MoSi2-SiC原位复合材料的制备及其性能研究

本文以Mo2C和Si粉为原料,利用真空热压烧结,研究了原位SiC颗粒增强MoSi2基复合材料的制备及其性能,结果表明Mo2CSiMoSi2按质量百分比10.146.981配料,经1500℃×1 h真空热压烧结,可原位合成高强韧性的MoSi2-11%SiC复合材料,其密度为5.33g/cm3,显微硬度为16.9 GPa,断裂韧性KIC为8.1 MPam1/2,抗弯强度为452MPa.KIC和σb比纯MoSi2材料分别提高131.4%和64%.此外,对复合材料的室温增韧机理进行了初步探讨.     

ZrO2强韧化MoSi2复合材料显微结构和性能

通过对热压合成制备的ZrO2 MoSi2复合材料显微组织及其断口形貌分析,结合硬度、抗弯强度、断裂韧度等力学性能和孔隙率、晶粒度的测试,初步探讨了ZrO2颗粒强韧化MoSi2复合材料的机制。结果表明,复合材料中ZrO2粒子沿着MoSi2晶界偏聚,抑制MoSi2晶粒长大;复合材料断口晶粒细小,裂纹扩展曲折,呈现出沿晶与穿晶的混合型断裂特性;ZrO2颗粒通过第二相强化和细化晶粒使复合材料强度得到提高,通过细化晶粒、裂纹偏转和分支、形成微裂纹等机制的综合作用增韧复合材料。     

原位SiC颗粒增强MoSi_2基复合材料室温断裂韧度的效果与机制

以钼、硅、碳粉末为原料,采用湿法混合和原位反应热压一次复合工艺制备纯MoSi2及含原位SiC颗粒体积分数为40%的SiCP/MoSi2复合材料试样,并研究其显微结构和室温断裂韧度.结果表明,原位SiC使MoSi2基体晶粒得到明显细化,消除了脆性SiO2玻璃相,并阻碍SiCP/MoSi2复合材料断裂时的裂纹扩展而造成裂纹的偏转和桥接,最终使SiCP/MoSi2的室温断裂韧度比纯MoSi2有了大幅度的提高,达到4.91 MPa.m1/2.     

原位合成SiC对铝基复合材料微观组织和力学性能的影响

以铝粉、硅粉、石墨粉为原料, 通过冷压真空烧结原位合成了含不同质量分数SiC颗粒的SiC/Al-18Si复合材料。利用X射线衍射仪, 扫描电子显微镜和能谱分析仪等设备手段表征了铝基复合材料的相组成和微观结构, 研究了原位合成SiC对复合材料微观结构、抗弯强度和显微硬度的影响, 分析了复合材料力学性能的变化规律。结果表明: 复合材料的基体相为Al相, 第二相为Si相和SiC相; 原位合成的SiC颗粒弥散细小的分布在Al基体中, 其颗粒尺寸主要分布在0.2~2.8 μm, 具有亚微米、微米级的多尺度特性; 随着SiC质量分数的不断增加, 复合材料的显微硬度增大, 同时颗粒的平均尺寸仅由0.81 μm增大到1.13 μm, 但仍均匀分布, 正是这种尺寸稳定性, 使得SiC/Al-18Si复合材料硬度远大于Al-18Si; 当SiC质量分数为30%时, 材料的显微硬度最高, 达到HV 134, 相较于Al-18Si提高了88%。     

(SiCp+C)/MoSi2复合材料的组织结构及力学性能

通过热压烧结工艺制得了(SiCp+C)/MoSi2复合材料,测试分析了材料的组织结构、室温和高温力学性能.结果表明:(SiCp+C)/MoSi2复合材料主要由MoSi2(大量),α-SiCp(大量),Mo5 Si3(多量)和β-SiC(少量)组成,密度为5.12g/cm3,相对密度为91%;增强相的粒径＜30μm,体积分数为39%.其室温硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为12.2 GPa,530MPa和7.2MPa·m1/2;材料在800℃的维氏硬度为8.0 GPa,1 200和1400℃的抗压强度分别为560MPa和160MPa.与非增强MoSi2相比,材料的各种力学性能都有大幅度的提高.     

机械合金化-脉冲放电烧结MoSi2/Nb复合材料的显微结构与力学性能研究

ＭｏＳｉ2 的熔点高、抗氧化性好 ,是目前最为理想的一种高温结构材料。但其在潜在的高温结构应用方面 ,仍存在室温断裂韧性和延性差等重要缺陷。添加Ｎｂ的ＭｏＳｉ2 复合材料已大大改善了ＭｏＳｉ2 的力学性能 ,尤其是断裂韧性。但就目前看 ,添加Ｎｂ或Ｗ等难熔金属效果仍不十分理想 ,因为它们与ＭｏＳｉ2 基体反应强烈 ,有降低抗氧化性能和增大密度的不良态势。此外 ,Ｎｂ增强ＭｏＳｉ2 复合材料还会降低其室温和高温强度。本研究旨在通过机械合金化方法制成了含细晶粒尺度的ＭｏＳｉ2 粉料及ＭｏＳｉ2-Ｎｂ复合粉料 ,并通过脉冲放电烧结…     

原位合成SiC颗粒增强MoSi_2基复合材料的900℃长期氧化行为

研究了不同体积分数原位合成SiC颗粒增强MoSi_2基复合材料在900℃空气中1000 h的长期氧化行为.复合材料氧化1000 h后,均未发生pest现象. 6种材料都表现出优异的氧化抗力,原位合成的复合材料的氧化抗力好于传统的通过热压商用MoSi_2粉末和Si C粉末混合物制备的复合材料(外加复合材料).复合材料氧化膜表层为连续致密的α-SiO_2(α-石英),下层为Mo_5Si_3,复合材料的氧化过程不仅是O2与MoSi_2的作用,SiC也同时发生了氧化.材料900℃下发生硅的选择性氧化,正是这种硅的选择性氧化在MoSi_2的表面自发形成一层致密的SiO_2保护膜,使材料表现出优异的长期氧化抗力.     

MoSi2-Mo5 Si3复合材料的低温氧化研究

通过热重量分析、X射线衍射仪描电镜研究了MoSi2-Mo5Si3复合材料的低温氧化行为,指出材料低温氧化时,随Mo5Si量增多,材料氧化加剧,当Mo5Si3含量（质量分数）超过16％时发生“PEST”现象,由于MoO3晶须的大量存在,所形成的SiO2不能均匀连续地分布于材料表面,从而加剧了氧化。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的制备工艺和性能研究

采用粉末冶金法制备SiCp/6061Al复合材料,研究热压温度、球磨工艺参数和SiC颗粒(SiCp)体积分数对SiC颗粒增强铝基复合材料性能的影响,测试其力学性能及物理性能,用扫描电镜对材料的微观组织和断口进行观察。结果表明:540℃是较适合的热压温度;随着SiCp含量的增加,复合材料的致密度、热膨胀系数下降,抗拉强度先提高后迅速降低。     

碳对二硅化钼复合材料性能的影响

采用热压烧结工艺制得了2％C/MoSi_2(质量分数)复合材料,并测定了材料的显微组织和结构、室温和高温力学性能、耐磨性能以及电阻率。结果表明:C/MoSi_2复合材料由大量的MoSi_2,Mo_5Si_3和少量的β-SiC组成;其维氏硬度为1 060,抗弯强度为470 MPa,断裂韧性为5.12 MPa·m~(1/2);800℃的维氏硬度为750 Hv,1200℃的抗压强度为450MPa,1400℃的抗压强度为142MPa;在Al_2O_3和SiC磨盘上表现出优异的耐磨性能,材料的电阻率为34.9 μΩ·cm。与纯MoSi_2相比,C/MoSi_2复合材料在硬度、抗弯强度、断裂韧性、高温抗压强度、弹性模量和耐磨性能等方面都有较大的提高。     

TiB_2/ZrB_2/SiC复合功能材料的微观结构与力学性能

采用放电等离子烧结工艺,制备TiB2/ZrB2/SiC复合功能材料。用X射线衍射仪和场发射扫描电镜分析观察复合材料的物相组成及微观形貌。并测试复合材料的抗弯强度、断裂韧性及硬度。结果表明:两次球磨后的TiB2/ZrB2/SiC粉体粒度较小(2~4μm),且分布较均匀,几乎没有团聚现象。烧结后的复合功能材料中有(TixZry)B2固溶体相生成。当加入ZrB2的体积分数为30%时,生成的(TixZry)B2固溶体在复合材料中起到了很好的晶粒细化与界面融合作用,所以TZS30复合陶瓷材料比TZS0复合陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性分别提高了119.8%和98.9%。利用TiB2/ZrB2/SiC复合陶瓷材料在高温摩擦作用下与氧的化学反应,可以实现自润滑。     

碳化硅晶须对C/C复合材料表面SiC涂层的影响

以三氯甲基硅烷(CH3SiCl3,MTS)为先驱体原料,采用化学气相沉积法(CVD)在C/C复合材料表面原位生长碳化硅晶须(SiCw)及制备SiC涂层,研究SiCw对SiC涂层微观形貌,织构及力学性能的影响。结果表明:SiCw不仅可促成SiC等轴颗粒的细化、生长完善,裂纹宽度减小、偏转明显,而且可使涂层的织构发生改变;同时,大量的空洞在SiCw处形成,使得内层SiC涂层硬度低于外层,从而导致整个SiC涂层的硬度和弹性模量降低。     

热压反应合成Al_2O_3-Ho_2O_3/TiAl复合材料

利用Al-Ti-TiO2-Ho2O3体系原位反应合成了Ho掺杂Al2O3/TiAl复合材料。采用DTA结合XRD分析对体系反应过程进行了探讨。借助XRD、EDS和SEM等手段,对放热体系的物相组成及晶粒微观形貌进行了分析表征。结果表明:Al-Ti-TiO2-Ho2O3系原位合成的Al2O3/TiAl复合材料由TiAl、Ti3Al、Al2O3以及HoAl3相组成;Ho2O3的引入对基体相生成比例(TiAl:Ti3Al)有一定的调控作用,并使得基体晶粒和Al2O3晶粒均有所细化且逐渐分布均匀。力学性能测试表明:当Ho2O3的引入量为6%时,材料的抗弯强度达到最大值,约为593.5MPa;断裂韧度达到最大值,为8.74MPa.m1/2,具有可接受的力学性能。     

SiC的添加对AlN/Mo/SiC复合陶瓷的制备和性能影响探究

以氮化铝(AlN),钼(Mo),碳化硅(SiC)为原料,采用放电等离子烧结的方式,在1700℃,30 MPa制备出致密度高达98.5％的SiC添加的AlN/Mo复合陶瓷.采用XRD,FESEM,Agilent4284型LCR自动测试仪,网络分析仪及激光导热仪对样品的微观形貌,导电性能,介电性能和热导率进行了测试分析.研究结果表明:采用放电等离子烧结工艺,在较低的温度下可以制备出组织致密均匀的AlN/Mo/SiC复合材料,但随着SiC添加含量的增加,当SiC的体积含量占到总体的60％时,复合材料的致密度又会出现明显的下降.添加SiC后,相对于AlN/Mo复合陶瓷,复合材料的电阻率得以进行有效的控制,不会出现非线性突变-渗流现象,而是在一定的范围内缓慢下降.在26.5～40.0 GHz下复合材料的介电常数和介电损耗均随着SiC含量的增加而增加.复合材料的热导率随着SiC含量的增加而下降:当致密度高于某临界值时,其热导率主要受SiC含量及其分布状态的影响,随着SiC含量的增加呈缓慢下降的趋势;而当致密度低于临界值后,致密度成为热导率的决定性因素,使得复合材料的热导率随着致密度的降低快速下降.     

无压烧结SiC陶瓷研究进展

高硬度、高强度、耐腐蚀、耐磨损和高弹性模量等特性使SiC陶瓷成为航空航天、电力电子和机械工业等领域不可或缺的材料。然而SiC陶瓷超高的合成温度和难以烧结致密的特性限制了它的生产。近年来随着SiC陶瓷烧结机理的深入研究及添加剂的多样化,采用无压烧结工艺制备高性能SiC陶瓷材料已逐渐成为最常用的方法。本文主要阐述了近年来无压烧结SiC工艺添加剂的研究进展,综述了添加剂及其用量、烧结温度和时间对无压烧结SiC陶瓷性能的影响。     

聚变堆面向等离子体SiC/Cu梯度材料的制备与评价

用超高压梯度烧结法制备出了成分分布从0~100%的接近理论密度的SiC/Cu聚变堆面向等离子体功能梯度材料.化学溅射实验表明其CD₄产额与二次纯化石墨相比降低了80%;热解吸放气率约为石墨的10%;在398MW/m²的激光热冲击下,材料表面出现疲劳裂纹和化学分解现象;原位等离子体辐照结果显示陶瓷材料表面出现一定程度的溅射损伤.     

烧结温度对碳化硅陶瓷力学性能的影响

采用硼、碳助剂无压烧结制备碳化硅陶瓷。针对烧结温度与碳化硅烧结体密度、抗弯强度以及硬度之间的关系进行了试验研究,并对不同温度下制备的烧结体进行了显微结构形貌观察和XRD图谱分析。结果表明,烧结温度在2190～2220℃范围内可以制备密度高、力学性能好的碳化硅陶瓷。其相对密度超过96%;抗弯强度接近400MPa;维氏硬度23GPa以上。在试验温度范围内,密度与抗弯强度之间的关系近似为线性关系,密度越高抗弯强度和硬度性能越好。     

碳化硅纳米线增强钛基复合材料的制备与性能研究

采用球磨法将Ti60合金粉末与碳化硅纳米线(SiCnw)混合,通过放电等离子活化烧结工艺制备SiCnw/Ti60复合材料。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和万能力学试验机研究复合材料的组织形貌、物相结构和力学性能。结果表明,在Ti60合金中添加SiCnw后,基体晶粒尺寸显著减小,当SiCnw添加量为0.1%(质量分数)时,SiCnw/Ti60复合材料的晶粒尺寸较Ti60合金下降42%,抗拉强度提高2.7%,为1037 MPa。SiCnw在晶界处的均匀分布可起到钉扎效应,在拉伸过程中SiCnw承担了基体间的载荷传递,从而提高了SiCnw/Ti60复合材料的拉伸强度。