低温反应熔渗工艺制备C_f/ZrC复合材料

采用反应熔渗工艺,在1200℃、真空环境下将熔融态Zr2Cu合金渗入多孔Cf/C基材制得Cf/ZrC复合材料。结果表明,材料中ZrC含量为(43.8±1.3)%(体积分数,下同),材料弯曲强度为(105.7±5.3)MPa,弹性模量为(64.3±2.8)GPa;ZrC生长机制为"溶解-析出"机制:C基体逐步溶解在Zr-Cu熔液中并形成C-Zr-Cu固溶体,C浓度饱和后逐步析出ZrC纳米晶核,随即通过晶粒融合和元素扩散使晶粒迅速长大;Cf/ZrC复合材料具有优异的抗烧蚀性能,其质量烧蚀率和线烧蚀率分别为(0.0039±0.0008)g/s和(0.0023±0.0012)mm/s。     

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.     

熔渗法制备CrW/Cu复合材料的组织与性能研究

采用熔渗法制备了CrW/Cu复合材料,即首先把铬粉和钨粉的混合粉末烧结成骨架,然后把铜液渗入CrW骨架的孔隙中制备CrW/Cu复合材料;研究了气氛、熔渗温度、溶渗时间对CrW/Cu复合材料的显微组织和性能的影响.研究结果表明:真空环境下溶渗法制备的CrW/Cu复合材料组织最致密;当熔渗温度大于1 350℃时,尽管没有达到铬的熔点温度,但W-Cr骨架中的Cr颗粒开始逐步消失,随着熔渗温度的提高或熔渗时间的延长,Cu取代其位置;Cr通过Cu合金液迁移到W骨架的孔隙中,与W形成Cr-W固溶体;材料组织的变化导致材料的硬度明显升高,导电率明显降低.     

反应熔渗法制备Mo(Si,Al)2-SiC复合材料的研究

通过尝试对MoSi2+C坯体中熔融渗Al制备了Mo(Si,Al)2-SiC复合材料,并对其组织及性能进行了研究.反应熔渗Al法制备Mo(Si,Al)2-SiC复合材料中,反应生成物主要为Mo(Si1-x,Alx)2和SiC相,还有少量Mo5Si3C和Al相.随着x值的增加,Mo5Si3C相和Al相逐渐减少,并消失.其组织为片状Mo(Si,Al)2组织间隙中分布着针尖状SiC颗粒;从断口形貌看,SiC颗粒非常细小,团聚在大的Mo(Si,Al)2颗粒周围.根据断口形貌,部分形成的SiC为晶须状,当x=0.4时,形成的SiC多为晶须状,并且形成的晶须状的SiC和Mo(Si,Al)2连成片.反应熔渗Al法制备复合材料抗弯强度是随着x值先增加后降低,在设计值x=0.237时取得最高值.     

反应熔渗法制备Mo(Si,Al)2-SiC复合材料的研究

通过尝试对MoSi2+C坯体中熔融渗Al制备了Mo(Si,Al)2-SiC复合材料,并对其组织及性能进行了研究.反应熔渗Al法制备Mo(Si,Al)2-SiC复合材料中,反应生成物主要为Mo(Si1-x,Alx)2和SiC相,还有少量Mo5Si3C和Al相.随着x值的增加,Mo5Si3C相和Al相逐渐减少,并消失.其组织为片状Mo(Si,Al)2组织间隙中分布着针尖状SiC颗粒;从断口形貌看,SiC颗粒非常细小,团聚在大的Mo(Si,Al)2颗粒周围.根据断口形貌,部分形成的SiC为晶须状,当x=0.4时,形成的SiC多为晶须状,并且形成的晶须状的SiC和Mo(Si,Al)2连成片.反应熔渗Al法制备复合材料抗弯强度是随着x值先增加后降低,在设计值x=0.237时取得最高值.     

添加15％Mo对反应熔渗Al制备MoSi2复合材料组织和力学性能的影响

采用在常规模压生坯中浸渗Al的方法,研究了MoSi2+Mo反应熔渗Al后的显微组织和力学性能的变化情况.研究表明MoSi2坯体在1350℃反应浸渗Al可使抗弯强度高达737 MPa,其断裂韧性也可达到4.3 MPa·m1/2,远远高于热压单相材料;然而其相成分中存在残余的Si相和Al相将会阻碍其高温应用;在MoSi2坯体中加入Mo粉可以消除残余硅相;经过计算,当Mo添加量为15%(质量分数,下同)时,可以完全消除Si相,并使Al相达到最低,而其强度并不降低.同时SEM观察表明,添加15%Mo后其断口显示晶粒间絮状夹层变成颗粒状黑色相面积较未加入Mo粉时减小.从而进一步证实添加15%Mo产生的组织变化将有利于该材料的高温力学性能.     

熔渗-焊接法制备W/Cu功能梯度材料的研究

采用熔渗－焊接法经过工Ｗ骨架制备,渗Ｃｕ及热压焊接三个步骤制备出Ｗ／Ｃｕ功能梯度材料,并对Ｗ／Ｃｕ梯度过渡层的显微结构进行了观察,对Ｗ／Ｃｕ功能梯度材料的热震性进行了测试。     

无压熔渗法制备TiC/Ni3Al复合材料的渗入工艺研究

以化学纯镍粉、钛粉、铝粉、石墨粉为原料,采用燃烧合成方法制备了TiC/Ni3Al含孔预制件,用无压熔渗法制备了Ni3Al熔渗TiC/Ni3Al复合材料,研究了渗透温度和时间对TiC/Ni3Al复合材料的微观组织、硬度的影响,对无压渗透动力学进行了探讨.采用XRD和SEM分析了复合材料的相组成和微观结构.试验结果表明,无压熔渗法是制备致密的TiC/Ni3Al复合材料的有效方法,适当提高渗透温度,可大大缩短渗透时间.在完成渗透获得致密组织的前提下,渗透温度和渗透时间对TiC/Ni3Al复合材料的硬度无显著影响.渗透后复合材料的组成相为Ni3Al和TiC,颗粒结合良好.制备的Ni3Al/TiC复合材料的维氏硬度随TiC体积分数的增加而提高.     

熔渗反应法制备MoSi2-SiC复合材料性能的影响因素

用熔渗反应无压烧结技术制备了MoSi2-SiC复合材料，对制备过程的影响因素进行了分析。研究结果表明：在渗硅温度为1450℃时，反应生成颗粒细小、弥散分布的SiC相，从而使得材料具有较高的抗弯强度；当渗硅温度升高至1750℃时，生成的SiC相发生再结晶长大，使得材料强度下降。成型压力对熔渗硅样品强度影响不大。MoSi2-SiC复合材料的抗弯强度随SiC相含量的增加在增强相含量为40％时存在一极大值，这是由于当SiC数量超过40％后，SiC粒子的团聚、长大使弥散强化作用降低，从而使材料的断裂强度降低；复合材料电阻率随第二相含量的增加而增加。     

DCP法W/ZrC金属陶瓷组成结构的高温演变研究

采用置换填充工艺制备了W/ZrC金属陶瓷,研究了其在不同超高温温度环境中的组成结构演变规律。结果表明：随着热处理温度的升高,材料的质量损失率先增大后减小,在2200 ℃时有最大值2.05 wt.%,而孔隙率则不断增大,在2600 ℃时达到9.29 vol.%。在材料表面,残留Cu最先熔化挥发流失,其次残留Zr,在2600 ℃时部分ZrC也分解流失。在材料内部,1800 ℃时未反应完的WC相消失,2200 ℃时残留Zr-Cu合金相和W2C相消失,2600 ℃时仅剩下W相和ZrC相,且随着热处理温度的升高,W原子向ZrC基体中的扩散增多,导致ZrC点阵常数逐渐减小,W相由颗粒状变为无规则的长条状,其颗粒数量和体积含量明显减少,并形成了大量闭孔。Zr-Cu合金的流失和W原子的扩散是引起W/ZrC金属陶瓷在超高温环境中组织结构变化的重要原因。     

超高温热处理对不同工艺制备的W/ZrC金属陶瓷微观组织结构的影响

分别采用置换填充工艺（DCP）和热压烧结工艺（HP）制备了W/ZrC金属陶瓷,然后在2600℃下对其进行热处理1h,研究了热处理前后两种W/ZrC金属陶瓷的组织结构变化。研究表明热处理后两种材料都出现开孔率增大、线膨胀及质量损失。其中DCP法W/ZrC金属陶瓷在热处理后仍由分散分布的W颗粒相和连续的ZrC相组成,但原始材料中残留的WC、W2C及Zr-Cu合金相都消失,取而代之的是大量的空隙,同时W相含量也急剧减小。而HP法W/ZrC金属陶瓷在热处理后则有新相W2C生成,同时其W颗粒相有聚集的趋势,形成了大块团状相。     

反应热压制备FeAl/TiC复合材料的研究

采用元素混合粉反应热压工艺制备了FeAl/TiC复合材料。研究了TiC含量、粘结相成分、以及反应热压工艺对致密化过程和力学性能的影响。结果表明,复合材料的密度随TiC含量的增加而减小,硬度和抗弯强度随TiC体积分数的增加而出现峰值,Al含量的增加有利于致密化,但因引入过多的氧化夹杂和热空位而导致力学性能的恶化。热压温度、压力等制度也对材料的制备和性能有一定影响。     

The comparison of W/Cu and W/ZrC composites fabricated through hot-press

In this study the W/Cu and W/ZrC composites have been fabricated by hot-press and then their mechanical properties were compared in addition to their ablation resistance. To produce W-20vol.%Cu composite at first stage the elemental W and Cu powders were ball milled for 3 h in rotation speed of 200 rpm, in which 2% nickel was added in order to reduce the density. The mixed powders were hot-pressed for 1 h at 1400 °C and compact pressure of 30 MPa. Additionally W/40vol.%ZrC composite has been fabricated by hot-pressing of mixed W and ZrC powders in 30 MPa and 2200 °C for 1 h. Since these materials are used at elevated temperature applications, where ablation is the main source of material failure, after producing the composites their ablation resistance was evaluated in a real condition. The results show that not only W–ZrC composite is better than W–Cu composite in mechanical properties, but also in ablation resistance.     

ZrCp／W复合材料组织结构与室温力学性能

用XRD、SEM和TEM研究了ZrC颗粒增强钨基复合材料（ZrCp/W,ZrCp的体积分数为30％）的组织结构。由于ZrCp的加入,阻碍了钨晶粒在烧结时的长大,W向ZrC晶格扩散,在ZrC中形成（Zr,W)C固溶体,Zr也向W中发生了少量扩散,使ZrCp/W界面形成冶金结合。在复合材料中还存在很少量的W2C和ZrO2。室温下,复合材料的韧性、弹性模量和硬度都明显比纯钨高,但复合材料的抗弯强度比纯钨低。复合材料的韧化机制是裂纹偏转和细晶韧化。     

Effect of rare earth La2O3 on the microstructure and mechanical properties of TiC/W composites

In this study, La₂O₃ was investigated as an additive to TiC/W composites. The composites were prepared by vacuum hot pressing, and the microstructure and mechanical properties of the composites were investigated. Experimental results show that the grain size of the TiC/W composites is reduced by TiC particles. When 0.5 wt.% La₂O₃ is added to the composites, the grain size is reduced further. According to TEM analysis, La₂O₃ can alleviate the aggregation of TiC particles. With La₂O₃ addition, the relative density of the TiC/W composites can be improved from 95.1% to 96.5%. The hardness and elastic modulus of the TiC/W + 0.5 wt.% La₂O₃ composite are little improved, but the flexural strength and the fracture toughness increase to 796 MPa and 10.07 MPa·m^1/2 respectively, which are higher than those of the TiC/W composites.     

热压反应烧结制备ZrB2-SiC复合材料的工艺及性能研究

以二硼化锆、正硅酸乙酯、蔗糖为原料,采用溶胶-凝胶法制备ZrB2-SiC前躯体,然后利用热压反应烧结方法,在1800℃,30MPa压力,流动的Ar气氛条件下,制备出高致密的ZrB2-SiC复合材料。其最大相对密度达到99.6%。ZrB2-SiC复合材料的抗弯强度和断裂韧性都随着SiC含量的增加先增加后降低。当SiC含量为20%时,ZrB2-SiC复合材料断裂韧性最大达到5.1MPa·m1/2。ZrB2-SiC复合材料的最大弯曲强度为272MPa,比报道出的值要低,这可能与过大的ZrB2晶粒有关。但当SiC含量为30%时,由于出现大量气孔而使材料不致密,从而导致其力学性能下降。     

Effect of rare earth La_2O_3 on the microstructure and mechanical properties of TiC/W composites

In this study, La2O3 was investigated as an additive to TiC/W composites. The composites were prepared by vacuum hot pressing, and the microstructure and mechanical properties of the composites were investigated. Experimental results show that the grain size of the TiC/W composites is reduced by TiC particles. When 0.5 wt.% La2O3 is added to the composites, the grain size is reduced further. According to TEM analysis, La2O3 can alleviate the aggregation of TiC particles. With La2O3 addition, the relative density of the TiC/W composites can be improved from 95.1% to 96.5%. The hardness and elastic modulus of the TiC/W 0.5 wt.% La2O3 composite are little improved, but the flexural strength and the fracture toughness increase to 796 MPa and 10.07 MPa·m1/2 respectively, which are higher than those of the TiC/W composites.     

Ag/CuO复合材料反应合成热力学分析

通过对Ag/CuO复合材料在反应合成制备中各元素、亚金属氧化物与1 mol氧气反应生成金属氧化物的标准自由焓的热力学计算,绘制了标准自由焓与温度关系图;考虑到氧压力对反应进行有重要影响,在标准自由焓与温度关系图中绘制了氧压力随温度变化的直线.结果表明:Ag与O_2,Cu_2O与O_2的反应是一种可逆反应,其发生可逆转变的温度分别为586.818,667.663 K;氧的压力对金属氧化物的分解有重要影响:压力越低,金属氧化物越易分解;并通过热力学分析结果,最终确定了Ag/CuO复合材料反应合成烧结工艺.     

ZrCP/W复合材料的等离子烧蚀行为

采用等离子烧蚀装置对ZrCP/W复合材料的烧蚀性能进行了研究.结果表明:ZrCP/W复合材料的线烧蚀率随ZrC含量和烧蚀时间的增加而增大.烧蚀后,在试样表面形成了烧蚀坑和熔融层,熔融层的厚度达到1 mm左右.在烧蚀过程中,烧蚀层中的物相发生了化学反应,并生成了新相.复合材料的主要烧蚀机制是以熔化烧蚀为主,兼有热化学烧蚀.