WC/Mo_2C比例对金属陶瓷组织和性能的影响

研究了不同WC/(WC+Mo_2C)值对TiCN-WC-Mo_2C-Co-Ni金属陶瓷组织和性能的影响。通过分析SEM组织照片发现,随WC/(WC+Mo_2C)值的增大,金属陶瓷的组织有黑芯硬质相减少、白芯硬质相增多的明显趋势。XRD图谱显示,添加Mo_2C后组织中会出现一种与TiCN晶格常数差异稍大的(Ti,M)(C,N)物相,且其衍射强度随Mo_2C比例的增加而提高。WC/(WC+Mo_2C)值对金属陶瓷的硬度影响很小,采用纳米压痕仪测量了富Ti黑芯硬质相和富W白芯硬质相的纳米硬度值,二者硬度处于同一水平。金属陶瓷的断裂韧性随WC/(WC+Mo_2C)值的增大明显上升,观察裂纹扩展特征发现,这是因为富W白芯硬质相易于使裂纹发生偏转,抗裂纹扩展能力明显优于黑芯-灰环硬质相。     

C/C-Cu复合材料的组织和摩擦磨损性能

以炭纤维针刺整体毡为预制体，用化学气相渗透（CVI）、浸渍／炭化（I／C）的方法制备密度和基体炭不同的C／C多孔坯体，采用真空熔渗将熔融Cu渗入到C／C坯体中制备C／C-Cu复合材料，利用X射线衍射、金相显微镜和扫描电镜分析复合材料的组织结构，研究复合材料的摩擦磨损性能。结果表明：Cu成功地渗入C／C坯体中，并填充了坯体的孔洞和炭纤维之间的孔隙，复合材料的主要相为Cu、C及少量的TiC相，当渗剂中Ti的质量分数达到15％时，出现微量的Cu和Ti的金属化合物相；复合材料的摩擦因数随着摩擦时间的增加而逐渐增加并趋于稳定。渗剂相同时，摩擦因数和体积磨损量随着材料密度增加而增加；坯体相同时，随着渗剂中Ti含量增加，摩擦因数增加，体积磨损减小。随着外加载荷的增加，摩擦因数和体积磨损先增后减，80N载荷时均达到最大值；与J204电刷对比，同样条件下，两者摩擦因数接近，但C／C-Cu复合材料的体积磨损量远远小于J204电刷的。     

熔盐法制备Mo_2C改性低密度C/C复合材料及其机理研究

采用熔盐法对低密度C/C复合材料进行Mo_2C改性,分析Mo_2C形成机理以及熔剂组成和反应温度对制备Mo_2C改性C/C复合材料的影响,研究了Mo_2C改性对C/C复合材料微观组织结构的影响。结果表明:仲钼酸铵与C反应生成Mo_2C的过程主要由3个阶段组成:仲钼酸铵分步分解为MoO_3,MoO_3还原为MoO_2,MoO_2与C反应生成Mo_2C;适宜的反应参数为:以LiCl-KCl为熔剂,反应温度为1000℃;Mo_2C颗粒在C相表面形核后首先形成花状聚集的Mo_2C涂层,并随反应温度提高最终形成完整的Mo_2C层;Mo_2C与C界面结合良好,生成Mo_2C过程的催化石墨化和应力石墨化作用使基体炭的有序度提高。     

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.     

挤压温度对B4C/Al-Si复合材料组织和性能的影响

以Al-Si合金粉末和B4C粉末为原料,采用粉末热挤压法制备了B4C/Al-Si复合材料,研究了挤压温度对该复合材料组织和性能的影响.结果表明:挤压温度为350～500℃时,B4C在Al-Si基体中均匀分布,无团聚现象；挤压温度为450℃及以上时,挤压组织达到致密化；随着挤压温度的升高,该复合材料的抗拉强度、屈服强度和屈强比降低,伸长率增大；挤压温度超过450℃时,基体中的Si相数量明显减少,晶粒显著增大；拉伸断裂是微孔聚集型韧性断裂,韧窝是该复合材料拉伸断口的主要特征.     

C/C-Cu复合材料的烧蚀性能及烧蚀机理

采用真空熔渗技术制备新型C/C-Cu复合材料。采用氧-乙炔焰测试不同时间下C/C-Cu复合材料的抗烧蚀性能,利用XRD、SEM分析材料烧蚀后的物相组成及组织形貌,对C/C-Cu复合材料的烧蚀机理进行研究。结果表明:烧蚀时间对材料的烧蚀率有显著影响,随着时间的延长,材料的质量烧蚀率和线烧蚀率均呈上升趋势;烧蚀后复合材料表面生成氧化物相TiO2和Cu2O,原来的TiC相被TiO2相替代;C/C-Cu复合材料的烧蚀性能优于C/C复合材料的烧蚀性能;C/C-Cu复合材料的氧-乙炔焰烧蚀机制为热氧化烧蚀、热物理烧蚀(升华)和机械冲刷的综合作用。     

包埋添加剂对 SiC-ZrC 涂层 C / C 复合材料结构和性能的影响

目的研究不同氧化物添加剂对Si C-Zr C涂层C/C复合材料相组成、微观结构和抗氧化性能的影响。方法采用包埋法,分别以Al2O3,B2O3和Mg O作为添加剂,制备Si C-Zr C涂层C/C复合材料,分析相组成及微观结构,考察复合材料在1000~1550℃静态空气气氛中的抗氧化性能。结果以Al2O3作为包埋添加剂制得的涂层致密,而以Mg O为添加剂制得的涂层较疏松。在1000~1550℃的静态空气气氛中,随着氧化温度的升高,以Al2O3为添加剂制得的复合材料失重率逐渐减小,在1550℃氧化1 h后仅为1%;以B2O3和Mg O为添加剂制得的复合材料失重率逐渐增加,在1550℃氧化1 h后分别达到15%和36%。结论与B2O3添加剂相比,Al2O3和Mg O添加剂更能促进包埋粉料的扩散。以Al2O3作为包埋添加剂制得的Si C-Zr C涂层C/C复合材料具有较好的高温抗氧化性能。     

C/C复合材料表面SiC/MoSi_2涂层的组织及氧化性能研究

在C/C复合材料表面制备SiC/MoSi_2涂层,并对其物相结构及截面与表面形貌进行了表征,同时对试样抗氧化性能进行了测试。研究结果表明:SiC涂层的表面上分布着松散结合状态的瓦砾状颗粒物,形成了众多的孔洞与裂纹。SiC/MoSi_2涂层的表面包含了玻璃态与瓦砾状颗粒,有效避免了涂层表面的孔洞形成,SiC/MoSi_2涂层含有Si、SiC、MoSi_2三种物相。SiC/MoSi_2复合涂层的失重曲线位于SiC内层的下部,具有明显的防氧化效果。与SiC涂层相比,SiC/MoSi_2涂层在氧化之后形成的气泡尺寸显著降低,有效减少了氧气扩散通道。SiC/MoSi_2复合涂层从基体往涂层表面过渡时呈现出明显的梯度涂层结构。     

CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的制备及其性能

以针刺整体炭毡为预制体,采用化学气相渗透法(CVI)增密制备C/C多孔体,然后采用反应熔体浸渗法(RMI),将Cu与Si同时熔渗进C/C坯体中制备CuxSiy改性C/C-SiC复合材料.研究CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的组织结构、力学性能和摩擦磨损性能,并与C/C-SiC复合材料进行对比.结果表明:CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的弯曲强度和冲击韧性略低于C/C-SiC复合材料的;采用30Cr钢作对偶时,CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的摩擦因数约为0.24,线磨损率小于4 μm·side-1·cycle-1,均与C/C-SiC复合材料的相近,但其摩擦表面温度降低约50 ℃;以自身材料作对偶时,CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能略低于C/C-SiC复合材料的.     

C/C复合材料预氧化处理对其SiC-ZrC-ZrB_2涂层抗氧化性能的影响

为了实现C/C复合材料氧化防护,对材料表面进行900℃、5 min的预氧化处理,然后应用包埋法在C/C复合材料表面制备SiC-ZrC-ZrB_2涂层。研究预氧化处理对材料微观结构、抗氧化性能和弯曲力学性能的影响。结果表明:预氧化试样涂层与基体间形成嵌入式过渡层结构,材料抗氧化性能得到改善,经1500℃静态氧化4h和8 h后,质量损失率分别为5.73%和10.88%。材料抗氧化性能提升的主要原因是界面的"钉扎效应"和过渡层减小涂层与基体间的热应力。预氧化涂层试样氧化前后弯曲性能增强,经1500℃静态氧化2 h和4 h后,强度保持率分别为104.86%和71.70%,均高于未预氧化涂层试样的。氧化后材料内部结构受损更少以及陶瓷相的增韧作用是预氧化试样弯曲力学性能提升的主要原因。     

硅钽含量对C/C复合材料SiC/TaSi_2复合涂层结构和抗氧化性能的影响

采用包埋技术在C/C复合材料表面制备SiC/TaSi2抗氧化复合涂层,通过恒温氧化实验以及X射线衍射分析、扫描电镜观察,研究了包埋粉料中硅钽含量对复合涂层微观结构和高温抗氧化性能的影响.结果表明,随着硅钽比的减小,复合涂层的厚度先增大后减小;硅钽比为5:1所制备的复合涂层具有相对较大的厚度和较为致密的结构,且TaSi2含量相对较高,体现出优良的抗氧化和抗热震性能,在1500℃氧化241.8 h和经过18次1500℃←室温急冷急热后,带有该涂层的C/C试样失重仅为1.04%.穿透性裂纹的形成是长时间氧化后涂层失效的主要原因.     

热处理对C/C复合材料Mo-Si-N系涂层抗氧化性能的影响

以Mo粉和Si粉为原料,采用熔浆法在氮气环境中制备了C/C复合材料的Mo-Si-N系抗氧化涂层,并对涂层1400℃预氧化热处理前后的组织结构和氧化行为进行了研究.结果表明,Mo-Si-N涂层除具有与Mo-Si系涂层相同的SiC底层和MoSi2/Si主结构层外,还形成了厚度不均匀的Si3N4/SiC/Si表面层.Mo-Si-N系涂层具有1400℃稳定抗氧化能力和1450℃长时间氧化防护潜力;经1400℃预氧化热处理后,涂层的最高抗氧化温度达到了1500℃,氧化12小时后重量损失率小于1wt%.     

SiZr液相烧结法制备SiC-ZrC涂层对C/SiC复合材料抗氧化性能的影响

使用Si-25％Zr(质量分数)合金通过液相烧结法在C/SiC复合材料表面制备了SiC-ZrC抗氧化涂层,研究了烧结过程中涂层的相结构演化,并测试了1400℃及空气气氛下材料的抗氧化性能,分析了涂层氧化前后显微结构的变化,以及氧化对C/SiC复合材料弯曲性能的影响.结果表明,Zr元素在涂层中以ZrC相的形式存在,ZrC颗粒的引入细化了反应SiC层的组织,在氧化过程中形成致密连续的SiO2薄膜,并在氧化500 s后试样出现增重,制备了SiC-ZrC抗氧化涂层的C/SiC样品在1000 s的氧化实验后弯曲强度下降低于5％.     

纤维涂层对Cf-Al2O3/Cu复合材料微观组织和性能的影响

为了改善增强相在Cf-Al2O3/Cu复合材料中的分布和结合,分别采用溶胶凝胶法和化学镀法对碳纤维(Cf)表面进行了镀TiO2和Cu涂层处理,并采用粉末冶金法结合内氧化工艺制备Cf-Al2O3/Cu复合材料.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜、布氏硬度计和导电率测试等研究了纤维涂层对Cf-Al2O3/Cu复合材料组织...     

纳米t-ZrO_2改性C/C复合材料抗烧蚀性能

在碳纳米管的辅助下制备含锆沥青,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TG)等方法对含锆沥青及其碳化产物进行分析,利用液相浸渍法制备C/C复合材料,并对其进行动态烧蚀实验。结果表明:含锆碳基体内部均匀分布纳米陶瓷微球堆积成的陶瓷层,主要成分为t-ZrO_2;陶瓷相提升了含锆碳基体的抗烧蚀能力;C/C复合材料基体中的陶瓷相在烧蚀过程中烧结为陶瓷层,有效提高了材料的抗烧蚀性能。     

工艺因素对水热改性C/C复合材料抗氧化性能的影响

以一定配比的Al_2O_3粉和磷酸溶液组成的悬浮液作为水热处理前驱体,采用水热法对C/C复合材料基体进行了防氧化改性.采用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散谱(EDS)仪分别对改性试样的物相组成、显微结构及化学元素组成进行表征.重点研究了水热反应时间、水热反应釜填充比等工艺因素对改性C/C复合材料的物相组成、微观形貌及抗氧化性能的影响.结果表明:水热改性方法是一种行之有效的提高C/C复合材料基体抗氧化性能的手段.经过水热改性处理,试样的抗氧化性能明显提高;延长水热反应时间和增大水热釜填充比都有利于基体抗氧化性能的提高;在水热釜填充比为70%、水热温度为200 ℃的条件下,改性处理72 h的C/C复合材料在700 ℃的静态空气中恒温氧化10 h后氧化失重仅为2.31%.     

SiC涂层对C/C复合材料高温氧乙炔焰烧蚀性能影响

采用化学气相反应法在C/C复合材料表面制备抗氧化SiC涂层,借助X射线衍射仪、扫描电镜及能谱等分析手段,研究涂层的结构;通过氧乙炔焰烧蚀试验考察SiC涂层对C/C复合材料高温耐烧蚀性能影响。结果表明:SiC涂层可明显提高C/C复合材料的高温短时耐烧蚀性能,经过20 s的高温氧乙炔焰烧蚀后,C/C复合材料试样的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为13μm/s和6.6 mg/s,SiC涂层试样的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为22μm/s和0.5 mg/s;在烧蚀中心区,涂层试样的烧蚀以升华分解为主,同时还伴有氧化烧蚀和微区机械剥蚀;在烧蚀过渡区,涂层的烧蚀机制以热氧化和燃气冲刷为主;而在烧蚀边缘区,涂层的烧蚀则主要表现为弱氧化烧蚀。     

等离子喷涂制备C/C复合材料SiC涂层的驻点烧蚀性能

目的在C/C复合材料表面制备SiC涂层,提高C/C复合材料抗烧蚀性能。方法采用真空等离子喷涂技术在C/C复合材料表面制备纯Si涂层,在惰性气氛保护下对涂层高温热处理,纯Si涂层与C元素在高温下反应,原位生成SiC涂层。利用电弧加热器在不同烧蚀温度下,分别考核涂层的驻点烧蚀性能,并采用OM、SEM、EDS和XRD等对烧蚀前后的微观形貌和物相成分进行分析。结果在C/C复合材料表面制备了致密的SiC涂层,涂层中没有明显的裂纹存在,并在涂层下方产生较深的渗透区域,深度超过涂层厚度。制备的SiC涂层在1400℃下烧蚀50 s,涂层完整,具有良好的驻点烧蚀性能;在1600℃和1650℃下烧蚀50 s,涂层部分剥落,C/C复合材料基体产生烧蚀。结论 SiC涂层在高温下氧化成Si O2玻璃态膜,并覆盖在C/C复合材料表面,对基体具有良好的保护作用。随着烧蚀温度的提高,在超音速气流的冲刷下,由于热膨胀系数不匹配和SiC主动氧化的原因,涂层在烧蚀面边缘出现剥落,且剥落现象越来越严重,涂层失去对C/C基体的保护作用,烧蚀性能下降。     

制备方法对Al2O3/Cu复合材料组织和性能的影响

以纳米Al2O3为增强相,分别采用内氧化法、冷压烧结法、SPS法制备了Al2O3/Cu复合材料,测试了3种不同工艺方法制备的复合材料的性能,并通过扫描电镜观察了其微观组织.结果表明,内氧化法制备的复合材料中Al2O3颗粒在铜基体上分布较为均匀,硬度HBS最高可达115,综合性能最好;冷压烧结法制备的复合材料综合性能较差;SPS法制备的复合材料致密度和电导率较高,分别达到99.18％和55.68 MS/m,但硬度较低.     

C/C复合材料表面TaC涂层的制备和生成机制

报道了一种在C/C复合材料基体上制各抗烧蚀TaC涂层的新方法.采用红外光谱、XRD及SEM表征了生成TaC涂层的Ta源:TaO2F·rH2O·TaF5.采用SEM观察了不同温度下转变生成的TaC涂层的形貌.在1200℃高温热处理,TaC涂层形貌为细颗粒状,在1800℃高温热处理后,TaC涂层为柱状晶.TaC的生成机制为:TaO2F·rH2O·TaF5高温分解凝聚生成的Ta2O5沉积在C/C复合材料基体表面,碳原子在Ta2O5中扩散反应生成TaC,TaC涂层形貌可由生成Ta2O5的凝聚成核理论解释.