉伸行为研究

采用磁控溅射先驱丝法和热等静压工艺制备SiC_f/TC11复合材料，研究了SiC_f/TC11复合材料室温和500℃拉伸性能及断裂机制。结果表明，SiC_f/TC11复合材料室温和500℃抗拉强度分别为1 530 MPa和1 553 MPa，明显高于基体TC11钛合金，与TC11钛合金相比，抗拉强度分别提升了～57%和～133%，纤维增强效果显著。通过观察SiC_f/TC11复合材料室温、500℃拉伸断口和纵剖面断裂特征，指出了室温和500℃拉伸断裂机制主要包括反应层多次断裂、纤维一次断裂、纤维多次断裂、纤维-基体界面脱粘、纤维拔出、W芯-SiC界面脱粘、基体断裂、包套断裂等，揭示了SiC_f/TC11复合材料室温和500℃拉伸载荷下多组元失效断裂过程。     

高速压制技术(HVC)在制备W-15Cu合金中的应用

在熔渗法制备W/Cu合金的过程中,采用细钨粉(1.85μm)制备的钨铜合金与采用粗粒度钨粉制备的钨铜合金相比组织更均匀,产品性能也更好.但以细钨粉为原料,采用传统压制工艺很难得到相对密度达到72.40%的W85骨架,因而得不到成分为W-15Cu的合金.本试验采用高速压制技术(HVC)成功获得相对密度达到72.40%的细粉W85骨架,然后在氢气炉中,1 400℃高温熔渗制备得到W85/Cu合金.采用扫描电镜(SEM)对钨铜复合材料的组织和成分进行观察与分析,并测定材料的密度、气密性、热导率和热膨胀系数.结果表明:采用高速压制技术结合熔渗工艺制备的W-15Cu材料相对密度达到99.5%;热导率为177W/(m·K),气密性(He吸附)为1.0×10-9Pa·m3·s-1和热膨胀系数(150℃)为6.9×10-6/K,各项性能指标均达到相应热沉材料的要求.     

冷等静压法制备Mo-30Cu合金的组织与轧制性能

采用冷等静压法(cool isostatic pressing,CIP)制得大尺寸钼骨架,对骨架进行渗铜制备Mo-30Cu合金,并在350℃进行温轧,研究CIP压力及熔渗温度和熔渗时间对合金致密度的影响以及合金的轧制性能。结果表明:采用冷等静压法在120~180 MPa压力下可制备孔隙分布均匀,无分层等缺陷的钼骨架,熔渗后坯料的线收缩率随CIP压力增加而逐渐降低,最佳CIP压力为160 MPa;在一定范围内升高熔渗温度与延长保温时间均有助于提高合金致密度;冷等静压–溶渗法制备的高致密Mo-30Cu合金具有较好的温轧性能,有效提高了大尺寸试样的加工性能。CIP压力为160 MPa压制的骨架在1 350℃渗铜6 h后相对密度达到99%以上,合金的温轧变形量可达到65%。     

W-15Cu电子封装材料导热性能的研究

研究了熔渗温度、退火温度及退火冷却速度对W-15Cu电子封装材料导热性能的影响,试验结果表明退火能改善W-15Cu电子封装材料的导热性能,经850℃退火随炉冷的导热性能稳定在190W/(m*K)左右;W-15Cu电子封装材料界面残余应力的大小是影响材料导热性能的重要因素之一,残余应力越大,材料导热性能越差;W-15Cu电子封装材料随熔渗温度升高,导热系数增加,熔渗温度在1 400℃时的导热性能最好.     

真空-压力熔渗制备B4C基金属陶瓷复合材料的研究

采用真空-压力熔渗工艺制备了B4C/Al金属陶瓷复合材料.由于真空-压力熔渗工艺可以在较低的熔渗温度(低于1100℃)下制备B4C/Al复合材料,避免了高温下B4C与金属Al反应产生其它脆性中间相,可以制备材料相对密度＞98%,抗弯强度为360～420 MPa,断裂韧度为10～11 MPa·m1/2的高性能B4C/Al金属陶瓷复合材料.     

Ti-40Al-3.5Nb-0.8Mo-0.3Y高温合金组织和力学性能研究

借助扫描电镜、X射线衍射仪、拉伸测试等手段,研究了Ti-40Al-3.5Nb-0.8Mo-0.3Y高温合金显微组织、物相组成和力学性能。结果表明:Ti-40Al-3.5Nb-0.8Mo-0.3Y合金中生成的无序β相能够有效提高合金材料的耐高温性能;热等静压及均匀化处理提高了合金的致密度。合金在室温下的抗拉强度是583 MPa,具有平整的拉伸断口形态及脆性穿晶解理断裂特征。当拉伸测试温度从室温逐渐升至760℃时,合金的抗拉强度持续下降,合金伸长率则逐渐上升,属于脆性断裂特征。     

反应熔渗法制备C/C-ZrC-Cu复合材料的组织结构与力学性能

用多孔C/C复合材料作骨架,以Zr-Cu混合粉末作为熔渗剂,通过反应熔渗制备C/C-ZrC-Cu复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱分析等分析材料的组织结构,采用三点抗弯试验测定材料的弯曲性能,并研究Zr-Cu熔渗剂中的Zr含量对C/C-ZrC-Cu复合材料组织与力学性能以及断裂行为的影响。结果表明:C/C-ZrC-Cu复合材料的物相组成为ZrC,Cu,Zr和C相,其中ZrC和Cu相在材料中连续分布,炭纤维周围包裹ZrC层;随Zr-Cu熔渗剂中Zr含量增加,复合材料中ZrC的含量先增加后减少,而Cu的含量一直降低;熔渗剂组成为Cu-50%Zr时,材料具有最高的弯曲模量和韧性因子,采用Cu-60%Zr熔渗剂时,材料具有最高的硬度(HV)和抗弯强度,分别为169.4和267.4 MPa;C/C-ZrC-Cu复合材料的断裂方式为假塑性断裂,断裂机理与ZrC相、富Cu相的含量和分布以及材料的致密度有关。     

压制压力对微波烧结W-Ni-Fe高密度合金性能的影响

以还原钨粉、羰基镍粉和羰基铁粉为原料,研究了压制压力对微波烧结90W-7Ni-3Fe高密度合金性能的影响,并对分别在1 480℃和1460℃烧结的合金性能进行对比分析.实验结果表明:微波烧结W-Ni-Fe高密度合金的密度和力学性能随压制压力升高而升高,在600 MPa时达到最大,随后迅速下降.在1 480℃进行微波烧结的合金,其各项性能明显高于在1 460℃烧结的,例如,在600 MPa时,前者的相对密度为97.5%,而后者为96.3%;前者的断口存在穿晶断裂,后者则沿晶断裂明显.     

轧制变形量对Mo-30Cu合金组织及其物理性能的影响

采用粉末冶金熔渗法制备Mo-30Cu合金板坯,使用?400两辊轧机,在850℃不同轧制形变量条件下制得Mo-30Cu板材。通过观测金相组织,测试电导率、密度、维氏硬度、抗拉强度,研究了轧制变形量对Mo-30Cu合金物理性能及组织的影响。结果表明,由于形变强化作用,Mo-30Cu合金轧制变形量达到80%时,室温抗拉强度提升了71.8%,维氏硬度提升了55.7%,相对密度、电导率有所提升,伸长率明显降低至2.7%。     

细晶W-Cu合金的高温拉伸力学行为与组织演变

研究了平均晶粒度在0.5μm以下细晶W-40Cu和W-50Cu合金在200~800℃范围内的高温拉伸力学行为,并结合SEM断口形貌分析了材料在高温状态下的断裂形式及其组织变化规律。结果表明:W-Cu合金拉伸强度随温度升高而迅速降低,其延伸率在室温至400℃温度区间时变化不大;当温度大于400℃时,合金延伸率迅速上升。拉伸断口特征表明:在室温条件下,细晶W-Cu合金的断裂主要包括W晶粒的沿晶断裂与Cu相的延性撕裂;温度在400℃时,Cu相开始软化,但合金材料受铜的"中温脆性"影响而使得材料的断裂延伸率变化不大;当温度达到800℃时,材料的断裂方式主要受Cu相的影响而表现出很好的延性断裂。