硼化锆基超高温陶瓷连接技术研究进展

近年来,航空航天科技的发展对超高温陶瓷材料的连接提出了迫切需求。ZrB_2基超高温陶瓷是一种性能优异的高温结构材料,具有高熔点、高硬度、高热导率等特性。概述了ZrB_2基超高温陶瓷的基本性质,综述了液态金属在ZrB_2基超高温陶瓷表面的润湿行为和ZrB_2基复合陶瓷连接技术研究进展,并对ZrB_2基超高温陶瓷连接技术的发展进行了展望。     

ZrB_2基超高温陶瓷电火花线切割加工表面粗糙度对其力学性能的影响

采用电火花线切割工艺加工ZrB2基超高温陶瓷,分析了其微观组织变化,研究了不同表面粗糙度对材料抗弯强度和断裂韧性的影响规律,为陶瓷材料的工程化应用奠定了技术基础。     

结构陶瓷电火花加工模型化

针对结构陶瓷电火花加工特性,对高能小脉宽电火花加工进行了模型化分析,提出可利用模型化分析不同材料最大熔化体积的变化规律,预测某种材料电火花加工的可行性,确定高的加工效率、低的民极损耗的工艺参数。     

结构陶瓷电火花加工模型化

针对结构陶瓷电火花加工特性，对高能小脉宽电火花加工进行了模型化分析，提出可利用模型化分析不同材料最大熔化体积的变化规律，预测某种材料电火花加工的可行性，确定高的加工效率、低的工具电极损耗的工艺参数。     

超高温陶瓷不同型面加工方法的研究

针对超高温陶瓷材料及构件中一些典型型面的加工方法进行了研究,分别列举了深孔、螺纹及异形曲面等典型型面的加工方法和加工工艺,为超高温陶瓷的后续应用提供了技术保障。     

纳米ZrB2粉体放电等离子烧结制备ZrB2基超高温陶瓷的系统研究

本文采用纳米ZrB2粉体系统研究了ZrB2基超高温陶瓷的放电等离子烧结行为。由于采用纳米粉体,单相ZrB2在1550℃的低温下即发生快速的致密化烧结。ZrB2-SiC陶瓷经1800℃放电等离子烧结后可实现完全致密化,并且材料的弯曲强度高达1078±162 MPa。在1700℃采用放电等离子烧结成功制备了ZrB2-SiC-Cf复合材料,材料断口表现出明显的纤维拔出现象,导致其具有高的断裂韧性值(6.04 MPa·m1/2)和非脆性断裂的模式。同时,ZrB2-SiC-Cf复合材料具有很高的临界热冲击温差（627℃）,表明该材料具有优异的抗热冲击性能。     

硼化锆基复合涂层的研究进展

综述了ZrB_2基复合涂层的制备方法,并介绍了ZrB_2基复合涂层的研究发展趋势。重点介绍了热喷涂在ZrB_2基复合涂层制备中的优势,详细阐述了热喷涂在ZrB_2基复合涂层制备中的应用,并对其进行了总结和展望。其中热喷涂反应合成ZrB_2基复合涂层能够解决由于原料熔点过高而造成粉末熔化状态较差的问题,从而改善涂层的质量并提升涂层的性能。文中指出热喷涂反应合成ZrB_2基复合涂层能否达到理想使用要求的关键因素是前驱体粉末的成分设计,并提出了前驱体粉末的成分设计及优化需考虑的问题。     

送电距离对绝缘陶瓷电火花加工生成导电膜特性的影响

采用辅助电极法，在设定加工条件下，对绝缘陶瓷材料Si3N4进行了电火花加工实验．研究了送电距离（指金属夹具与被加工位置的最近距离）对生成导电膜的厚度、电阻等特性的影响，得出了送电距离越远，生成的导电膜越薄、电阻越大及加工速度越小的结论。     

冷等离子体射流中微细电火花加工特性研究

采用晶体管脉冲电源,在氧气辅助氮气等离子体射流、氮氧混合等离子体射流及外部压缩空气辅助氮气等离子体射流等不同冷等离子体介质中进行了微细电火花加工特性的实验研究,以期确定加工过程稳定的工艺条件,达到提高加工效率和加工质量的目的。在氧气辅助氮气等离子体射流实验中发现,随着氧气流量的增加,材料去除速度和表面粗糙度值均有增大趋势;采用压缩空气辅助氮气等离子体射流的电火花加工在表面质量、边缘质量方面均优于氧气辅助氮气等离子体射流加工。     

Y2O3掺杂ZrB2-SiC基超高温陶瓷的抗烧蚀性能

为改善ZrB2-SiC基超高温陶瓷的抗氧化和抗烧蚀性能,在制备过程中加入Y2O3。用氧乙炔火焰法来考察ZrB2-SiC-Y2O3的抗氧化和抗烧蚀性能。采用SEM和XRD分析烧蚀前后形貌及物相。材料在加热和冷却过程中没有出现开裂现象,说明其具有良好的抗热冲击性能。微观组织分析表明,氧化层主要由4层组成,且氧化层与基体层没有明显的剥离。结果表明:Y2O3的添加可以将氧化产物中的高温稳定相稳定到室温,减少由于相变发生的体积膨胀,改善氧化层与基体层的粘结性能。     

ZrB2-20％SiC超高温陶瓷抗热震性能研究

采用放电等离子烧结工艺在1850℃烧结温度、升温速度200℃／min、保温3min、压力50MPa条件下制备了ZrB2—20％SiC（体积分数，下同）超高温陶瓷材料。通过不同温度下单次和5次重复热震（水淬试验）后测试材料的残余强度来评价ZrB2一SiC陶瓷材料的抗热震性能，通过SEM分析研究材料的热震损伤机制。研究结果表明，随着热震温度的提高，ZrB2-SiC材料热震后的残余强度逐渐降低，但1400℃热震后形成的玻璃相，对裂纹有修补、愈合的作用，提高了试样的残余强度。单次热震的损伤机制主要是微裂纹的产生。5次热震后试样的残余强度与相同温度下的单次热震相比要低很多，5次热震的损伤机制是氧化和微裂纹的共同作用。ZrB2-SiC材料的抗热震试验结果显示了该材料具有优异的抗热震性能。     

电热爆炸超高速喷涂MoSi2基涂层的实验研究

利用电热爆炸超高速喷涂技术,在低碳钢基体上原位合成了MoSi2及其合金化涂层。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪、显微硬度计等分析了涂层的微观组织、相组成、元素分布及显微硬度。结果显示,三种涂层均由MoSi2或Mo(Si,Al)2主相组成,其显微组织主要为树枝晶,涂层均匀致密,组织细小。涂层的硬度在1200~1440HV之间。加入Cr和Al元素可使硬度降低,合金化主要改变了涂层的相组成和组织组成。涂层与基体之间有原子扩散,为冶金结合。     

基于ANSYS的重型机床-基础系统动态特性分析

重型机床的动态特性主要受结合面和基础的影响,其性能直接关系到工件的加工精度。采用分形理论建立结合面节点刚度模型,通过计算各节点压强值,从微观角度采用MATRIX27矩阵单元将节点刚度值导入宏观结合面中;然后建立了考虑结合面的重型机床-基础有限元模型,采用ANSYS对重型机床-基础系统振动模态及谐响应进行仿真分析;最后对比现场实验验证了模型的正确性。基于该模型研究了箱基轮廓尺寸对重型机床-基础系统动态特性的影响规律,通过上述模型能够验证重型机床-基础系统结构的合理程度,为进一步改进指出方向。     

Mo_2C对Ti(C,N)基金属陶瓷腐蚀性能的影响

通过静态浸泡腐蚀和动电位极化两种方法,研究了Mo2C对Ti(C,N)基金属陶瓷在NaOH溶液中腐蚀性能的影响。实验结果表明:Ti(C,N)基金属陶瓷的耐蚀性明显优于WC-Co硬质合金;添加Mo2C可以大幅度提高Ti(C,N)基金属陶瓷的机械性能,硬度从91.2到94.0 HRA和抗弯强度从930到1 350 MPa,但会降低金属陶瓷的耐蚀性能;由于Mo2C的加入,会使金属陶瓷的动电位极化曲线出现两个钝化区,但是两个钝化区域的电流均未达到真正的钝化电流(10-5A/cm2),因而这些钝化现象均为伪钝化;在经动电位极化后的试样表面,粘结相Ni和白色的内环相均会被腐蚀,其中内环相为富Mo的(Mo,Ti)(C,N)固溶体,其耐腐蚀性较未溶的Ti(C,N)芯更差。随着Mo2C添加量的提高,内环形相的厚度随之会增加,从而降低了Ti(C,N)基金属陶瓷的耐蚀性能。     

烧结助剂对HfB2-SiC基超高温陶瓷组织和性能的影响研究

采用热压烧结工艺制备出HfB2—20％SiC（HS）、HfB2-20％SIC-5％Si3N4（HSS）和HfB2—20％SIC-5％AIN（HSA）（体积分数，下同）3种超高温陶瓷基复合材料，对材料进行了微结构表征和力学性能测试，并对Si3N4、AIN烧结助剂的作用机理进行了初步分析。结果表明，与HfB2—20％SIC相比，Si3N4和AIN烧结助剂的引入使材料的烧结温度从2200℃降低到1850℃，相对密度从95％提高到99％左右。材料的平均晶粒尺寸显著降低，形成了相应的晶粒边界相。力学性能测试结果表明，HfB2—20％SiC-5％Si3N4和HfB2—20％SiC-5％AIN的抗弯强度和断裂韧性均比HfB2—20％SiC获得一定程度的提高。烧结助剂的引入使SiC／HfB2超高温陶瓷材料的断裂模式从单纯的穿晶断裂转变为穿晶／沿晶混合的断裂模式。     

硬质相晶粒尺寸对MO2FeB2基金属陶瓷断裂韧性的影响

以Mo、Fe、FeB等为原材料,采用最高烧结温度（保温时间）分别为1170℃（0min）、1250℃（0min）以及1250oC（40min）的真空烧结工艺制备了硬质相晶粒尺寸不同的M02FeB：基金属陶瓷,所得烧结体的硬质相晶粒尺寸分别为1．12、1．31和1｜73wm。利用压痕法测定了M02FeB：基金属陶瓷的断裂韧性。结果表明：M02FeB：基金属陶瓷的断裂韧性随着硬质相晶粒尺寸的增加而增大,当晶粒尺寸从1．12μm增加到1．73μm时,Mo2FeB2基金属陶瓷的断裂韧性从11．4MPa·m^1/2增加到14．2MPa·m^1/2。随着硬质相晶粒尺寸增加,裂纹偏转增强,并出现裂纹桥联和晶粒拔出现象,导致裂纹扩展路径和能量消耗增大,从而提高了Mo2FeB2基金属陶瓷的断裂韧性。     

VC/Cr3C2对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织和力学性能的影响

研究VC/Cr3C2对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织和力学性能的影响.利用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜结合能谱仪研究微观组织.测试横向断裂强度、硬度和断裂韧性等力学性能.结果表明:微观组织中存在“黑芯-灰壳”和“白芯-灰壳”结构；由于添加VC/Cr3C2,硬质相晶粒变细,添加0.75VC/0.25Cr3C2的金属陶瓷晶粒细化最明显；黑芯随着VC添加量的增加而变细,壳随着Cr3C2添加量的减少而变厚;孔隙率随着VC/Cr3C2中VC的量增加而增大；横向断裂强度和硬度均升高,并且均在添加0.25VC/0.75Cr3C2时达到最大值；按适当的VC和Cr3C2添加量比例添加VC/Cr3C2可以有效地使断裂韧性升高,并在添加0.5VC/0.5Cr3C2时取得最大值.     

基于非均匀成核法制备ZrB2／B4C陶瓷复合材料

以ZrOCl2·8H2O和B4C为主要原料，采用非均匀成核法、原位生成和无压烧结技术制备出ZrB2／B4C陶瓷复合材料。重点探讨了烧结温度对ZrB2／B4C陶瓷复合材料组织结构和性能的影响。结果表明，随着烧结温度的升高，ZrB2／B4C陶瓷复合材料的密度和硬度均为先升高后降低。材料的最佳烧结温度为2060℃，烧结时间为0．5h。在最佳烧结工艺条件下，ZrB2／B4C陶瓷复合材料的相对密度、硬度和断裂韧性分别为96％T．D，42．3GPa和4．7MPa·m^1/2。