SiC/C遗态陶瓷的制备工艺研究

以苎麻纤维为生物模板,经溶胶-凝胶浸渍工艺获得苎麻/SiO2前驱体A和苎麻/酚醛树脂/SiO2前驱体B,在真空炉中经1 500℃碳热还原反应制备得SiC/C遗态陶瓷。采用TG-DTG、XRD和SEM等技术分别对材料的热解行为、物相构成和显微结构进行分析与表征,利用阿基米德法测定试样的显气孔率。结果表明:SiC/C遗态陶瓷继承苎麻纤维的天然结构形貌,其物相中包含有β-SiC相和石墨化程度较低的C相;由苎麻/SiO2前驱体A制备的试样组织结构疏松,界面结合较差,显气孔率高,纤维形貌更为完整;由苎麻/酚醛树脂/SiO2前驱体B制备的试样组织结构致密,界面结合较好,显气孔率低。     

SiC颗粒表面化学镀铜镀液工艺参数的优化设计

针对金属基体与陶瓷颗粒之间润湿性差的问题,采用化学镀铜对SiC颗粒进行表面改性,试图提高其界面结合能力。采用正交试验方法优化化学镀铜参数,探讨镀液参数对复合粉体质量增加效果的影响。研究表明:化学镀铜过程中,随着硫酸铜浓度和甲醛浓度增加,镀后复合粉体质量增加率增加;随着络合剂浓度增加,质量增加率逐渐降低;化学镀铜参数优化后可实现SiC粉体表面化学镀铜层的均匀镀覆。     

SiC颗粒表面化学镀铜镀液工艺参数的优化设计

针对金属基体与陶瓷颗粒之间润湿性差的问题,采用化学镀铜对SiC颗粒进行表面改性,试图提高其界面结合能力。采用正交试验方法优化化学镀铜参数,探讨镀液参数对复合粉体质量增加效果的影响。研究表明：化学镀铜过程中,随着硫酸铜浓度和甲醛浓度增加,镀后复合粉体质量增加率增加;随着络合剂浓度增加,质量增加率逐渐降低;化学镀铜参数优化后可实现SiC粉体表面化学镀铜层的均匀镀覆。     

Al/SiC陶瓷复合结构中Al约束厚度的数值优化

应用AUTODYN软件,以金属Al约束SiC陶瓷的轻型复合结构为研究对象,研究陶瓷背部、面部、侧面的约束层厚度对复合结构抗12.7 mm穿甲弹性能的影响。结果表明:对SiC陶瓷施加约束可提升陶瓷的防护性能;各约束层厚度均存在一合理值。进行约束层厚度优化,得到陶瓷组元抗弹潜能较充分发挥,且结构整体抗弹性能良好的轻型复合结构。     

SiC粒子与钢铸渗复合界面特征分析

采用V-EPC铸渗方法,以Q235钢为母材制备SiC粒子增强钢基表面复合材料。试验结果表明,SiC粒子的粒度对SiC/钢表面复合质量有很大的影响,虽然SiC粒子在高温钢液中存在分解现象,但通过调整SiC预制膏块组配和控制铸渗工艺参数,可以减缓或抑制SiC的分解并制备出表面平整的SiC颗粒增强钢基表面复合材料。通过金相显微镜、电子扫描电镜等对该复合材料中SiC粒子与钢基体界面结合的形态、粒子行为、界面结合机制进行分析,表明SiC粒子与钢基体的界面结合为冶金结合。     

碳涂层对SiC纤维增强钛基复合材料界面显微结构及性能的影响

研究涂碳的SiC(C)/Ti-6Al-4V和无涂碳的SiC/Ti-6Al-4V材料的界面结构以及结合强度。结果表明:碳涂层阻止了径向纤维间的相互作用,该涂层界面反应物只是TiC,这些产物包含邻近碳涂层生成的细小晶粒和邻近金属基体生成的粗大晶粒;在无涂碳界面上,相邻纤维一侧产生的是TiC薄层,毗邻金属基体产生的是TiC和Ti5Si3晶粒组成的厚混合物,晶粒的大小从纤维到基体逐渐增大。涂炭和无涂碳复合材料的界面结合强度分别是(118.2±4.24),(230±6.28)MPa,证明碳涂层在纤维和基体之间提供了一个弱结合界面。涂碳纤维复合材料的界面结合发生在涂碳层和反应层之间,而无涂碳发生在纤维和反应层之间。     

添加剂对铝合金微弧氧化陶瓷涂层结构和耐磨性能的影响

研究了微弧氧化电解液中,加入无机盐(钨酸钠)和颗粒(SiC)添加剂,对铝合金表面微弧氧化陶瓷涂层结构及性能的影响.结果表明,钨酸钠添加剂的加入不仅抑制了陶瓷涂层中多孔层的形成,而且对于改善涂层相结构,提高陶瓷涂层耐磨性能也具有较为明显的作用;SiC颗粒能够进入陶瓷涂层,进一步改善了涂层的耐磨性.     

PIRAC-SiCp/Fe界面化学稳定性

采用简化的PIRAC工艺对SiCp进行涂覆处理 ,并研究了该涂层对SiCp/Fe界面化学稳定性的影响。实验结果表明 ,该工艺可以在SiCp表面形成一层均匀、致密的涂层 ,它主要由Cr3Si、Cr7C3 和Cr2 3C6构成。3SiCp/Fe界面反应强烈 ,绝大多数的SiC被消耗掉 ,原位形成主要由Fe3Si构成的界面反应区 ,并在金属基体晶界形成片状珠光体团。而 3P -SiCp/Fe的界面反应很小 ,SiCp表面涂层保存完好 ,SiCp基本上未遭到破坏 ,并与基体紧密结合。涂层通过隔离Fe与SiC的接触 ,抑制P -SiCp/Fe界面反应 ,有助于提高其界面化学稳定性 ,改善界面结构     

La2O3/Al2O3氧化物添加比对Csf/SiC复合材料力学特性的影响

利用热压烧结技术制备高致密度短碳纤维增韧碳化硅陶瓷基(Csf/SiC)复合材料。研究稀土氧化物添加比对烧结后Csf/SiC复合材料微观结构、力学特性和增韧机制的影响。结果表明:随着烧结助剂中La2O3含量增加,烧结后材料中SiC颗粒平均粒径减小,相对密度逐渐降低,而强度和韧性则先增加后降低;颗粒桥连、纤维拔出和裂纹偏转是该材料体系的主要增韧方式。     

SiC/GFRP叠层复合装甲旋转超声孔加工轴向力与制孔质量研究

SiC/GFRP叠层复合装甲成型后具有高强度、高硬度、高韧性、高黏性等特点,孔加工极为困难,易出现叠层界面失效、陶瓷崩边、纤维撕裂等损伤。采用新型烧结/钎焊复合工艺薄壁金刚石套料钻,结合旋转超声振动辅助孔加工技术,建立了单颗磨粒的运动学模型,超声振动套孔加工时套料钻与工件周期性地接触分离,其断续切削特性有利于减小轴向力。对SiC/GFRP叠层复合装甲进行制孔试验,分析常规加工和超声辅助加工轴向力的变化规律和制孔质量。研究结果表明,相比于常规套磨加工,超声辅助套磨加工轴向力显著减小,降幅最大达31.8%;超声加工入孔叠层界面处粘结紧密,未出现陶瓷崩碎严重的现象;有效避免了常规加工出孔处不规则隆起和隆起高度较大的缺陷,隆起高度降幅最大达61.03%,显著改善了钻削出孔表面质量,降低了出孔损伤程度,为SiC/GFRP叠层复合装甲的高效低损伤连续孔加工提供了理论参考。     

烧结助剂含量对液相烧结SiC陶瓷抗氧化性的影响

利用Al2O3和La2O3作为烧结助剂,在1 950℃下用液相烧结技术成功制备SiC陶瓷,并在800℃下对该液相烧结SiC陶瓷进行氧化处理。用XRD、SEM等手段分析SiC陶瓷表面氧化产物相组成和微观结构的演变,并探讨SiC陶瓷氧化动力学规律。研究发现,SiC陶瓷氧化动力学曲线遵循抛物线规律,随着氧化时间增加,其氧化速率开始时迅速上升,其后降低,逐渐趋于平缓。     

3DC/SiC复合材料在燃气中的氧化行为

研究了 3DC/SiC复合材料在高温燃气环境中氧化 9h后的力学性能 ,重点研究了燃气中不同温度对C/SiC复合材料力学性能的影响。将长条形C/SiC试样置于发动机喷管出口处的燃气火焰中进行氧化 ,距离燃气中心较近区域的温度高达 12 5 0℃ ,而火焰边缘的温度在 80 0～ 10 0 0℃范围内。氧化 9h后 ,在火焰边缘的C/SiC试样的抗弯强度和断裂功大幅度降低 ;而靠近火焰中心的部分表现出较高的力学性能。C/SiC复合材料在燃气火焰不同区域中的不同力学性能是同氧化温度对SiC基体微裂纹的影响导致的。     

再入太空船的全陶瓷体襟翼

德国空间技术规划局(未来空间运输系统技术)通过研究开发出全陶瓷体襟翼(BF)。BF适用于美国NASA的X-38飞行器V-201,X-38BF被称为负荷运行的“热结构”,它被设计成为全陶瓷结构,这样它就不再需要附加的热防护,因此可以减轻系统质量。BF完全由C／SiC陶瓷基复合材料制成,以便能够在温度超过1800℃和机械栽荷高达50kN的条件下进行操作。最后对陶瓷基复合材料(CMC)及其发展作了详细介绍。     

配合间隙对陶瓷基复合材料连接结构高温拉伸性能的影响

陶瓷基复合材料机械连接结构强度分析与设计对提高结构承载效率起着至关重要的作用。采用Abaqus有限元软件研究了间隙配合精度对C/SiC陶瓷基复合材料与高温合金沉头螺栓连接结构高温拉伸性能的影响,并讨论了结构失效损伤扩展机制。结果表明:750℃工况下沉头螺栓豁口深度为1.7mm,间隙为0.8%时连接结构承载能力达到最大值。研究结果将为航空航天领域陶瓷基复合材料连接结构的设计和应用提供理论指导。     

SiC晶须表面化学与力学性能的研究

SiC晶须以其优异的物理和力学性能广泛应用于金属基、陶瓷基新型复合材料的制备中 ,近年来发展迅速 ,加强SiC晶须的研究与应用具有重要的现实意义。结合国内外的工作对SiC晶须的表面化学、力学性能及其复合材料的发展动向进行了详细评述     

SiCw/BAS玻璃陶瓷基复合材料的显微结构与力学性能

研究了热压SiCw/BAS复合材料的六方 -单斜晶型转变、显微结构与力学性能。结果表明 ,复合材料中SiC晶须的存在阻碍单斜钡长石晶种促进六方 -单斜晶型转变 ;SiC晶须能显著改善BAS玻璃陶瓷基体的力学性能。增韧机制主要是裂纹偏转和晶须断裂 ,增强机制主要是载荷传递。另一方面 ,SiC晶须 /基体界面存在的玻璃相不利于晶须拔出和桥接增韧效应 ,玻璃相的高温软化降低复合材料的高温强度。     

高防护系数SiC陶瓷制备技术研究

探讨酚醛树脂作为喷雾造粒的粘结剂和烧结的添加剂对制备无压烧结SiC陶瓷装甲的影响。理化分析结果和实弹测试结果表明,酚醛树脂在烧结过程中起到提供C源的和粘结剂的双重作用。采用该工艺制备的SiC陶瓷平均抗弯强度为460MPa,平均断裂韧性为4.8MPa·m1/2,抗底推式模拟穿甲弹最高防护系数达5.6。这表明将性能优异的无压烧结SiC陶瓷装甲应用于武器装备将是今后军工材料重点研究和发展的方向。     

常压烧结制备Al2O3/SiC纳米复合陶瓷及其显微结构的研究

以微米SiC颗粒和工业氧化铝为原料,采用机械混合法制备Al2O3/SiC复合粉末。将复合粉末煅烧、成型,在1 600℃,2h烧结可制备出Al2O3/SiC纳米复合陶瓷。通过XRD、DSC-TG、SEM和TEM等分析了煅烧和烧结过程中相组成的变化,烧成收缩和微观结构,结果表明:在氧化铝基体中添加80%(质量分数)平均粒径为5μm的SiC粒子,复合粉末经700℃煅烧后再成型,试样于1 600℃烧结,其相对体积质量可达93.8％。SiC粒子主要被包裹在Al2O3晶内形成“晶内型”纳米复合陶瓷。在烧结过程中由SiC氧化形成的SiO2包裹层与基质氧化铝反应形成的无定形莫来石前躯体可大大促进烧结;SiC埋料氧化形成的外壳可有效阻止烧结体内SiC的进一步氧化。     

金属基复合材料中纤维增强体涂层的研究现状

纤维是性能优异的增强体,普遍运用于增强金属基复合材料。基体与纤维之间的界面结构和性能对金属基复合材料的力学和物理性能起显著的影响。表面涂层技术能改进界面结构,是提高复合材料性能最为有效的途径之一。综述用于增强金属基体的几种重要纤维:C纤维、SiC纤维、W纤维等的表面涂层处理技术以及对金属基复合材料的界面、综合性能的影响,指出纤维涂层技术的研究方向。     

La2O3/Al2O3氧化物添加比对Csf/SiC复合材料力学性能的影响

利用热压烧结技术制备高致密度的短碳纤维增韧碳化硅陶瓷基（Csf/SiC）复合材料。研究稀土氧化物添加比对烧结后Csf/SiC复合材料微观结构、力学性能和增韧机制的影响。结果表明：随着烧结助剂中La2O3含量增加,烧结后材料中SiC颗粒平均粒径减小,相对密度逐渐降低,而强度和韧性则先增加后降低;颗粒桥连、纤维拔出和裂纹偏转是该材料体系的主要增韧方式 。