Al2O3含量对Ti3SiC2/Al2O3复合材料抗氧化性能的影响

以Ti、Si、炭黑为原料,通过引入Al2O3,采用热压法制备了Ti3SiC2/Al2O3复合材料。通过X-射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱分析研究了Ti3SiC2/Al2O3复合材料的氧化行为。结果表明:添加Al2O3的试样抗氧化性优于纯Ti3SiC2试样,这是因为在1 300℃之前,形成α-Al2O3、TiO2和SiO2的混合层,且α-Al2O3集中到氧化层表面呈连续分布,形成致密氧化层。而在1 300℃之后试样表面则生成Al2TiO5抗氧化层。     

熔渗烧结制备Ti_3SiC_2反应机理的研究

以Ti/Si/C粉末和Ti/Si/TiC粉末为原料,采用液态熔渗硅方法制备出纯度较高的Ti3SiC2材料,Ti3SiC2的相对质量分数分别达到91.2%和92.3%。研究表明,熔渗烧结制备Ti3SiC2的反应过程为:温度在1 300℃以上,且未发生熔渗时,试样中单质Ti的含量高于Si的含量,在Ti的富集区优先生成Ti5Si3,随着温度的升高,少部分Ti5Si3和β-Ti先熔合形成Ti-Si液相;在1 500℃时,随着液态Si的渗入及流动扩散,液态Si和剩余的Ti5Si3形成大量Ti-Si液相,将试样中的TiC包覆,通过液相反应生成大量的Ti3SiC2。     

Mo(Si,Al)2高温抗氧化涂层的形貌与结构研究

采用料浆烧结法在铌合金C-103基体表面制备Mo(Si0.6,Al0.4)2高温抗氧化涂层,利用SEM、EDS、XRD等仪器分析研究涂层的结构、元素分布、相分布与抗氧化性能的关系。结果表明:涂层与基体之间达到冶金结合,通过扩散形成中间结合层;在高温氧化环境下,Mo(Si0.6,Al0.4)2涂层表面生成致密氧化膜。氧化膜分为两层:外层主要为Al2O3,内层为Al2O3、SiO2、3Al2O3·2SiO2和HfO2相的混合物。     

CVI法制备SiCp/SiC复合材料的氧化性能研究

对用CVI法制备的SiCp/SiC复合材料的氧化性能进行了研究。材料含有的气孔和破坏氧化膜连续性的杂质元素,为氧气扩散提供通道;氧化过程中形成的气孔,导致了新的自由表面的暴露和空气扩散通道,进而加剧氧化。在材料的高温氧化过程中,SiC的氧化生成SiO2膜导致试样质量增加,玻璃碳界面层的氧化生成CO的逸出导致试样质量损失。最后的质量变化是这两种综合作用的结果。在高温氧化过程中,材料的空隙增多,应力集中加强,界面层被破坏使SiCp/SiC复合材料的强度下降。     

ZrB2-YAG-Al2O3复相陶瓷高温氧化机理研究

研究ZrB2-YAG-Al2O3复相陶瓷的高温氧化机理,以改善超高温陶瓷抗氧化。结果表明,ZrB2-YAG-Al2O3复相陶瓷的氧化质量增加随YAG-Al2O3含量增加而减小,并随Al2O3摩尔比值增大而减小。在1 300℃以下,该复相陶瓷氧化质量增加随氧化时间延长而增加,但是随着氧化时间的延长,氧化质量增加率逐渐降低。在1 300℃以上,改变YAG-Al2O3含量对氧化质量增加趋势影响不大,但改变Al2O3的摩尔比值,氧化质量增加趋势变化较为明显。     

碳含量及类型对镁碳耐火材料弹性模量的影响

采用声频法测量经不同热处理温度后镁碳耐火材料的弹性模量,并测量了气孔率以及常温弯曲强度,同时进行了热震实验,用XRD和SEM并辅助EDX分析了试样的物相组成及显微结构的变化,评估碳含量及类型对镁碳耐火材料抗热震性的影响。结果表明：随着石墨含量的降低,材料的弹性模量不断升高;含炭黑试样的弹性模量低于含石墨试样,使其具有更好的热震稳定性。随着热处理温度的升高,气孔率不断升高并导致弹性模量的不断降低;抗氧化剂Al粉与电熔镁砂反应生成的MgAl2O4相使得弹性模量在1 000,1 400 ℃出现稍许增加。     

浸渗法制备SiCf/SiO2复合材料的力学性能研究

使用硅溶胶浸渍沉积和未沉积碳界面层的碳化硅纤维2.5D编织体,制备了SiCf/SiO2复合材料。抗弯测试结果显示,随着处理温度的升高,基体缓慢释放出的结合水对纤维造成氧化损伤,使试样的抗弯强度均下降,但始终表现出非脆性断裂行为,这主要是由于基体与纤维的热膨胀系数差别较大,使得基体与纤维之间未形成强结合。另外,由于碳界面层对纤维的保护使得纤维免遭氧化损伤,沉积过碳界面层的试样在各温度处理后的抗弯强度均高于未沉积过碳界面层的试样。     

Fe-Al金属间化合物的高温抗氧化性能

通过增重法获得Fe_3Al金属间化合物在800～900℃温度范围内的抗氧化性能指标优于镍基合金。应用俄歇谱仪、SEM及X射线衍射分析等微观分析方法可以发现氧化性能优良是由于Fe_3Al试样表面在高温氧化过程中形成了Al_2O_3保护膜,阻止了基体进一步氧化。在Fe_3Al中加入少量的稀土元素Ce没有显著改变材料的抗氧化性能,但是2at％左右的Cr加入后,会导致在氧化初期氧化速率的增高。     

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。     

钼合金表面MoSi_2-ZrB_2涂层的抗氧化性能

采用料浆烧结法在钼合金表面制备Mo Si2-Zr B2高温抗氧化涂层,并进行1 670℃静态氧化试验,利用电子探针显微分析仪(EPMA)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X线衍射仪(XRD)等对涂层氧化前后的形貌与组织结构进行观察和研究,同时分析了涂层高温防护机制及失效机制。结果表明:涂层为复合多相结构,在高温氧化环境下,涂层表面会形成熔融态的非晶玻璃膜,可有效阻碍氧气向试样内部的进一步扩散,从而提高材料的抗氧化性能;通过静态抗氧化实验证实涂层具有良好的抗氧化性能,在1 670℃下静态抗氧化寿命可达12 h;涂层失效主要包括纵向裂纹萌生贯通至基体和横向裂纹扩展与基体剥离两种失效方式。     

原料体系对Ti3SiC2合成过程中相组成和显微结构的影响

分别以粉末钛粉、硅粉、石墨和钛粉、碳化硅、石墨为原料,采用热压烧结法制备Ti3SiC2材料。借助XRD和SEM手段研究原料体系和烧结温度对试样相组成、致密化程度和显微结构的影响,并分析反应烧结机理。结果表明,随着温度的升高,钛粉-硅粉-石墨体系较钛粉-碳化硅-石墨体系合成出的块体材料纯度更高,且质量分数可以达到72.29%。     

二维C/SiC复合材料高温压缩力学行为研究

利用电子万能实验机和具有高温同步加载能力的分离式Hopkinson压杆装置,研究了二维碳纤维增韧的碳化硅复合材料在室温293 K~873 K时的准静态及动态压缩力学性能。实验结果表明:材料在高温下仍具有较高的承载能力,与室温时相比其动态抗压强度在873 K时仅下降了10%.分析认为,导致材料压缩强度随温度升高而下降的原因主要是由两个方面共同作用的结果:一是由于热膨胀系数不同引起的残余应力;二是氧化造成的承载能力下降,但氧化行为对该材料破坏强度的影响起到决定性作用。     

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。     

TiC/Ti3SiC2复合材料的制备及其性能研究

以粉末Ti,Si,TiC和炭黑为原料,采用反应热压烧结法制备TiC/Ti3SiC2复合材料。借助XRD和SEM研究TiC含量对TiC/Ti3SiC2复合材料相组成、显微结构及力学特性的影响。结果表明:通过热压烧结可以得到致密度较高的TiC/Ti3SiC2复合材料;引入TiC可以促进Ti3SiC2的生成,当引入TiC的质量分数达30%,TiC/Ti3SiC2复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别为406.9 MPa,3.7 MPa.m1/2;复合材料中Ti3SiC2相以穿晶断裂为主,TiC晶粒易产生拔出。     

β-Si_3N_4 晶粒生长对热压自韧 Si_3N_4 力学性能的影响

研究了１５ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３－Ｌａ２Ｏ３热压自韧Ｓｉ３Ｎ４的β－Ｓｉ３Ｎ４晶粒生长对强度、韦伯模量和断裂韧性的影响。在最佳的工艺条件下，其强度、断裂韧性和韦伯模量分别为９６０ＭＰａ、１１．７２ＭＰａ·ｍ１／２和２４．５。实验结果表明，烧结温度和时间对β－Ｓｉ３Ｎ４晶粒生长及力学性能有重要影响。随烧结温度升高，其强度、断裂韧性和韦伯模量值上升；超过１８００℃，其力学性能有一定下降。过长的烧结时间，将使β－Ｓｉ３Ｎ４晶粒粗大，因而其性能降低。韦伯模量取决于β－Ｓｉ３Ｎ４晶粒尺寸分布和显微结构均匀性。ＳＥＭ观察表明，裂纹偏转是该材料的主要增韧机制。另外，较大β－Ｓｉ３Ｎ４晶粒的拔出和裂纹分支也对增韧有所贡献。     

烧结温度对合成Ti3SiC2材料的影响及反应机理的研究

以Ti/Si/C为原料,采用反应烧结方法制备Ti3SiC2材料,并分析反应烧结机理。结果表明,以3Ti/1.2Si/2C为起始原料,烧结温度在1250~1300℃之间,可以得到Ti3SiC2含量90%以上的Ti3SiC2材料。Ti3SiC2的反应合成机理是固-液反应,即:Ti5Si3和β-Ti形成液相,液相再与TiC反应,进而合成Ti3SiC2。     

SiC_p/ZL109铝基复合材料微弧氧化层的微观组织特征

对ZL10 9合金和SiCp/ZL10 9复合材料表面进行微弧氧化 ,利用扫描电镜对微弧氧化层微观组织特征进行了研究 ,比较测试两种材料微弧氧化层的硬度。发现ZL10 9合金和SiCp/ZL10 9复合材料都可以进行表面微弧氧化 ,其微弧氧化层由两层结构组成 ,分别为疏松层和致密层。ZL10 9合金微弧氧化层主要由不同结构的Al2 O3 相组成 ,SiCp/ZL10 9复合材料微弧氧化层由Al2 O3 和MgAl13 O40 组成。对微弧氧化层形成进行了分析。     

提高蓝宝石高温强度和红外透过率的镀膜法研究

采用射频磁控反应溅射法,以高纯Si为靶材,高纯O2和N2气为反应气体,在蓝宝石衬底上制备了氧化硅和氮化硅薄膜。讨论了N2气流量、射频功率、溅射气压和靶基距等工艺参数对Si3N4薄膜沉积速率的影响规律。结果表明:随N2气流量的增加,沉积速率先降低,最后趋于稳定;随射频功率增加,沉积速率增加;随溅射气压和靶基距增加,沉积速率先增后减。同时,高温强度试验和FTIR测试结果表明:在800℃时,镀膜后蓝宝石的弯曲强度比镀膜前提高了50.2%;平均透过率净增加8%以上,达到了很好的增透保护效果。