原位生长碳纳米管及其在SiC_f/SiC复合材料中的应用

采用碳纳米管改善纤维与基体间的界面结合,同时利用碳纳米管自身的优异性能对碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiCf/SiC)进行二次增强。通过化学气相沉积工艺(CVD)在SiC纤维编织件内原位生长碳纳米管,优化碳纳米管原位生长过程中的碳源流量、反应温度和反应时间等工艺参数,对碳纳米管的原位生长工艺及机理进行系统分析,并结合先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备CNTs-SiCf/SiC复合材料,探讨原位生长碳纳米管的引入对复合材料力学性能的影响。结果表明,优化后的工艺参数如下:反应温度750℃,C2H2、H2和N2流量比1/1/3,C2H2流量100~150 mL/min,反应时间60 min;碳纳米管的引入使SiCf/SiC复合材料的弯曲强度、弯曲模量和断裂韧性分别提高了16.3%、90.4%和106.3%。     

先驱体浸渍-裂解法制备Cf/SiC复合材料

采用先驱体浸渍-裂解法制备了Cf/SiC复合材料.重点研究碳纤维类型对复合材料力学性能和断裂行为的影响.研究表明,采用先驱体浸渍-裂解法可制备出致密度较高的Cf/SiC复合材料.由于M40JB纤维的制备温度明显高于T300纤维的制备温度,因此与T300纤维相比,M40JB纤维具有较高的结晶度和较低的表面活性.结果,在复合材料制备过程中,M40JB纤维与基体的界面反应较弱,从而使复合材料呈现韧性断裂,具有较好的力学性能,其抗弯强度和断裂韧性分别为614.4 MPa和18.8 MPa·m1/2.而T300纤维则与基体发生较强的界面反应,导致纤维与基体间的界面结合过强,复合材料表现为脆性断裂.     

浸渍-碳化工艺对碳/碳复合材料力学性能的影响

采用碳纤维针刺整体毡作为增强体,硼酚醛树脂作为基体先驱体,用浸渍碳化的方法制备C/C复合材料.考察了在不同的浸渍压力和碳化温度下材料力学性能的差异.分析结果表明:不仅密度是影响碳/碳复合材料力学性能的重要因素,纤维和基体的结合状况以及基体碳的结构也是决定材料强度和断裂方式的重要因素.随着工艺参数的改变,碳/碳复合材料的断裂模式可以由“假塑性断裂”向“脆性断裂”转变.     

碳纤维CVD SiC涂层对C/SiC复合材料力学性能的影响

采用CVD PIP工艺制备了SiC涂层碳纤维增强SiC复合材料(C/SiC),研究了碳纤维表面CVD SiC涂层的形貌以及涂层对C/SiC复合材料力学性能的影响.结果表明CVD SiC涂层处理可以填补纤维表面上的沟槽和缺陷,使纤维表面变得光滑,从而使C/SiC复合材料的力学性能有很大提高,碳纤维经过CVD SiC 1 h涂层处理的C/SiC复合材料的力学性能最好,弯曲强度达到511.5 MPa,断裂韧性达到20.8 MPa·m1/2.     

不同工艺对SiC/Cu复合材料界面结合的影响

采用包裹法和机械合金法制备了SiC∶Cu为20∶80(体积比)的SiC/Cu复合材料.采用XRD,SEM及EDAX能谱对粉体和烧成样品的物相、断口显微形貌及断口物质成分进行了表征.结果表明:采用包裹法在制备复合粉体过程中出现Cu2O,其含量在烧结过程中减少,包裹法制备的烧成样品SiC颗粒和Cu结合成"核-壳"结构,两相分布比机械合金法更均匀,界面结合更好,强度更高.     

高温处理对不同浆料制备C/SiC复合材料的影响

以先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备的C/SiC复合材料为研究对象,考察了聚碳硅烷/二甲苯(PCS/Xylene)和聚碳硅烷/二甲苯/碳化硅粉(PCS/Xylene/SiC)两种浆料对C/SiC材料耐高温性能的影响.研究发现:在1600 ℃惰性气氛保护下高温处理1 h后,PCS/xylene/SiC制备的材料失重较大,达4.67%.弯曲强度在高温处理前后的保留率较高,高温处理后其强度达464.1 MPa,但模量下降明显.高温处理使C/SiC材料的增韧机制发生改变,PCS/Xylene中添加SiC改变了材料的界面结构.结果表明:两种不同的浸渍浆料对C/SiC材料的耐高温性能有着较明显的影响.     

无压浸渗法制备SiC/Cu-Al复合材料的工艺研究

以Cu包裹SiC颗粒形成的SiC/Cu复合粉体为增强体,采用无压浸渗工艺制备含SiC为70%体积分数的SiC/Cu-Al复合材料。通过正交试验研究了制坯压力、浸渗温度和浸渗时间对浸渗深度的影响。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了复合材料的形貌和相结构。结果表明,在制坯压力10 MPa、浸渍温度850℃、浸渍时间3 h条件下,SiC/Cu-Al复合材料的组织均匀、致密度好、无明显气孔缺陷,其膨胀系数为6.932 3×10-6/℃。     

粒度和界面原子调控对SiC/Al复合材料强度的影响

SiC/Al复合材料作为一种轻质高强材料,因其优异的物理化学性能被外界广泛关注。本研究利用分子动力学方法,构建了不同SiC粒径的SiC/Al复合材料模型,根据拉伸变形模拟结果得出更小的SiC粒径有利于材料获得更高的抗拉强度。随着拉伸形变的逐渐增加,SiC颗粒在沿拉伸方向的两侧与Al基体发生分离从而产生孔隙,再从孔隙缺陷处产生位错形核并扩展至Al基体内形成塑性形变。在调节SiC/Al界面上C、Si的占位情况后,界面富Si的条件下结合更强,孔隙产生的难度增大从而对SiC/Al复合材料产生强化作用。     

原位生长碳纳米管对化学气相沉积SiC涂层的影响

以碳/碳复合材料为基体,MTS为先驱体原料,采用化学气相沉积法在复合材料表面制备CNT-SiC/SiC复合涂层;研究原位生长的碳纳米管(CNTs)对SiC沉积速度和微观形貌的影响。结果表明:CNTs加快SiC的沉积,涂层的平均质量增加速率提高5%,提高沉积的均匀性,且晶粒更细小;经1 100℃恒温氧化10 h后,单一SiC涂层、CNT-SiC/SiC涂层的质量损失率分别为41.11%和34.32%;经(1 100℃,3 min)(室温,3 min)热循环15次后,单一SiC涂层和CNT-SiC/SiC涂层的质量损失率分别为33.17%和30.25%,部分区域涂层脱落及涂层表面形成的气孔是涂层试样质量损失的主要原因。     

纤维预热温度对真空气压浸渗连续SiC_f/Al复合材料致密度和力学性能的影响

选用先驱体法制备的直径10~15μm束丝SiC纤维作为增强体材料,采用真空气压浸渗法制备了SiCf体积分数为40%的连续SiCf/Al复合材料,研究纤维预热温度对复合材料显微组织与力学性能的影响。结果表明:复合材料中原局部存在少量团聚的SiC纤维束随着纤维预热温度的提高,纤维团聚减少,分布更趋于均匀;而复合材料致密度和抗拉强度随纤维预热温度的升高先逐渐增加后缓慢降低;其中,在纤维预热温度为500℃、浸渗温度为730℃、浸渗压力为7 MPa和保压时间为5 min的浸渗工艺条件下所制备的连续SiCf/Al复合材料的致密度为97.24%,抗拉强度达到768.9 MPa。     

搅拌摩擦技术制备AA6061/SiC纳米复合材料的工艺参数优化(英文)

采用搅拌摩擦技术制备AA6061/SiC纳米复合材料,并用实验设计方法来确定影响AA6061/SiC复合材料极限拉伸强度的重要因素,包括4种因素,即旋转速度、横向速度、切削深度、搅拌头形状。运用Taguchi方法,得到优化的工艺参数。方差分析表明,旋转速度是最主要的影响因素。统计分析结果表明,采用带螺纹的搅拌头得到的复合材料的极限拉伸强度比采用方型搅拌头的高。搅拌头的旋转速度越快、横向速度越慢,则复合材料的极限拉伸强度越高。     

连续网状结构Ti2AlN/TiAl复合材料的制备及力学性能(英文)

采用高温气体渗氮法将氮引入TiAl预合金粉末中，然后采用放电等离子烧结法制备具有连续网络增强相结构的Ti₂AlN/TiAl复合材料。结果表明，复合材料的硬度明显高于TiAl合金的硬度，并随着氮化时间的增加而增加。该强化效果是粉末渗氮引起的固溶体强化、具有高硬度和弹性模量的连续网状Ti₂AlN相以及位错密度增加协同作用的结果。同时，与TiAl合金相比，Ti₂AlN/TiAl复合材料的抗压强度降低，这与氮化后直接形成的一部分Ti₂AlN颗粒和过多的增强相含量有关。     

ATH浓度对PP/ATH复合材料力学性能的影响(英文)

ATH被广泛添加到聚丙烯(PP)中用于制成阻燃复合材料。PP/ATH复合材料比纯PP材料更具防火性。材料中成分的比例最终取决于应用要求。已有文献对这种复合材料的阻燃性能的提高进行了研究,但对机械强度的影响还没有涉及。本文研究了ATH浓度对PP/ATH复合材料的影响,利用实验测试、ASTM分析公式和有限元方法研究了材料的拉伸、弯曲和断裂特性。研究结果表明:增加ATH对材料的机械强度有不利的影响。     

造孔剂含量对无压浸渗法制备SiC/Al复合材料性能的影响

采用无压浸渗法制备了SiC/Al复合材料,研究了造孔剂含量对SiC/Al复合材料性能的影响。实验结果表明:不同含量的造孔剂对残余气孔率的影响不同,随着造孔剂加入量的增加,残余气孔率先减小后增大,但试样抗弯强度呈先增加后减小。在SiC/Al复合材料中加入质量分数为20%的造孔剂时,SiC/Al复合材料的抗弯强度出现最大值,其残余气孔率达到最小值0.9%左右。     

(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的组织及性能

采用微波烧结制备了(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料,研究了不同体积分数(SiC+B4C)p(0%、5%、10%、15%、20 vol%)对复合材料组织及性能的影响。结果表明:(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的组织主要由α-Mg、SiC、B4C、Mg17Al12和少量MgO等组成。随着(SiC+B4C)p含量的增加,(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的相对密度减小,显微硬度增加,而抗压强度先增后降,当(SiC+B4C)p含量为15%时达到最大值。15%(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的显微硬度和抗压强度分别达到196.16 HV0.025和326.3 MPa,相对于未添加(SiC+B4C)p的AZ91D材料分别提高了145%和120%。随着(SiC+B4C)p含量的增加,复合材料的耐磨性先提高后降低,磨痕由清晰的犁沟形貌逐渐模糊,磨损机制由磨粒磨损转变为剥层磨损。     

Cr含量对炭/炭复合材料SiC/Al-Si抗氧化涂层的影响(英文)

采用料浆法在已制得SiC内涂层炭/炭(C/C)复合材料(SiC-C/C)表面,制备了不同Cr含量(质量分数分别为0%,31.85%,44.95%及55.57%)的Al-Si合金涂层。分别采用X射线衍射法(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及1773K静态空气气氛中的恒温氧化试验,测试了所得涂层试样的微观结构及抗氧化性能。结果表明:Cr元素可以显著提高Al-Si合金涂层的抗氧化性能;Cr含量为44.95%的Al-Si合金涂层SiC-C/C复合材料试样在1773K空气气氛中氧化197h后的氧化增重为0.079%(质量分数)。     

SiC界面涂层对碳纤维针刺毡增强Al2O3复合材料力学性能的影响(英文)

分别采用3D碳纤维针刺毡为增强体以及聚碳硅烷(PCS)衍生SiC涂层为界面相,通过溶胶-浸渍-干燥-热处理(SIDH)技术制备C/Al₂O₃复合材料,研究SiC界面涂层对C/Al₂O₃复合材料力学性能、抗氧化性能和抗热震性能的影响。结果表明,C/Al₂O₃复合材料的断裂韧性显著优于Al₂O₃单体陶瓷,引入SiC界面涂层后,尽管断裂功有一定程度下降,但C/Al₂O₃复合材料的强度得到明显提高;得益于SiC涂层和C纤维之间的强结合,C/SiC/Al₂O₃复合材料在静态空气中表现出明显优于C/Al₂O₃复合材料的抗氧化和抗热震性能。     

铁对粉末冶金法制备铝基复合材料微观组织和力学性能及磁学性能的影响(英文)

研究铁对粉末冶金法制备铝基复合材料微观组织、力学性能及磁学性能的影响。利用机械混合制备含0,5%,10%和15%Fe(质量分数)的铝基复合材料。Al-Fe混合粉末经压制后在真空炉中600°C烧结1 h。XRD结果表明:在含有5%和10%Fe的试样中只有Fe和Al的衍射峰,而含有15%Fe的试样中则存在Al和Al13Fe4的衍射峰。实验结果表明:随着Fe含量的增加,材料的致密度和导热性变差。复合材料中的Fe可以提高其强度和硬度。材料的强化机制包括基体的晶粒细化,Fe颗粒的均匀分布以及Al13Fe4金属间化合物的形成。含有5%Fe试样的磁化强度为0.3816×10-3A·m2/g,对于含有10%Fe的试样,其磁化强度增加至0.6597×10-3A·m2/g,而对于含有15%Fe试样,其磁化强度降低至0.0702×10-3A·m2/g。这是由于在高铁试样中形成了反磁性的Al13Fe4金属间化合物导致磁化强度降低。     

热处理对无压浸渗法制备B_4C/2024Al复合材料相组成及力学性能的影响(英文)

利用无压浸渗法制备B4C/2024Al复合材料,并通过XRD、SEM和力学性能检测研究热处理对复合材料相组成以及材料性能的影响。结果表明,B4C/2024Al复合材料包含B4C、Al、Al3BC、AlB2和Al2Cu相。经过660、700、800和900°C热处理12、24或36 h后,相种类并没有变化,但是相含量发生显著改变。此外,经热处理,材料的硬度得到显著提高,抗弯强度有所下降。经800°C热处理36 h的材料硬度最高,经700°C热处理36 h的材料具有最优良的综合性能。     

用于CRH3的SiC/6061铝合金共连续复合材料制动盘在紧急制动过程中考虑气流冷却情况下的热分析(英文)

使用SiC网络陶瓷骨架增强的6061铝合金复合材料(SiCn/Al)制动盘可以减少高速列车的质量。采用有限元(FE)和计算流体动力学(CFD)方法计算在300km/h速度下实施紧急制动过程中考虑气流冷却条件下SiCn/Al制动盘的热和应力。分析制动器总成及其界面的设计特点时考虑了传导、对流和辐射这三种传热的模式。结果表明,具有较高对流系数的气流冷却不仅降低制动中的最高温度,也降低了温度梯度,因为气流加速了制动盘上较热部分的热量散失。有效的气流冷却可以减少制动盘上热斑的形成和盘体的热变形。有无考虑气流冷却时,实施紧急制动后,制动盘最高温度分别为461℃和359℃。有无考虑气流冷却时,制动盘的等效压力可分别达到269和164MPa。然而,在实施紧急制动时,制动盘表面的最大应力可能超过材料的屈服强度,这可能导致在不带冷却时制动盘的塑性损伤累积。模拟结果与实验结果相一致。