SiC纤维增强Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料制备及界面行为研究

以SiC纤维、Ti箔、Ti_2AlNb箔为原材料,采用箔-纤维-箔方法,通过真空热压技术制备了SiCf/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对复合材料相组成和微观组织进行了分析。结果表明,当真空热制造参数为920℃/40 MPa/30 min时,SiC纤维与韧性金属Ti实现良好冶金结合,界面反应产物主要为TiC,界面反应层厚度为0.8μm,C涂层厚度为1.3μm;韧性金属Ti层与金属间化合物Ti_2AlNb层通过Ti,Al,Nb 3种元素相互扩散方式形成固相扩散连接,界面平直,复合材料呈现出理想叠层结构。制备态的SiCf/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料主要由α-Ti,β-Ti,SiC,TiC,O相和B2相构成。在Ti与Ti_2AlNb固相扩散连接过程中,由于Al原子的扩散速率大于Nb原子,且Al是α稳定元素,Nb是β稳定元素,从而导致在Ti/Ti_2AlNb界面区域依次形成α+β双相组织和富B2相。在真空热压实验中,韧性金属Ti层与金属间化合物Ti_2AlNb层固相扩散连接过程依次为:物理接触/α+β双相区形成/富B2相区形成/富B2相区增厚。     

Ti3SiC2/Cu复合材料的制备与性能

三元层状化合物Ti3SiC2兼具陶瓷和金属的性能,受到材料研究者的广泛关注.该文采用热压工艺制备Ti3SiC2/Cu复合材料,研究Ti3SiC2含量及烧结温度对复合材料密度、抗弯强度、弹性模量、电阻率等性能的影响.结果表明,复合材料的相对密度对其性能有着重要的影响.当Ti3SiC2的质量分数在60％～80％范围内,其它...     

以铝为助剂通过机械合金化和热处理制备Ti3SiC2

采用Ti、Si、C单质粉末为原料,添加少量Al元素粉末为助剂,通过机械合金化和热处理制备高纯Ti3SiC2材料。采用XRD和SEM研究该材料的物相组成和显微结构。研究结果表明,机械合金化Ti、Si、C单质混合粉末,会诱发自蔓延反应,生成组成相为TiC、Ti3SiC2、TiSi2和Ti5Si3的粉末与颗粒产物。添加适量的Al元素可消除硅化物,明显促进Ti3SiC2的反应合成。采用Ti、Si、C、Al单质粉末进行机械合金化,可制备出主相为TiC与Ti3SiC2的粉末与颗粒产物。对掺Al机械合金化粉末产物压制后,在900~1 100℃热处理2 h,可制备出纯度大于95%(质量分数)的Ti3SiC2材料,而颗粒产物在900~1 200℃进行热处理,亦可获得纯度为96%的Ti3SiC2材料。但在1 300℃,热处理产物中的Ti3SiC2会发生严重分解,部分分解为TiC和少量硅化物,使产物纯度降低。     

层状可加工陶瓷Ti3SiC2自蔓延高温合成反应机理的研究

采用燃烧波淬熄法,以Ti粉、Si粉和C粉为原料研究了层状可加工陶瓷Ti3SiC2在自蔓延高温合成(SHS)中的反应机理.淬熄试样中保留未反应区、反应区和已反应区,用扫描电子显微镜观察燃烧反应中显微组织的转变过程,用能谱仪分析各微区的成分变化,并通过差热分析(DSC-TGA)和XRD分析考察了从600℃到1500℃ Ti-C-Si系统的反应合成过程和相形成规律.结果表明:层状可加工陶瓷Ti3SiC2自蔓延高温合成的机理为溶解-析出机制,Ti粉与Si粉的固态扩散导致低熔点Ti-Si溶液形成,Ti、Si、C粉粒逐渐向Ti-Si溶液中溶解,当溶液中的Ti、Si、C浓度饱和时,从中析出TiC、SiC颗粒,最后形成最终产物Ti3SiC2.     

SiC/Ti_3Al复合材料原位合成及其界面反应动力学研究

利用TC4,Al廉价材料,通过磁控溅射物理气相沉积技术制备SiC先驱丝,利用热等静压工艺,在温度1423 K,压力170 MPa条件下进行复合,反应时间为1 h,通过原位反应生成Ti3Al基体,从而制备SiC纤维增强Ti3Al基复合材料。通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)观察SiC纤维增强Ti3Al基复合材料基体与界面的微观组织形貌及界面元素分布,利用透射电镜(TEM)分析复合材料基体的物相结构,并对SiC纤维增强Ti3Al基复合材料的界面反应进行动力学分析。结果表明,利用TC4,Al制备的SiC先驱丝,通过原位反应可生成Ti3Al基体,属于六方晶系,组织为等轴晶,晶粒尺寸约为1μm。通过磁控溅射和热等静压工艺制备SiC纤维增强Ti3Al基复合材料,可缩短工艺流程,节约成本。根据SiC纤维增强Ti3Al基复合材料界面反应层生长动力学分析,得到界面反应层生长动力学方程:δ=2.73×10-6exp(-257.09×103/RT)t1/2,可准确预测连续碳化硅纤维增强Ti3Al基复合材料在制备和使用过程中界面反应层的生长规律,为其应用提供理论依据。     

SiC掺杂量对Diamond/Cu复合材料导热性能的影响

采用超高压熔渗法制备了Diamond/SiC/Cu复合材料,通过研究不同SiC含量下样品的热导率变化规律及界面性能,提出孤立界面模型。主要阐释孤立界面模型的适用条件、主要内容及定量公式。通过孤立界面模型,说明低SiC掺杂量的必要性和Diamond骨架对于复合材料导热性能的重要性。结果表明,SiC最佳掺杂量为15%,此时复合材料的综合性能最优:热导率526.7 W·m-1·K-1,热膨胀系数2.4 ppm/K,密度3.74 g/cm3,节省原料成本近15%。     

热压法制备Ti3SiC2陶瓷结合剂/金刚石复合材料的组织结构

以Ti、Si、C粉、金刚石磨料为原料,添加适量Al粉,采用热压法制备Ti3SiC2陶瓷结合剂/金刚石复合材料,通过X射线衍射、扫描电镜及能谱分析对该复合材料的组织结构进行观察与分析,并研究烧结温度、助熔剂 Al 含量以及金刚石浓度对复合材料的影响。结果表明,因金刚石的反应活性较差,较低温度下热压时金刚石表面未能生长出Ti3SiC2,1300℃高温下热压形成的Ti3SiC2晶粒发育良好;适量添加Al粉有助于Ti3SiC2的合成;金刚石颗粒浓度从25%增加到50%时,金刚石参与并促进Ti3SiC2的合成,Ti3SiC2含量明显增加;金刚石表面生成晶型发育良好的Ti3SiC2晶粒,实现了磨料与结合剂的化学键合,从而提高结合剂与磨料间的结合力。     

熔渗法制备MoSi_2改性C/C复合材料的组织结构与力学性能

以Si和SiO_2粉为原料,采用化学气相反应法在多孔低密度C/C复合材料的表面和内部制备SiC涂层,然后以MoSi_2粉末为原料分别对C/C复合材料以及SiC涂层改性的C/C复合材料进行反应熔渗,获得MoSi_2改性C/C复合材料。采用扫描电镜、X射线衍射以及电子探针显微分析对该复合材料的微观形貌与结构进行研究,并测试材料的抗弯强度。结果表明,与MoSi_2直接熔渗制备Si-Mo改性C/C复合材料相比,熔渗前制备SiC涂层作为界面层,可有效降低Si-Mo改性C/C复合材料的孔隙率,获得更加致密的Si-Mo改性C/C复合材料,材料密度从2.93 g/cm~3提高到3.20 g/cm~3,开孔率从10.77%降低到4.07%;抗弯强度从87 MPa提高到121 MPa。该复合材料中SiC和MoSi_2的含量较高,弯曲断裂呈现假塑性断裂。     

莫来石/SiC复相材料的烧结工艺和成分优化

利用工业氧化铝和超细氧化硅合成莫来石，并结合SiC制备出了莫莱石／SiC复相材料。研究了烧结工艺及氧化铝和氧化硅的摩尔比对复相材料密度和强度的影响，并以材料的热震残余强度为指标、利用正交设计法研究了微量添加剂的影响效果。结果表明，复相材料的体积密度随烧结温度的升高和烧结时间的延均出现先升高后降低的规律，而开口气孔率的变化规律则相反；随结合相中Al2O3与SiO2的摩尔比的提高，复相材料的密度增加、气孔密度降低，而强度则先增后减，通过烧结工艺与结合相和添加剂成分的优化，材料密度最高可达2．5g/cm^2，抗折强度达34．5MPa，耐压强度可达90MPa，热震后的残余强度率为67．2％。     

SPS法制备SiC_P/Cu复合材料的研究

为了开发高导热低成本电子封装材料与器件,采用SPS方法制备了SiC/Cu复合材料,研究了SiC的粒径和体积分数对材料致密度和热导率的影响.结果表明:随着SiC体积分数的减少(从70%到50%),材料致密度逐渐提高;随着SiC粒径从40μm变化到14μm,材料的致密度提高.在材料未达到完全致密的情况下,材料的热导率主要受致密度的影响,SiC粒径的减小和体积分数的适宜降低对材料热导率的提高有利.此外,研究了对SiC进行化学镀铜对复合材料的影响.SiC化学镀铜改善了复合材料两相界面的润湿性,与未镀铜SiC相比,使样品相对密度提高了3%,热扩散系数提高了60%,热导率为167 W/(m·K).     

机械合金化合成Ti_3SiC_2导电陶瓷的形貌特征研究

以Ti、Si、C单质为原料,添加微量的Al为助剂,采用高能球磨的方法合成了以Ti3SiC2为主相、含有一定量的TiC等杂质的混合粉体.球磨8h后,得到了相对纯度较高的Ti3SiC2粉体;同时,在粉体中发现了直径为0.5~1cm扁平的坚硬块体.采用XRD和SEM分析了混合粉体和小块体中Ti3SiC2等组成相的形貌特征.通过分析在不同时间内制备的粉体Ti3SiC2的成分变化和块体断口形貌,发现了Ti3SiC2的块体产物断口表面具有"鸟巢状结构"特征,并对具有该特征的Ti3SiC2块状产物的生成过程进行了讨论.     

SiC粒度及粉末装载量对SiCp/Al复合材料热循环行为及力学性能的影响

选用4种不同粒度的SiC分别与平均粒度为14 μm的SiC粉末混合,混炼后得到4种不同粉末装载量(体积分数)的喂料,采用粉末注射成形方法制备成SiC坯体,再无压熔渗Al～12%Si～8%Mg合金,获得高体积分数SiCp/Al复合材料,研究SiC粉末粒度及SiCp/Al复合材料中SiC的体积分数(即注射成形喂料中SiC粉...     

Effect of different dopants on the long lasting phosphorescence behavior of CaTiO_3：Pr~（3＋）

In order to improve the luminescence properties of CaTiO3:Pr3+, a series of CaTiO3:Pr3+, such as CaTi0.97Nb0.03O3:Pr3+, Ca0.8Zn0.2TiO3: Pr3+, Ca0.8Zn0.2Ti0.97Nb0.03O3:Pr3+ and B3+-doped Ca0.8Zn0.2Ti0.97Nb0.03O3: Pr3+ were prepared through conventional solid state reaction method. The results of the photoluminescence excitation and emission spectra showed that all the samples emitted red phosphorescence at 612 nm originating from 1D2 to 3H4 emission of Pr3+ under the 337 nm excitation. When examined by the X-ray diffraction (XRD), all the samples presented a predominant phase of CaTiO3 (JCPDS# 42-423) except Zn2+-doped samples which also revealed another phase of Zn2Ti3O8 (JCPDS# 73-579). The results of the afterglow decay curves showed that co-doping Zn2+ ions, Nb5+ ions or adding a small amount of B3+ into Ca0.8Zn0.2Ti0.97Nb0.03O3:Pr3+ were effective in improving the photoluminescence properties of CaTiO3:Pr3+ phosphor. Thermoluminescence results showed that the trap existing in all the samples was the same as in CaTiO3:Pr3+ and doping singly Nb5+ or Zn2+ hardly changed the trap depth but co-doping Nb5+ and Zn2+ could modify the trapping level from 0.63 to 1.26 eV distinctively. In addition, adding a certain amount of B3+ into CTO-PZN could also deepen the trap depth.     

Enhancement of luminescence and afterglow in Ca0.8Zn0.2TiO3:Pr3+ by Nb5+ substitution for Ti4+

Nb5+ doped Ca0.8Zn0.2TiO3:Pr3+ red long afterglow phosphors were synthesized by solid-state reaction methods. X-ray diffraction, photoluminescence spectroscopy and thermally stimulated spectrometry were used to investigate the effects of Nb5+ content on the crystal characteristics and luminescent properties of Ca0.8Zn0.2Ti1-xNbxO3:Pr3+ phosphors. The results showed that the addition of a small quantity of Nb5+ had negligible effect on the crystal characteristics of Ca0.8Zn0.2Ti1-xNbxO3:Pr3+, but it could change the trapping parameters (the depth of trap, frequency factors and the concentration of trapped charges at t=0) of Ca0.8Zn0.2Ti1-xNbxO3:Pr3+ phosphors, and then led to the enhance-ment of red fluorescence and phosphorescence at 612 nm originating from 1D2→3H4 transition of Pr3+. Both of the red fluorescence intensity and afterglow time reached the largest values in the sample of Ca0.8Zn0.2Ti1-xNbxO3:Pr3+ with x=0.05. The afterglow time of Ca0.8Zn0.2Ti0.95Nb0.05O3:Pr3+ phosphors lasted for over 24 min (≥1 mcd/m2) when the excited source was cut off.     

复压复烧对烧结减摩Cu-Ti3SiC2导电材料性能的影响

利用粉末冶金技术制备了10%Ti3SiC2颗粒增强Cu基减摩、导电材料。以200,400和500 MPa的压力对烧结试样进行复压,然后复烧,以提高材料的密度。通过测量试样的密度、硬度和电阻率,探索了复压复烧对材料性能的影响,并对试样进行了通电和不通电情况下的摩擦、磨损试验。结果表明,经400 MPa复压复烧后,材料的密度和硬度得到显著提高,密度由7.309 g·cm-3增加至7.712 g·cm-3,而硬度则达到HB 114,导电性能和减摩、抗磨能力也因此得到了改善,摩擦系数有所降低,磨损量减少了68%。与未带电的情况相比,带电时的摩擦因数相对较小,但磨损量则较大。在带电磨损实验过程中,摩擦副的温度升高使样品表面的铜基体部分氧化,并起到了润滑作用,从而降低了摩擦因数。     

反应烧结制备TiC-Ti3SiC2梯度材料

采用Ti、Si、TiC粉末为原料,通过放电等离子反应烧结制备TiC-Ti<,3>SiC<,2>梯度功能材料.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)等手段,分析梯度材料的相组成和微观结构特征.结果表明,采用放电等离子烧结,升温速度为100℃/min时,在1 350℃保温15min、加压40MPa...     

颗粒尺寸对真空浸渗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,考察了复合材料中SiC颗粒尺寸对复合材料的组织结构、抗弯强度、摩擦磨损性能的影响.结果表明:随着SiC颗粒尺寸的减小,SiC/Al复合材料的残余气孔率逐渐减小,密度和抗弯强度逐渐增加;粒度配比有利于提高复合材料的抗弯强度.与灰铸铁配副时,材料的摩擦系数与磨损率明显依赖于碳化硅颗粒尺寸,二者均随颗粒尺寸的增大而先降低后增大.粒度配比能明显改善复合材料的干摩擦磨损性能.粗细颗粒的粒度配比具有相互强化的作用,有利于降低摩擦系数和磨损率,并使其趋于稳定.     

Co-Ti/SiC、Co-Ti/石墨体系的润湿性研究

设计了Co-73.3Ti（质量分数）高温钎料，并采用座滴法研究了Co-73．3Ti／SiC、Co-73．3Ti／石墨体系的润湿性以及保温时间对接触角的影响。结果表明，Co-73．3Ti／SiC体系中由于活性元素Ti的加入增加了Si和C在钎料中的溶解度，体系润湿性随保温时间的延长逐渐改善，直至钎料在SiC表面完全铺展。而由于石墨结构中存在于固液界面的外缘线前的孔洞阻止了钎料铺展，保温时间对Co-73．3Ti／石墨体系的接触角影响较小。微观形貌分析表明，Co-73．3Ti钎料与SiC和石墨的界面处都发生了元素的互扩散。