热压Si3N4/MoSi2复合材料的强韧化效果与机制

通过显微组织观察和力学性能测试,对亚微米Si3N4颗粒强韧化MoSi2的效果及其作用机制进行了初步研究和探讨.结果表明:复合材料中的Si3N4颗粒在基体的间层作用,可抑制MoSi2晶粒长大;断口呈现晶粒细小、裂纹扩展曲折和沿晶与穿晶混合型断裂等特征;Si3N4颗粒通过弥散强化和细化晶粒使复合材料强度提高,室温断裂韧度达到8.2 MPa·m1/2,通过晶粒细化、裂纹偏转和分支、微裂纹形成等机制的综合作用使复合材料增韧.     

纳米SiC晶须增强Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织与力学性能

采用真空烧结法制备了纳米SiC晶须增强Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料,用XRD、FESEM、EDS、万能试验机及维氏硬度仪等手段研究了纳米SiC晶须对复合材料显微组织和抗弯强度及断裂韧度的影响。结果表明:复合材料的显微组织具有典型的芯-壳结构,主要由黑色的硬质核心相,灰色的环形相,灰白色的粘结相以及部分分布于外环形相/粘结相界面、部分弥散分布于粘结相中的白色增强相组成;随着纳米SiC晶须添加量的增加,粘结相的体积分数减小,增强相的体积分数增大;与未添加晶须的金属陶瓷相比,复合材料的抗弯强度和断裂韧度均有显著提高,当纳米SiC晶须的体积分数为7.5%时,复合材料的力学性能最佳,抗弯强度为2 346 MPa,断裂韧度为16.82 MPa·m~(1/2)。     

Si_3N_4/SiC(N)纳米复相陶瓷的制备与性能研究

采用极性分散剂和超声分散技术 ,在微米Si3 N4基体中加入SiC纳米颗粒 ,用真空热压烧结法制备出Si3 N4/SiC(N)纳米复相陶瓷。研究结果表明 :加入SiC纳米颗粒可显著降低烧结温度 ,阻止 β Si3 N4晶粒的过度生长 ,细化晶粒组织 ,提高复合陶瓷材料的致密度和机械性能 ;含 15wt%SiC纳米颗粒的复相陶瓷具有最佳断裂韧度和较高抗弯强度 ,可作为高速切削刀具和模具的候选材料。     

无压烧结原位合成制备WSi_2/MoSi_2复合材料及其性能

以钼、硅、钨粉为原料,利用无压烧结原位合成技术制备了不同成分的WSi2/MoSi2复合材料,研究了原位生成的WSi2含量对该复合材料显微结构和力学性能的影响。结果表明:制备的复合材料中除含有以固溶形式存在的WSi2、MoSi2相以外,还有微量的(MoyW1-y)5Si3相;复合材料的力学性能较纯MoSi2的有大幅度提高,其中含20%WSi2复合材料的性能最好,1 000℃的抗弯强度和室温断裂韧度分别为367.3 MPa和7.87 MPa.m1/2;复合材料的强化机制为第二相颗粒强化和固溶强化,韧化机制为第二相颗粒增韧和裂纹偏转。     

自蔓延原位合成TiC/MOSi2复合材料及其力学性能

以钼、硅、钛和碳粉为原料,采用自蔓延原位合成技术制备了不同体积分数TiC强韧化的MoSi2基复合材料,研究了TiC颗粒对MoSi2基体材料显微组织和力学性能的影响.结果表明:TiC颗粒均匀分布于MoSi2基体中;TiC体积分数为30%时,TiC/MoSi2复合材料硬度、抗弯强度和断裂韧度分别达到15.02 GPa、366 MPa和6.26 MPa·m1/2,比纯MoSi2分别增加61.5%、26.8%和150%;复合材料的断口表现为沿晶断裂和准解理断裂的混合形式,其强化机制是细晶强化和弥散强化,韧化机制为细晶韧化.     

热压烧结法制备氧化铝/透辉石陶瓷复合材料

采用热压烧结法制备了氧化铝/透辉石复相陶瓷材料,分析了复合材料的微观结构,测试了复合材料的断裂韧度、硬度和抗弯强度与透辉石颗粒含量的对应关系.结果表明:在28 MPa、1 450℃×30 min条件下热压烧结制备的复相陶瓷材料,其抗弯强度、断裂韧度均有明显提高,最高达到442.5 MPa和4.76 MPa·m1/2.     

Ti(C,N)含量对无压烧结Ti(C,N)/ZrO2陶瓷复合材料微观结构和性能的影响

以Y₂O₃稳定纳米ZrO₂粉、TiO₂粉、TiN粉、炭黑和水溶性酚醛树脂为原料,采用无压烧结方法制备Ti(C,N)/ZrO₂陶瓷复合材料,研究了Ti(C,N)质量分数(25%～40%)对其微观结构和性能的影响。结果表明：Ti(C,N)/ZrO₂陶瓷复合材料由t-ZrO₂和Ti(C,N)两相组成;随着Ti(C,N)含量的增加,Ti(C,N)颗粒逐渐出现团聚现象,但当Ti(C,N)质量分数增加至40%时,Ti(C,N)相分布又变得较均匀;随着Ti(C,N)含量的增加,陶瓷复合材料的开口气孔率先增大后减小,硬度、抗弯强度和断裂韧度先降低后升高;当Ti(C,N)质量分数为40%时,陶瓷复合材料的综合性能最好,其开口气孔率、硬度、抗弯强度、断裂韧度分别为0.73%,14.4 GPa, 354 MPa, 5.8 MPa·m^1/2。     

纳米HfC对微波烧结TiB2基金属陶瓷刀具材料力学性能和微观组织的影响

采用微波烧结技术快速制备一种力学性能良好的TiB₂基金属陶瓷刀具材料,研究了纳米HfC含量对金属陶瓷力学性能和微观组织的影响,分析了微观组织和力学性能之间的关系,揭示了纳米HfC对金属陶瓷刀具材料的增强补韧机理。结果表明：加入纳米HfC可显著提高材料的断裂韧度和抗弯强度,含20wt.%HfC的金属陶瓷断裂韧度和抗弯强度相较于未加HfC的断裂韧度和抗弯强度分别提高了36.7%和45.4%,断裂韧度高达10.68MPa·m^1/2±0.30MPa·m^1/2;随着纳米HfC含量的增加,TiB₂基体晶粒由粗大、无规则形状向细小、矩形形状转变,平均晶粒尺寸可缩小到原来的1/2.6;TiB₂-TiC-HfC金属陶瓷的主要增强补韧机理为细晶强化、颗粒弥散强化、固溶强化、裂纹偏转和钉扎效应。     

粉末氧化对高硅铝合金热挤压复合材料组织及力学性能的影响

为提高高硅铝合金电子封装材料的使用性能,对Al-12Si与Al-30Si合金粉末进行300℃空气氧化,热挤压制备出Al2O3与SiO2增强的弥散强化型铝硅复合材料,通过光学显微镜及电子万能试验机对材料显微组织、抗拉强度、抗弯强度及拉伸断口形貌进行了分析.结果表明:合金粉末经高温空气氧化后,Al-12Si晶粒长大不明显,而Al-30Si晶粒发生了明显长大;Al-30Si复合材料的抗拉强度及抗弯强度均明显高于Al-12Si,且均随氧化时间延长而提高,粉末氧化32h后,Al-30Si材料抗拉强度与抗弯强度高达291 MPa与378 MPa,比未氧化的分别提高了33.5%与32.2%;材料的断裂方式随着氧化时间延长而变化,由单纯的韧性断裂逐渐向韧性与脆性共存的混合断裂转变.     

Y2O3-Al2O3对热压复合陶瓷Si3 N4/(W,Ti)C 性能及组织的影响

Y2O3-Al2O3为复合烧结助剂,以(W,Ti)C为增韧补强材料,制备了Si3N4基复合陶瓷材料.研究了Y2O3和Al2O3的配比、体积分数对Si3N4/(W,Ti)C力学性能、致密化进程和烧结性能的影响.结果表明两者配比为23、总体积分数为10%时,可以获得较高的致密度和较好的烧结性能,材料力学性能最好,抗弯强度845MPa,显微硬度16.45GPa,断裂韧度7.0MPa·m1/2.     

载荷对激光选区烧结Cf/SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

通过激光选区烧结技术和液相渗硅工艺制备了碳纤维增强碳化硅（Cf/SiC）复合材料。试样组织由C、SiC和Si三相组成,其密度和弯曲强度分别为2.89±0.01 g/cm3和237±9.8 MPa。采用UMT TriboLab多功能摩擦磨损试验机研究了Cf/SiC复合材料在不同载荷(10 N, 30 N, 50 N和70 N)条件下的摩擦学特性。研究结果表明：载荷较小(10 N)时,Cf/SiC复合材料的磨损由微凸起和SiC硬质点造成,磨损机制为磨粒磨损;载荷为30 N时,复合材料的摩擦磨损综合性能最好,其平均摩擦因数为0.564,磨损率低(5.24×10-7 cm3/（N·m）),主要磨损机制为犁削形成的磨粒磨损和黏结磨损。载荷增大到70N时,材料磨损严重,磨粒脱落形成凹坑,产生裂纹,其磨损率(8.68×10-7 cm3/（N·m）)高,磨损机制主要为脆性剥落。     

Ni—P—Si3N4复合镀层的磨损特性

本文通过Ｘ射线衍射分析、电子探针分析和摩擦磨损试验，分析了电沉积Ｎｉ－Ｐ－Ｓｉ３Ｎ４复合镀层的结构性能和磨损特性，并比较了不同弥散微粒的影响。结果表明，在油润滑条件下，复合镀层中的Ｓｉ３Ｎ４微粒在支承载荷的同时，有利于边界润滑膜的形成，避免粘着磨损。同时由于Ｓｉ３Ｎ４微粒本身具有的结构特征，提高了复合镀层的耐磨性能。     

喷射沉积SiC_p/Al-20Si复合材料高周疲劳行为研究

采用喷射沉积法制备15%(体积分数)4.5 m SiCp/Al-20Si复合材料及其基体合金,研究该组材料的微观组织、力学性能、高周疲劳性能以及疲劳断口形貌。结果表明:SiC颗粒的加入有利于提高材料的力学性能;复合材料及其基体的高调疲劳寿命随应力幅值的减小而增加,在相同应力幅值下,复合材料的疲劳寿命远远高于基体合金。疲劳裂纹从大颗粒的初晶Si的断裂以及Si相脱离处形核,并开始扩展。对于复合材料而言,SiC颗粒尺寸较小,不容易发生断裂,在形核过程中,当裂纹遇到SiC颗粒时,裂纹或者避开增强体,或者受阻于SiC颗粒,只能在基体合金中扩展,从而扩大了疲劳形核区的面积,提高了材料的疲劳寿命。Si颗粒的脱离、Si相的断裂以及SiC颗粒与基体界面的脱粘是复合材料疲劳断裂失效的主要机制。     

Synergistically toughening effect of SiC whiskers and nanoparticles in Al<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>3</Subscript>-based composite ceramic cutting tool material

In recent decades, many additives with different characteristics have been applied to strengthen and toughen Al₂O₃-based ceramic cutting tool materials. Among them, SiC whiskers and SiC nanoparticles showed excellent performance in improving the material properties. While no attempts have been made to add SiC whiskers and SiC nanoparticles together into the ceramic matrix and the synergistically toughening effects of them have not been studied. An Al₂O₃-SiC_w-SiC_np advanced ceramic cutting tool material is fabricated by adding both one-dimensional SiC whiskers and zero-dimensional SiC nanoparticles into the Al₂O₃ matrix with an effective dispersing and mixing process. The composites with 25 vol% SiC whiskers and 25 vol% SiC nanoparticles alone are also investegated for comparison purposes. Results show that the Al₂O₃-SiC_w-SiC_np composite with both 20 vol% SiC whiskers and 5 vol% SiC nanoparticles additives have much improved mechanical properties. The flexural strength of Al₂O₃-SiC_w-SiC_np is 730±95 MPa and fracture toughness is 5.6±0.6 MPa·m^1/2. The toughening and strengthening mechanisms of SiC whiskers and nanoparticles are studied when they are added either individually or in combination. It is indicated that when SiC whiskers and nanoparticles are added together, the grains are further refined and homogenized, so that the microstructure and fracture mode ratio is modified. The SiC nanoparticles are found helpful to enhance the toughening effects of the SiC whiskers. The proposed research helps to enrich the types of ceramic cutting tool and is benefit to expand the application range of ceramic cutting tool.     

超细SiC对Ni-P化学合金镀层组织结构的影响

在化学镀Ni-P合金溶液中添加不同粒径的超细SiC粒子进行化学镀,制备了三种Ni-P-SiC化学复合镀层;通过扫描电镜、X射线衍射仪、透射电镜和示差扫描量热分析仪对镀层的形貌和组织结构及其转变进行了表征。结果表明：化学复合镀层镀态下为非晶态结构,在一定温度热处理后晶化产生Ni3P和镍晶体,晶化温度几乎不受SiC粒子影响;在较高温度下镍与SiC发生反应生成Ni-Si化合物,SiC粒径越小,与镍发生反应的起始温度越低;400℃热处理复合镀层的最终产物中除了镍和Ni3P以外还有Ni3Si和游离碳。     

不同碳原子数及羟基数醇中Ti3SiC2/Si3N4摩擦副的摩擦学性能

Ti_3SiC_2和Si_3N_4等陶瓷材料是一种潜在的生物燃料发动机及功能性运动部件材料,为研究其在醇类生物燃料及润滑剂中的摩擦学性能,利用往复式摩擦试验机研究Ti_3SiC_2/Si_3N_4摩擦副在不同碳原子数直链醇(乙醇、丁醇、辛醇和十二醇)和不同羟基数醇(乙二醇和丙三醇)液体介质中的摩擦学性能。结果表明:Ti_3SiC_2/Si_3N_4在醇介质中的摩擦因数随碳原子数和羟基数的增加而减小,总体平均摩擦因数在0.06～0.11范围内变化,但丁醇中摩擦因数最高,为0.25;Ti_3SiC_2/Si_3N_4配副的磨损率均随碳原子数和羟基数的增加而减小,Ti_3SiC_2的磨损率在4.48×10~(-7)～9.33×10~(-9) mm~3/(N·m)范围内变化,Si_3N_4的磨损率在4.05×10~(-6)～2.91×10~(-7)mm~3/(N·m)之间变化,其中在辛醇和十二醇中几乎没有磨损。研究表明:在醇介质中Ti_3SiC_2/Si_3N_4摩擦副的摩擦状态属于边界润滑状态,摩擦界面微凸体和磨屑的犁沟效应是造成高摩擦的主要原因;摩擦化学反应是Ti_3SiC_2/Si_3N_4在醇介质中的摩擦行为的一个特点,摩擦化学磨损和磨粒磨损是材料磨损的主要机制;链长越长、羟基越多,醇的黏度越大,承载能力越强,犁沟效应和磨粒磨损降低,摩擦因数和磨损率也降低。     

Wear behavior of SiC particulate reinforced aluminum composites sliding against steel balls under dry and lubricated conditions

Wear behavior of Al–Si alloys reinforced with SiC particulate has been investigated under dry and lubricated reciprocating sliding conditions using a ball-on-block wear test method. It was shown that in the dry sliding wear of the composite/steel ball system, the wear mechanism of the composite was predominantly adhesive. With further sliding motion, delamination and abrasive wear occurred as a result of fracture and debonding of the SiC particles. Under lubricated conditions, the wear rate of the composite was drastically reduced due to the presence of the lubricant, and a boundary lubrication condition existed and dominated the normal wear process. The debonding of the SiC particles from the matrix of the composite was a predominant factor in determining the wear loss of the composite in the boundary lubrication sliding process. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

新型刀具材料切削大型高锰钢托轮的试验研究

用于露天煤矿大型托轮的高锰钢属于难加工材料。本文采用新型复合SiC、复合Si3N4和TiN涂层硬质合金刀具对高锰钢进行了切削加工对比研究。试验表明:复合SiC刀具是切削高锰钢的较理想刀具,在切削效率和经济效益上均优于TiN涂层硬质合金和复合Si3N4刀具。高锰钢在脆化温度范围内(400℃～800℃)极易导致TiN涂层硬质合金和复合Si3N4脆性破裂,而复合SiC在此时仅发生机械磨损;在切削温度高于高锰钢的脆化温度时,复合SiC和复合Si3N4都会发生扩散磨损。     

Tribological Behaviour of SiC Particle Reinforced Al–Si Alloy

The purpose of this study is to explore the effect of SiC reinforcement along with immiscible element addition in spray formed Al–Si base alloy. The investigation is done for four different compositions, i.e., Al–Si base alloy, Al–Si/SiC, Al–Si–5Sn/SiC and Al–Si–10Sn/SiC composite. The dry sliding wear properties of base alloy and composites were investigated against EN 31 steel at five different normal loads (14.7, 24.5, 34.3, 44.1 and 53.9 N). The tests were carried out in dry sliding conditions with a sliding speed of 1.6 ms⁻¹ over pin-on-disc tribometer. Each composition is tested at four different temperatures 50, 75, 100 and 150 °C. To determine the wear mechanism, the worn surfaces of the samples were examined using scanning electron microscope (SEM). The composites emerge to be better wear resistant material than base alloy especially at higher loads. The optimum wear reduction was obtained in Al–Si–10Sn/SiC composite at all the different normal loads and temperatures.