SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应及其影响

采用扫描电镜和透射电镜研究了SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,并借助纤维顶出试验和有限元方法,分析了界面反应层厚度对界面剪切强度和残余热应力的影响.结果表明:SiCf/Ti-6Al-4V复合材料界面反应产物主要为TiC,其又分为二层,晶粒较粗大的TiC层靠近基体钛合金,晶粒细小的TiC层靠近SiC表面的碳涂层;随着反应层厚度的增加,界面抗剪强度提高,纤维和反应层内的径向残余热应力有所增大,反应层内的环向残余热应力分布有所改变.     

SiCf/SiC复合材料与镍基高温合金钎焊接头的组织及性能

针对新型耐高温复合材料(SiCf/SiC)的加工性差的问题,采用AuCuTi/Mo/AuCuTi复合钎料对其与镍基高温合金进行钎焊研究.通过探究不同温度下的接头力学性能及组织演变规律,对界面反应和应力缓释机理进行分析.在1 050℃C/10 min的工艺参数下,接头室温剪切强度最高达到79 MPa.接头典型的界面结构为GH536/(Ni,Cr,Mo,Fe)+TiNi3+Ti2Ni+AuCuI/TiNi3+Ti2Ni+TiNi+AuCuI/σ/Mo/Mo4.8Si3C0.6/Ti5Si3Cx/Ti5Si3Cx+TiC+AuCuI/Ti3SiC2/SiCf/SiC.当温度较低时,界面反应程度较低,因此陶瓷/钎料异质界面难以形成连续的Ti5Si3Cx+TiC连接层;而当钎焊温度增加到1 050℃C时,异质界面处开始形成厚度约为3 μm的Ti3SiC2,从而实现有效地连接.当温度继续升高到1 100℃时,Cr元素在Mo箔中的扩散程度增加,并在陶瓷/钎料异质界面处发生富集.而此时过厚的界面反应层(10 μm)则是引起接头剪切降低的主要原因.使用该钎焊体系有助于阻碍母材之间的剧烈反应以及缓解接头的热应力,在一定程度上改善了 SiCf/SiC在实际应用中的加工困难问题.     

含界面SiC/TC4复合材料拉伸强度预测及试验验证

为了预测纤维增强复合材料的拉伸强度,建立基于双线性内聚力模型的含界面代表体积元模型,结合最大应力准则和最大位移准则分析界面在拉伸载荷下的损伤演化过程,得到复合材料纵向和横向拉伸强度,并讨论了温度对SiC/TC4复合材料强度的影响。结果表明,随着温度的升高,复合材料拉伸强度增加,压缩强度减小。开展SiC/TC4层合板拉伸试验,SiC/TC4复合材料纵向和横向拉伸强度预测值与试验强度的误差分别为13.8%和6.9%,可见模型和计算方法有效。     

3D-C/SiC复合材料的高温拉伸性能

研究了 3D C/SiC复合材料从室温到 15 0 0℃真空条件的拉伸性能。试验材料用T30 0碳纤维编织为三维四向编织体 ,编织角为 2 2° ,用CVI法在 95 0℃～ 10 0 0℃沉积热解碳界面层、SiC基体。最终得到纤维体积分数约为4 0vol%、热解碳界面层厚度约 0 .2 μm和空隙率为 17vol%的复合材料 ,表面SiC涂层厚度为 5 0 μm。试验在超高温拉伸试验机上进行 ,真空度为 10 -3 Pa ,夹头位移速率为 0 .5 95mm/min。结果表明 ,拉伸应力 应变曲线是非线性的 ,大部分拉伸曲线基本由三段折线组成 ,对应着三段模量。第一阶段的模量和基体裂纹饱和应力对应的应变εsa 基本不随温度的升高而改变 ;第二和第三阶段的模量、损伤开始应力σmc、基体裂纹饱和应力σsa、断裂应力σf 和损伤开始应变εmc随温度有相似的变化规律 ,即随温度升高而增加 ,在 110 0℃ ～ 130 0℃范围内出现最大值 ,尔后随温度增加而下降 ;但是断裂应变的变化规律正好与此相反。试样机械加工后 ,由于残余应力部分得到松弛 ,并去除了表面SiC涂层开裂后引起的应力集中 ,因此材料断裂强度和断裂应变明显升高。高温和室温的拉伸断裂应变小于0 .6 % ,不能有效地松弛材料切口处的应力集中。测量了拉伸过程中试样的电阻相对变化率 ,它与载荷的关系曲线总的走势与拉     

用铁粉坯连接碳化硅陶瓷界面的微观结构

以铁粉压坯作为连接材料,采用高温钎焊连接工艺连接反应烧结SiC陶瓷.连接温度1 250℃,保温时间3 min,降温速率5℃/min,压坯厚度0.6 mm.对其界面微观结构进行了分析;并进行了三点弯曲试验.结果表明:连接界面形成了2个反应层,相应的界面微观结构为SiC/反应层1/反应层2/反应层1/SiC;各界面之间相互交错,形成紧密连接;界面含有Fe3Si、FeSi和SiC等相;试样断裂位置大部位于母材内,只有小部分断裂于反应层中,断口为混合断口.     

SiC/TC4复合材料涡轮轴渐进失效分析

为了研究SiC/TC4复合材料涡轮轴的失效行为,提出轴结构渐进失效分析方法,建立基于Hashin失效准则的层合板模型,并开展SiC/TC4层合板拉伸试验,对比试验与仿真得到的拉伸强度以验证计算方法的有效性.模拟涡轮轴结构在轴向拉伸载荷和扭转载荷下的损伤演化过程,预测失效强度.结果表明:0°铺层时涡轮轴的拉伸强度最大;4...     

快速凝固结合粉末冶金法制备SiC_p/AZ91复合材料的组织及性能

用快速凝固结合粉末冶金法制备了SiC颗粒增强镁合金基复合材料(SiCp/AZ91)棒材,研究了SiC颗粒含量对复合材料室温力学性能及显微组织的影响.结果表明:制备的复合材料棒材中SiC颗粒在基体中分布均匀,但仍存在局部颗粒团聚现象;随SiC颗粒含量的增加,复合材料的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率均逐渐降低;热挤压过程中,镁、SiC和SiO2之间发生了界面反应,在界面生成Mg2Si等脆性相,影响了复合材料的界面性能.     

不同金属基材上类金刚石薄膜的摩擦特性

针对类金刚石(DLC)薄膜在精密机械零件中的应用,研究了在常温条件下沉积高界面强度的DLC薄膜的技术,以提高DLC薄膜与金属基材之间的结合强度.通过在基材与薄膜之间沉积加入a-Si:H中间过渡层,研究了在不同金属基材上DLC薄膜的结合强度.采用Ball-on-Disk方法评价了薄膜的摩擦特性并测定其摩擦系数、疲劳破坏寿命和磨耗.实验结果表明:在薄膜与金属基材之间加入a-Si:H过渡层后,界面的结合(键合)强度得到了明显的改善,在金属基材上沉积的DLC薄膜在磨耗过程中被完全磨穿而没有发生剥离.实验显示,在自制的化学气相沉积RF-DCCVD装置上沉积的DLC薄膜的最大沉积厚度是3.3μm;在1μm厚度的薄膜上施加2.94 N的负荷(点载荷),其疲劳破坏寿命达到了70万循环;DLC薄膜与SiC,Si3N4,SUS304和SUJ2材料之间的摩擦系数为0.1～0.15.得到的结果验证了薄膜与金属间的结合强度和摩擦特性能够满足精密机械零件的使用要求.     

2D编织CVI SiC_f/SiC复合材料热力学性能多尺度分析

根据2D编织CVI SiCf/SiC复合材料微观单向结构RVE模型、细观含孔隙的编织结构RVE模型和微观组份材料性能,采用热固耦合双尺度渐进均匀化分析方法的分析程序,依次预测了复合材料微观、细观的热力学性能。分析得到了完整的SiCf/SiC复合材料宏观热力学性能,宏观弹性模量预测值与实验测量值相对误差7%以内,导热系数和热膨胀系数预测值基本落在试验结果统计范围内,为2D编织CVI SiCf/SiC复合材料构件热固耦合分析提供了基本材料参数。     

时效对Sn-3.8Ag-0.7Cu/Cu焊料接头的组织和拉伸性能的影响

研究Sn-3.8Ag-0.7Cu/Cu焊料接头界面的微观组织在150℃时效不同时间后的演变过程,对时效不同时间的试样进行抗拉强度测定,并在扫描电镜下进行动态拉伸原位观察和拉伸断口的形貌观察.结果表明,Sn-3.8Ag-0.7Cu/Cu焊料接头试样在焊后的界面上形成扇贝状的Cu6Sn5金属间化合物(intermetallic compound,IMC)层,随着时效时间的增加,界面IMC的厚度增加,Cu6Sn5扇柱变长变粗,最后离开界面层进入焊料, 时效480 h后在焊料和Cu6Sn5界面析出Ag3Sn相.拉伸实验结果表明,焊料接头的强度在时效初期略有增加,时效48 h后强度逐渐下降;动态拉伸结果表明,时效初期断裂发生在焊料基体内部,随着时效时间的增加,断裂发生的位置逐渐向界面转移,在时效480 h后断裂完全发生在界面化合物层.