应用纳米金刚石提高碳化硅基合材料的强度

本文对高温高压下,用硅与金刚石微粉的浸渗压制及其相互作用所制得的复合材料的密度、强度和结构进行了研究,研究表明,往浸渗层中添加钠米金刚石的成分,可提高符合技术条件要求的试样的合格率,同时（在从1.7～2.2GPa的压缩实验中）可增加复合材料极限强度的平均值。硅与金刚石颗粒相互作用的产生与碳化硅的分散度的提高,和复合材料中没有结合的硅数量的减少有关。     

金刚石/碳化硅复合材料的近净成形研究

采用金刚石/碳/硅预制坯成形以及真空气相反应渗硅工艺实现了金刚石/碳化硅复合材料的近净成形制备。对复合材料的显微结构以及性能进行了研究,讨论了反应渗透过程中复合材料体积变化的影响因素及影响机理。结果表明:采用真空气相反应渗硅工艺制备的金刚石/碳化硅复合材料主要由金刚石,碳化硅以及少量残留硅组成,复合材料内部各相分布均匀,致密度达到99%以上,抗弯曲强度达到260MPa。由于硅碳原位反应生成碳化硅是一个体积膨胀过程,预制坯体在渗透过程中呈现5%～20%的体积膨胀。原料配方中金刚石含量越高,硅碳比越低,预制坯体开孔率越高,渗透过程中复合材料的体积膨胀率越低。为了避免样品变形,实现金刚石/碳化硅复合材料近净成形的最佳硅碳比为1:1。     

高温高压下金刚石/碳化硅体系烧结反应机理研究

本文研究了微米级金刚石与硅粉在高温(800~1 200℃)高压(5.1 GPa)下的反应机理。通过对金刚石与硅粉反应过程的研究,发现微米级金刚石与硅粉在硅熔点以下发生了反应;并指出高温高压下微米金刚石与硅粉的反应分为两个阶段:硅未熔化前的金刚石与硅的反应,硅熔化后的金刚石与硅、石墨与硅的反应。最后提出了一种新的合成金刚石/碳化硅复合材料的工艺,即采用高压熔渗法合成金刚石/碳化硅复合材料时,在温度略高于硅熔点之后保温一段时间,再升温到合成材料的设定温度,可以合成出结构更加均匀的、高质量的金刚石/碳化硅复合材料。     

金刚石/碳化硅/铝复合材料的热膨胀性能

采用气压浸渗法制备金刚石/碳化硅/铝复合材料,研究复合材料的断口形貌以及界面反应,测试复合材料的热膨胀性能。结果表明:金刚石表面Ti镀层使得其选择性粘附不同于未镀钛金刚石的,而在各个面上均粘附有Al,金刚石与基体间有着良好的界面结合,断裂方式以基体断裂为主,其界面反应后,Ti以Al3Ti和Ti-Al-Si等金属间化合物的形式析出,提高金刚石/铝界面的结合强度,降低复合材料的热膨胀系数;随着金刚石颗粒粒径的增大,金刚石和碳化硅颗粒间粒径比的增大增加了整个复合材料的体积分数,从而降低了其热膨胀系数;金刚石颗粒粒径增大导致热膨胀系数升高。这两方面共同影响复合材料的热膨胀系数,但前者起主导作用;金刚石和碳化硅在不同配比下的热膨胀系数随着复合材料中碳化硅含量的增加逐渐增大,Terner模型与Kerner模型的计算平均值能较好地预测实验结果。     

颗粒增强Al／Si复合材料的制备工艺研究

研究用浸渗法制备颗粒增强铝硅复合材料的工艺。采用加压渗流将铝液压入到硅颗粒间隙中制备复合材料,分析了不同粒度颗粒增强相对复合材料浸渗长度及Si含量的影响。结果表明：利用浸渗法制得的Al—Si复合材料硅的体积分数可高达60％以上,随颗粒度的减小而增加。     

预处理工艺对硬质合金上沉积金刚石膜的影响

比较了酸浸与渗硼预处理对硬质合金上没积金刚石膜的影响。研究结果表明：渗硼预处理比酸浸预处理对提高金刚石膜的质量和结合力更为有利。     

铝硼硅玻璃基体中金刚石氧化机理

开展金刚石/铝硼硅玻璃复合材料的烧结试验,通过TG-DSC分析、XRD分析和Raman分析,研究铝硼硅玻璃熔体中金刚石的氧化反应机理。试验结果表明：烧结纯铝硼硅玻璃时,在1 000℃以下,没有任何化学反应发生;烧结金刚石/铝硼硅玻璃复合材料时,温度高于814°C后会发生体积膨胀、强度降低的现象;烧结温度780℃为最理想烧结温度,复合材料膨胀率约10%,抗折强度约39.0 MPa。在烧结温度不超过908.4℃时,金刚石和游离氧而非铝硼硅玻璃中的氧化物之间发生了氧化反应。     

电子封装用金刚石/铝复合材料的显微组织与热膨胀性能

在金刚石表面镀钛改善金刚石与铝合金之间的界面结合,并用气压浸渗工艺制备镀钛金刚石颗粒增强铝基复合材料。对复合材料的显微组织进行了研究,测试了复合材料的热膨胀系数。结果表明,镀钛金刚石颗粒与铝合金基体之间界面结合良好,材料的断裂以基体断裂为主,同时存在一定量的界面断裂;选用形貌规则的金刚石有利于提高复合材料中金刚石的体积分数,从而降低复合材料的热膨胀系数。     

镀层厚度对镀钛金刚石/铝复合材料热导率的影响

通过在金刚石表面镀钛来改善金刚石和铝基体之间的弱界面结合,并用气压浸渗法制备体积分数为60%的镀钛金刚石/铝复合材料。研究镀钛后金刚石颗粒的物相组成、不同镀层厚度和不同颗粒尺寸下复合材料的热导率;用H-J和DEM模型预测复合材料的热导率,并将预测结果与实验值进行对比。结果表明,镀钛后金刚石颗粒的物相由金刚石、碳化钛和钛三相组成;随着镀层厚度的增加,界面传热系数减小,复合材料的热导率减小;颗粒的尺寸越小,这种变化趋势越明显;相对于H-J模型,DEM模型更能准确地预测镀钛金刚石增强的复合材料的热导率;通过计算得出镀钛金刚石/铝复合材料的临界镀层厚度为1.5μm,当超过此临界镀层厚度时,镀层反而不利于复合材料热导率的提高。     

压铸工艺生产的铝基复合材料的组织和性能

报道了压铸浸渗法生产的γ Al2 O3 长纤维、δ Al2 O3 短纤维和SiC颗粒强化铝基复合材料的组织特征和强度性能检测结果。试验结果表明 ,采用优化工艺条件 ,在工业压铸机上可以生产出高浸渗质量、可热处理的铝基复合材料。所获复合材料与 13 0MPa挤压浸渗生产的复合材料相仿 ,具有理想的工艺质量和组织结构 ,强度性能达到或超过混合律的预测值。     

压铸工艺生产的铝基复合的组织和性能

报道了压铸浸渗法生产的γ-Al2O3长纤维、δ-Al2O3短纤维和SiC颗粒强化铝基复合材料的组织特征和强度性能检测结果。试验结果表明,采用优化工艺条件,在工业压铸机上可以生产出高浸渗质量,可热处理的铝基复合材料,所获复合材料与130MPa挤压浸渗生产的复合材料相仿,具有理想的工艺质量和组织结构,强度性能达到或超过混合律的预测值。     

纤维预热温度对3D-C_f/Al复合材料显微组织及力学性能的影响

采用真空气压浸渗法制备纤维体积分数为51%的三维五向编织M40碳纤维增强铝基复合材料(3D-C_f/Al),研究纤维预热温度对3D-C_f/Al复合材料显微组织与力学性能的影响,并对比研究3D-C_f/Al复合材料与单向连续C_f/Al复合材料的差异。结果表明:复合材料致密度随着编织体预热温度的提高而增大,提高预热温度可有效减少复合材料内部孔洞和纤维偏聚等浸渗缺陷;复合材料的拉伸强度随纤维预制体预热温度的提高而显著降低。其中,在预热温度500℃、浸渗温度720℃、浸渗压力7 MPa和保压时间20 min的工艺条件下,所制备的3D-C_f/Al复合材料致密度为97.3%,拉伸强度为777.8 MPa,弹性模量为186.1 GPa。     

金刚石–SiC/Al复合材料的构型设计与导热性能

以SiC和镀钨金刚石增强体为原料制备预制体,通过气压浸渗技术在800 ℃,5 MPa条件下制备金刚石–SiC/Al复合材料。利用扫描电镜、红外热成像仪、激光导热仪等对复合材料性能进行分析,研究SiC和金刚石的含量与粒径比对复合材料构型的影响,从而优化复合材料导热性能。结果表明:在相同的SiC粒径下,金刚石体积分数的增加将使复合材料的导热性能明显提升。当金刚石体积分数为30%时,含F100 SiC的复合材料导热性能最佳,其热导率为344 W/(m?K)。当金刚石体积分数相同,粒径比从0.07增大到0.65时,复合材料导热性能依次提升;且在金刚石体积分数为15%时,复合材料的热导率增幅最大,从174 W/(m?K)增大到274 W/(m?K),增长了57%。通过改善金刚石–SiC/Al复合材料中增强体的含量和粒径比可以调控复合材料构型,充分发挥复合材料的导热潜力。      

浸渗温度对W_f/Zr基非晶合金复合材料压缩性能的影响

基于逆向浸渗工艺方法,制取了不同浸渗温度下的Wf/Zr基非晶合金复合材料。研究了此种合金复合材料晶体界面组织形态及其压缩性能和结合强度受浸渗温度的影响。结果表明,在浸渗温度1 100 K的环境下保温30 min制备出的Wf/Zr基非晶合金复合材料的最高压缩强度可达2 409 MPa,其塑性变形程度达到19.5%。     

表面镀钨层对金刚石/铜复合材料热导率的影响

采用真空微蒸发-扩散镀技术,在金刚石表面镀覆不同厚度的钨层,并结合真空熔渗法制备金刚石铜复合材料。通过X射线衍射分析镀覆层相结构,采用扫描电镜观察镀覆层表面微观形貌和复合材料中金刚石与铜界面结合形貌,分析金刚石表面镀钨层组织、结构及厚度对金刚石/铜复合材料热导率的影响。结果表明:金刚石表面镀覆钨能改善与基体的润湿性;随着镀覆层均匀性和厚度增加,复合材料热导率先增加后减小;完整均匀的镀覆层可以获得较高界面热导。     

Cr镀层对金刚石/铝硼硅玻璃复合材料中金刚石氧化反应的抑制研究

为研究在镀铬金刚石/铝硼硅玻璃复合材料中Cr镀层对金刚石氧化反应的抑制作用,将不同镀层厚度的镀铬金刚石和铝硼硅玻璃在相同工艺下烧制成试样,检测试样的体积膨胀率和抗折强度,观察其断面形貌;同时分析烧结后金刚石单颗粒抗压强度和金刚石-结合剂界面的成分。结果表明：Cr镀层具有消耗和隔绝氧元素的双重保护作用,能有效抑制金刚石的氧化。同时,镀层厚度对金刚石氧化反应影响显著：镀层太薄,不能在高温烧结过程中持续保护金刚石;镀层太厚,会由于应力匹配问题产生裂纹或成片剥落,使金刚石暴露在有氧环境中,反而失去保护作用。对于粒度号为140/170的金刚石,最佳镀层厚度为1.58μm。     

浸渗温度对Wf/Zr非晶复合材料界面及压缩性能的影响

用逆向浸渗工艺制备了直径为0.5mm的钨丝增韧Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶复合材料。研究了浸渗温度对复合材料界面状态以及压缩性能的影响。当浸渗温度分别为1000、1100和1200K时,复合材料的界面结合分别为机械结合、机械结合与冶金结合共存和反应结合形式。较低的浸渗温度会造成界面结合强度不足,过高的浸渗温度导致钨丝脱熔而形成界面反应产物,二者均对Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶复合材料的压缩强度和变形行为产生不利影响。在1100K浸渗时、保温30min获得的W/Zr块体非晶复合材料具有2409MPa的最高压缩强度和19.5%的塑性变形能力。     

复合化学镀层以金刚石—金属复合材料性能的影响

本文研究了化学镀Ni－Cr－P和Ni－W－P对金刚石－金属复合材料性能的影响。结果发现,在Co基和Ni－青铜基复合材料中,Ni－Cr－P和Ni－W－P镀怪均可以起到提高复合材料弯强度的作用。相对而言,Ni－Cr－P效果更好,这与Cr对金钢石的化学活性较高,Ni－Cr－P熔点较低以及金刚石、镀层、结合剂三者之间的界面反应等有关。     

稀土元素La对金属胎体/金刚石复合材料粘结性能的影响

研究了稀土元素Ｌａ对Ｃｕ基金属胎体／金刚石复合材料抗弯强度和粘结性能的影响。结果表明,试验条件下,金属胎体／金刚石复合材料的抗弯强度和粘结性能在Ｌａ含量为０．３２％时达到最大值,分析表明：稀土元素Ｌａ的加入可减少金属胎体中的孔洞等缺陷,改善金属胎体对金石的润湿性,从而可以提高复合材料的强度和粘结性能。     

NiMnCo合金的气体渗氮

研究了合成金刚石用触媒合金的气体渗氮。结果表明，该合金经气体渗氮后，表面形成渗氮层，经Ｘ射线分析，渗层由含Ｎ的ｒ固溶体和ｒ＇－Ｍ４Ｎ组成。用该合金作为触媒合成金刚石可提高其强度，并随渗氮层厚度的增加强度也增加。