Ti活化SiC/高铬铸铁复合材料组织结构及浸渗行为

采用氩气保护条件下无压浸渗工艺,在活性元素Ti的诱导下成功制备了SiC陶瓷/高铬铸铁复合材料,并采用SEM、XRD、EDS等方法进行试验分析。结果表明:SiC颗粒均匀分布在高铬铸铁基体中,两者界面结合良好。复合材料中检测到TiC、TiO、FeO等新相,其中TiC为主要生成物,与SiC颗粒及金属基体均形成紧密结合界面,是高铬铸铁浸渗SiC预制体的关键因素。随着Ti含量增加,高铬铸铁在预制体中的浸渗深度增加。Si元素与Ti的结合能力较弱而向金属基体的扩散较明显; Ti元素易团聚,扩散很微弱,扩散的C元素与Ti元素结合的倾向性较强,生成TiC;Cr元素向SiC颗粒的扩散明显。     

浸渗法制备ZTA陶瓷/铁基复合材料研究进展

浸渗法制备ZTA陶瓷颗粒增强铁基复合材料的研究取得了很大进展。针对陶瓷预制体制备,铁水对陶瓷预制体的浸渗,陶瓷与铁水的润湿性,复合材料界面结合,复合材料耐磨性等方面的研究进行了论述。解决铁水对预制体的润湿性是实现浸渗的先决条件,常用的方法有在陶瓷预制体中添加活性元素,通过化学镀、气相沉积以及包覆等方法对陶瓷表面进行改性等;在陶瓷与金属基体间形成过渡层可以改善结合界面的组织结构,促进陶瓷与金属基体形成冶金结合;铁水对陶瓷预制体的浸渗机理,以及ZTA陶瓷复合材料的耐磨机理尚需要深入研究。     

无压浸渗制备Al/SiCp陶瓷基复合材料研究

采用无压浸渗法,研究Mg、Si、浸渗时间时Al/SiCp陶瓷基复合材料制备及组织的影响.增加铝合金液的流动性,提高铝液同SiC之间的浸润性,防止有害ALC3界面形成,是保证复合材料科学制备的重要因素.研究结果表明,2h保温时间、10%Mg和15%Si铝合金液的实验参数制备的Al/SiCp复合材料浸渗充分,组织致密化程度高,是无压浸渗制备复合材料较好的参数.     

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。     

无压浸渗法制备SiC/Al复合材料的抗弯强度研究

通过无压浸渗法制备了SiC/Al复合材料,分析了颗粒大小、颗粒级配、淀粉含量等因素对复合材料抗弯强度的影响.结果表明:随着淀粉含量增加和SiC颗粒尺寸的减小,浸渗后形成的复合材料抗弯强度增大.通过颗粒级配方法制备的SiC/Al复合材料的抗弯强度比大颗粒的强度高,比小颗粒的低.     

活化物质对ZTA/高铬铸铁复合材料组织结构及浸渗行为的影响

将B₄C、Cr粉分别包覆在ZTA颗粒表面,压制成预制体。在氩气保护下,使用无压浸渗法制备了ZTA/高铬铸铁基复合材料。采用SEM、EDS、XRD等方法分析复合材料的组织结构、元素分布以及物相组成。结果表明预制体中添加B₄C粉和Cr粉可实现高铬铸铁液对预制体的浸渗,在浸渗过程中B4C会反应生成ZrB₂、Fe₂B、C、B₂O₃等新相,其中ZrB₂与铁液的润湿性较好,作为过渡物质可起到促进浸渗的作用;Cr则是通过降低高铬铸铁液的表面张力来促进浸渗。     

无压浸渗制备Si3N4/Al复合材料的反应浸渗机理

采用"中断浸渗"方法获得保留了"浸渗前沿"的样品,应用扫描电子显微镜和X射线能谱分析了浸渗界面上的形貌和成分变化,深入讨论了浸渗界面推进过程中的物理、化学反应过程.采用扫描电镜等微观分析手段观察了复合材料显微形貌,探讨了界面反应机理.研究结果表明:浸渗界面推进过程中熔体中的Mg富集在浸渗前沿的预制体上,并与预制体发生反应;Al/Si3N4界面反应产物AlN相形成"楔形"向Si3N4单元心部推进,细观上呈现含毛细通道的胞状辐射形貌,大量毛细通道确保了Al和Si3N4之间的置换反应持续进行;Al与Si3N4的置换反应产物Si绝大部分溶解在铝镁合金熔体中.     

熔体浸渗法制备金属基复合材料的研究进展

阐述了熔体浸渗法制备金属基复合材料在国内外的研究现状,指出了在熔体浸渗工艺研究中存在的问题,探讨了熔体浸渗工艺制备金属基复合材料的研究方向。     

ZrC-W复合材料的无压反应浸渗制备工艺

以WC粒径为4μm气孔率为55％的多孔WC为预制体,Zr2Cu合金为浸渗剂,采用低温反应浸渗工艺制备了ZrC-W复合材料,系统研究了反应浸渗温度和时间对复合材料的物相组成及显微组织的影响规律.结果表明,随浸渗温度的升高,WC与Zr2Cu合金的反应程度增加,即生成的ZrC和W的含量增加,WC的残留量减小,当浸渗温度超过1500℃时,残留的WC转变为W2C相.随浸渗时间的延长,ZrC和W的含量增加,WC的残留量减小,ZrC的点阵常数增大,并出现W2Zr、Cu5Zr等中间反应相.     

Al_2O_3-SiO_2/AZ91D镁基复合材料的挤压浸渗制备工艺及微观组织和界面的研究

采用挤压浸渗法制备Al_2Or_3-SiO_2/AZ91D复合材料.改进制备工艺,利用价格低廉且来源广泛的硅酸铝短纤维作增强体,用磷酸铝作黏结剂制得预制体.在预制体温度660℃、模具温度560℃、浇注温度760℃和压力30～50MPa下,通过挤压浸渗工艺制备AZ91D镁基复合材料.采用光学显微分析、XRD衍射分析、SEM扫描分析等方法研究该复合材料.结果表明,镁与磷酸铝黏结剂反应后在界面上生成一定数量的Mgo颗粒和少量的MgAl_2O_4颗粒,致使硅酸铝增强纤维和镁合金基体之间形成较强界面结合.复合材料组织致密、无明显孔洞及夹杂等铸造缺陷.其界面上的反应产物主要有MgO、MgP_4、MgAl_2O_4和Mg_2Si     

熔渗法制备C/C-Cu复合材料的力学性能

以炭纤维(Cf)针刺整体毡为预制体,分别采用化学气相渗透(Chemical vapor deposition,CVI)和浸渍炭化(Impregnation and carbonization,I/C)制备不同密度和基体炭的C/C坯体;通过添加Ti元素改善熔融Cu与C/C坯体的润湿性.采用真空熔渗法制备C/C-Cu复合材料.对复合材料的力学性能及其与坯体之间的关系进行研究,并与常用滑板材料的力学性能进行比较.结果表明:随着坯体密度的增加,复合材料的抗弯强度下降,而坯体密度为1.4 g/cm3的复合材料的冲击韧性达到最大值.与用I/C坯体制备的复合材料相比,用CVI坯体制备的复合材料具有更高的强度和韧性,其弯曲曲线呈“假塑性”断裂特征,断裂时纤维从热解炭层或熔渗金属相中拔出,熔渗金属相呈“韧窝状”的塑性断裂形貌.冲击断裂时,复合材料倾向于沿TiC/熔渗金属界面断裂.C/C-Cu复合材料的抗弯强度为180～300 MPa、冲击韧性高于3.5 J/cm2,优于常用滑动电接触材料的性能,是一种极具潜力的新型滑动电接触材料.     

Microstructure and mechanical properties of B<Subscript>4</Subscript>C-TiB<Subscript>2</Subscript>-Al composites fabricated by vacuum infiltration

B_4C-TiB_2-Al composites were fabricated by infiltrating aluminum into porous B_4C-TiB_2 preforms in vacuum. The microstucture and mechanical properties of the B_4C-TiB_2-Al composites were investigated. The hardness decreased, the flexurai strength increased, and the fracture toughness first increased and then decreased slightly with an increase in TiB_2 content. The B_4C-TiB_2-Al composite with 40wt.% TiB_2 showed the optimized properties. The infiltrated aluminum addition was the leading reason for the fracture toughness improvement of the composites. The tear ridges and dimples on the fracture surface of the composites increased gradually with the increase of infdtrated alu-minum content showing inter/transgranular fracture mode. The relationships between the microstructures and the mechanical properties of the composites were discussed.     

Characteristic reaction products in the AZ91/SiC composite fabricated by pressureless infiltration technique

Since the spontaneous infiltration of molten AZ91 Mg alloy into a powder bed containing SiC particles occurred at 700 °C for 1 h under a nitrogen atmosphere, it was possible to fabricate Mg alloy composites reinforced with SiC particles. Since the fabrication conditions (e.g. temperature, time, and atmosphere) of the composite are different from those of the other fabrication route, reaction products formed during the composite fabrication were investigated in detail using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM). From the analysis results, we could identify the formation of MgAl₂O₄ and AlN, as well as MgO in fabricated composite.     

Preparation of SiCp/Cu composites by Ti-activated pressureless infiltration

Sessile drop technique was used to investigate the influence of Ti on the wetting behaviour of copper alloy on SiC substrate. A low contact angle of 15° for Cu alloy on SiC substrate is obtained at the temperature of 1 100℃. The interfacial energy is lowered by the segregation of Ti and the formation of reaction product TiC, resulting in the significant enhancement of wettability. Ti is found to almost completely segregate to Cu/SiC interface. This agrees well with a coverage of 99.8%Ti at the Cu/SiC interface predicted fi＇om a simple model based on Gibbs adsorption isotherm. SiCp/Cu composites are produced by pressureless infiltration of copper alloy into Ti-activated SiC preform. The volume fraction of SiC reaches 57%. The densiflcation achieves 97.5%. The bending strength varies fi＇om 150 MPa to 250 MPa and increases with decreasing particle size.     

Mg对无压自浸渗制备SiCp/Al复合材料组织与性能的影响

采用无压自浸渗法制备SiCp/Al复合材料。研究了Mg含量对SiCp 与Al之间浸润性的影响 ;探讨了Mg含量对SiCp/Al复合材料的组织与性能的影响及其作用机理。结果表明 ,加入的Mg与SiCp 表面的氧化物薄膜和铝基体发生反应 ,生成物会阻止SiCp 与Al基体反应生成Al4 C3 脆性相 ,同时SiCp 表面的微反应也增加了基体与SiCp 的结合强度 ,改善了基体与SiCp 之间的浸润性 ,从而使复合材料的耐磨性提高了 3～ 4倍。     

浸渗温度对SiC/Al双连续相复合材料界面组织和导热性的影响

采用原位反应无压浸渗工艺,制备了Si C/Al双连续相复合材料,研究烧结温度对Si C/Al双连续相复合材料的导热性能的影响,观察Si C/Al双连续相复合材料的表面形貌。结果表明:Al合金熔体在无压下能渗入三维网状Si C多孔陶瓷孔隙,形成组织均匀具有网络贯穿结构的Si C/Al双连续相复合材料。浸渗温度对复合材料的导热系数影响很大,当浸渗温度为900、1000、1100和1200℃时,复合材料室温下的导热系数分别为167.4、160、154和152 W/(m·K),与浸渗温度900℃相比,浸渗温度1200℃复合材料室温下的导热系数下降了9%。因此,在保证浸渗完全的情况下,随着浸渗温度的升高,复合材料的导热性能越来越差,这主要是由于高温下熔融Al液与Si C陶瓷之间发生界面反应所致;适当地降低熔渗温度可以减缓界面反应的程度,从而提高复合材料的导热性能。本实验的最佳工艺条件为N2气氛,900℃保温3 h。     

熔硅浸渗工艺快速制备C/SiC复合材料的非等温氧化行为

以针刺整体毡为预制体,采用化学气相沉积（CVD）增密制备C/C多孔体,用熔硅浸渗（MSI）工艺快速制备C/SiC复合材料,通过非等温热重分析研究材料低温下的氧化反应动力学和反应机理。结果表明：C/SiC材料的非等温氧化过程呈现自催化特征,氧化机理为随机成核,氧化动力学参数为l：g（A/min^-1）=8.752,Ea=169.167 kJ/mol。MSI工艺中,纤维因硅化损伤产生的活性碳原子易先发生氧化,使C/SiC材料起始氧化温度仅为524℃,比C/C材料约低100℃,且氧化产生大量的裂纹和界面,使材料在氧化初期即具有大的氧化反应速率,C/C材料则出现氧化反应速率滞后现象。     

离心法制备复合材料环的组织和性能

通过离心铸造法制备了外加WC颗粒增强铁基复合材料环,研究了复合材料环表面工作层内WC颗粒分布、界面结构、基体组织和力学性能以及高速磨损性能。结果表明:采用离心铸造法制备的外加WC颗粒增强铁基复合材料环是由外部WCP/Fe-C工作层和芯部Fe-C合金层组成的复合结构,其复合材料工作层厚度约30 mm,复合材料层中WCP分布均匀,体积分数约80%,复合层硬度80～85 HRA,芯部基体组织为贝氏体、石墨和少量复合碳化物,芯部基体硬度为73～76 HRA,冲击韧性大于10J/cm2,复合材料磨损率远低于高速钢,与WC硬质合金相当。     

CVI炭/炭复合材料微观结构和生长模型

采用自行设计的多元耦合物理场CVI炉增密炭/炭（C/C）复合材料,用炭毡作为纤维增强体,在坯体内部设计特殊的导电发热层,使坯体内部的温度场、气体反应的中间产物浓度场、电磁场等多元物理场实现耦合,实现坯体的快速增密。采用偏光显微镜研究沉积热解炭的组织结构;用X射线衍射仪研究C/C复合材料的石墨化度和微晶尺寸;用扫描电镜观察材料断口和热解炭沉积表面的形貌;并对CVI热解炭的生长方式进行研究。研究表明：获得SL、RL和带状等多种热解炭结构;不同的结构具有不同的形貌特征,其中SL的断口平整,RL的断口呈沟槽构造;并提出前者为小分子平滑生长模型、后者为大分子锥状生长模型。