熔渗法制备SiC/ FexSiy 复合材料显微结构和性能

用Fe_xSi_y (Fe₃Si, Fe₅Si₃, FeSi ) 熔体自发浸渗SiC 粉体预制件制备出致密度高达9615 %的SiC/ Fe_xSi_y复合材料。利用XRD、OM 和SEM 等对复合材料的相组成、显微结构和力学性能进行了分析和表征。研究发现, 自发浸渗过程中SiC 在Fe_xSi_y 熔体中有溶解和析出, 导致复合材料的相组成和显微结构发生变化。Fe₃Si 渗入后, 复合材料中有碳析出, 并生成Fe₅Si₃ 和FeSi 两种新相;Fe₅Si₃ 和FeSi 的渗入无碳析出, 而是发生碳化硅烧结、粒子合并和晶粒长大;Fe₅Si₃ 熔体渗入超细碳化硅(0.5μm ) 粉体预制件后, 生成大的碳化硅晶粒和碳化硅单晶。借助CHEMSAGE 热力学数据库对1873 K 时Fe-Si-C 体系的平衡相图进行了定量分析, 研究了SiC 在Fe_xSi_y 熔体中的稳定性;解释了铁的三种硅化物浸渗后, SiC 颗粒形态的变化。通过对复合材料显微硬度、弯曲强度和可靠性(威布尔系数) 的测试, 分析了熔渗法SiC/ Fe_xSi_y 复合材料结构和性能的关系。     

ICVI法制备Si3N4P/ Si3N4 复合材料致密化行为数值模拟

根据Si₃N₄ 颗粒增强体的结构特点及等温化学气相法( ICVI) 的工艺特点, 对Si₃N₄ 颗粒增强Si₃N₄ 复合材料的致密化过程进行了数值模拟。用球形孔隙模型表征Si₃N₄ 颗粒增强体的结构特征, 用传质连续方程表征先驱体在预制体中的浓度分布。为了检验模型的准确性和适用性, 进行了相应的实验验证。模拟结果与实验结果具有相似的致密化规律, 预测的渗透时间和孔隙率与实验结果均十分接近, 表明本文中建立的数学模型可以较好地表征Si₃N₄P / Si₃N₄ 复合材料的ICVI 过程。     

Cr13 Ni5Si2 /γ-Ni 三元金属硅化物高温耐磨复合材料

采用激光熔化/ 连续沉积工艺制备出以Cr₁₃Ni₅Si₂ 三元金属硅化物为初生相、以γ2Ni 基固溶体为连续增韧相(基体) 的三元金属硅化物耐磨复合材料(Cr₁₃Ni₅Si₂ /γ) 。在高温滑动磨损条件下测试了Cr₁₃Ni₅Si₂ /γ复合材料的耐磨性能随温度的变化规律, 并讨论了其磨损机理。结果表明, 由于Cr₁₃Ni₅Si₂ 三元金属硅化物具有原子结合力强和硬度2温度关系反常等特点, 且Cr₁₃Ni₅Si₂ /γ复合材料具有优良的强韧性配合, 以及Cr₁₃Ni₅Si₂ /γ复合材料在高温磨损过程中磨损表面能够形成转移覆盖层, Cr₁₃Ni₅Si₂ /γ材料在高温滑动磨损条件下具有非常优异的耐磨性能, 较低的磨损温度敏感性和反常的磨损2温度关系。韧性基体γ-Ni 的加入使Cr₁₃Ni₅Si₂ 三元金属硅化物在600 ℃高温下滑动耐磨性能提高了3 倍。     

热模压辅助先驱体浸渍裂解制备Cf/SiC复合材料研究

以聚碳硅烷为先驱体,采用热模压辅助先驱体浸渍裂解工艺制备3D-B C_f/SiC复合材料,研究了热模压辅助对3D-B C_f/SiC复合材料致密度和力学性能的影响。结果表明:先驱体浸渍裂解制备陶瓷基复合材料第一次浸渍后引入高温热模压工艺可以改善材料微观结构,显著提高材料的致密度和力学性能。其中1600℃,10MPa,1h下热模压辅助先驱体浸渍裂解6次制备的3D-B C_f/SiC复合材料的密度为1.79g/cm3,弯曲强度高达672MPa,断裂韧性达18.9MPa·m1/2,剪切强度接近50MPa,且具有较好的抗热震性和高温抗氧化性。     

B4C包覆ZTA颗粒增强铁基复合材料制备与性能

ZTA (ZrO₂增韧Al₂O₃)陶瓷颗粒表面包覆B₄C微粉,将其制备成蜂窝状结构陶瓷预制体。采用传统重力浇注工艺将陶瓷预制体与熔融的高铬铸铁(HCCI)金属溶液进行复合,获得ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料。对复合材料中ZTA陶瓷颗粒增强相与高铬铸铁基体之间的界面及复合材料的耐磨料磨损性能进行了研究。结果表明,ZTA陶瓷颗粒与高铬铸铁界面结合处形成了明显的过渡区域,界面过渡区域的存在提高了陶瓷颗粒与金属基体的结合,从而提升了复合材料的整体稳定性能。同时,三体磨料磨损试验表明该复合材料的耐磨料磨损性能是高铬铸铁的3.5倍左右。     

SiC颗粒强韧化MoSi2复合材料

通过湿法混料和热压烧结工艺成功地制备了20vo1%SiC_P/MoSi₂复合材料,并测定了其显微组织和力学性能。结果表明:SiC_P/MoSi₂复合材料主要由MoSi₂和SiC颗粒组成,还有少量的Mo₅Si₃,致密度为92.3% 。与MoSi₂相比,其室温抗弯强度提高了30.6%,断裂韧性提高了53%,1200℃的抗压强度提高了44%,1400℃的抗压强度提高了53%;其硬度、弹性模量等性能有较大提高。在Al₂O₃和SiC对磨盘上表现出极其优异的耐磨性能。SiC颗粒对MoSi₂的室温增韧、高温增强效果显著。     

烧结温度对(Ti5Si3+TiC+TiB)/Ti复合材料组织和力学性能的影响

为了获得性能优异的钛基复合材料和解决单一增强相对性能提升有限等问题,以Ti粉、SiC粉、TiB₂粉、C粉为原料,采用粉末冶金法,在不同烧结温度下原位自生制备了(Ti₅Si₃+TiC+TiB)/Ti复合材料。通过XRD、SEM、万能试验机等设备表征了复合材料的微观组织和力学性能。结果表明:随烧结温度的升高,复合材料的致密度提高,平均晶粒尺寸逐渐增大;烧结温度的升高使增强相数量增加的同时减少了较低烧结温度下的团聚现象。复合材料的洛氏硬度、屈服强度、抗拉强度随烧结温度的升高先增大后减小,断裂应变下降不显著。在1 300 ℃下,(Ti₅Si₃+TiC+TiB)/Ti具有最佳的综合力学性能,烧结态试样的抗压强度达到最高2 435 MPa,屈服强度1 649 MPa,洛氏硬度49.1HRC,断裂应变28.7%。分析可知,微米尺寸的TiC、TiB和亚微米尺寸的Ti₅Si₃增强相的协同作用在显著提高复合材料强度的同时也保持了一定的塑性。(Ti₅Si₃+TiC+TiB)/Ti复合材料的增强方式以细晶强化、弥散强化和载荷传递强化为主。     

C/C复合材料ZrB2基超高温陶瓷涂层的研究进展

ZrB₂基超高温陶瓷因其优异的高温抗氧化和烧蚀等性能,成为C/C复合材料理想的热防护涂层材料。本文从以下几个方面对C/C复合材料表面用ZrB₂基超高温陶瓷涂层的研究现状进行了综述:介绍了ZrB₂基超高温陶瓷涂层体系的主要制备技术,并对比了其制备的涂层抗氧化性和抗烧蚀性,总结了各制备方法的优点与不足;从单元、双元、三元材料掺杂改性的角度,详述了ZrB₂基复合涂层常见的材料体系,总结了其改性思路;介绍了ZrB₂基涂层在多层结构设计与开发方面的研究现状。最后简要展望了ZrB₂基超高温陶瓷涂层未来的研究方向。     

纳米SiC晶须和SiC颗粒混合增韧ZrB2陶瓷性能

分别采用纳米SiC晶须(SiC_W)、SiC颗粒(SiC_P)及SiC_W与SiC_P共同增韧ZrB₂陶瓷,在1950℃、20 MPa压力、氩气气氛下热压烧结制备了致密的SiC/ZrB₂陶瓷材料。研究了SiC_W和SiC_P的添加量对于SiC/ZrB₂陶瓷材料的显微结构、力学性能的影响,并分析了SiC_W和SiC_P对ZrB₂陶瓷力学性能影响的协同作用和增韧机制。结果表明：含15 vol% SiC_W 的复合材料的韧性达到8.08 MPa·m1/2,含15 vol% SiC_P的复合材料的韧性达到8.515MPa·m1/2,共同添加15 vol% SiC_W和15 vol%SiC_P的复合材料的韧性最高达到9.03 MPa·m1/2。SiC/ZrB₂复合材料强度和韧性提高的原因在于SiC_W和SiC_P抑制ZrB₂晶粒长大,促进ZrB₂的致密化,此外,SiC_W和SiC_P的协同作用也有助于材料韧性的提高。     

碳/碳化硅陶瓷基复合材料的研究及应用进展

碳/碳化硅(C/SiC)陶瓷基复合材料是重要的热结构材料体系之一.综述了近年来发展的有关制备C/SiC陶瓷基复合材料的各种技术及其在航空航天、光学系统、空间技术、交通工具(刹车片、阀)、能源技术等领域的应用,展望了可应用于玻璃工业中的纳米碳颗粒与亚微米碳化硅复合的陶瓷基复合材料制备工艺,可拓宽该陶瓷基复合材料的应用领域.     

新型复式连通SiC/390Al复合材料的制备和性能

以空心多孔SiC泡沫陶瓷为增强体,用挤压铸造法制备了新型复式连通双连续相SiC/390Al复合材料,研究了泡沫陶瓷骨架筋的结构对复合材料的影响,以及复合材料中的界面对力学性能的影响.结果表明,SiC空心多孔泡沫陶瓷与390Al复合后形成了复式连通双连续相复合材料,具有独特的互穿式界面结构,材料界面的结合优异.随着复合材料界面结合的加强和泡沫增强体的复合韧化,复合材料的屈服强度、压缩强度和弯曲强度明显提高,韧性显著增强.     

Crack-healing behaviour and resultant high-temperature fatigue strength of machined Si3N4/SiC composite ceramic

The crack‐healing behaviour of machining cracks in Si₃N₄/20 wt% SiC composite was investigated. The machining cracks were introduced by a heavy machining process, during the creation of a semicircular groove. The machined specimens were healed at various temperatures and times in air. The optimized crack‐healing condition of the machined specimens was found to be a temperature of 1673 K and a time of 10 h. The specimens healed by this condition exhibited almost the same strength as the smooth specimens healed. Moreover, the bending strengths and the fatigue limits of the machined specimens healed were systematically investigated at temperatures from room temperature to 1673 K. The machined specimens healed at the optimized condition exhibited an almost constant bending strength (～700 MPa) up to 1673 K. Also, the specimens exhibited considerably high cyclic and static fatigue limits at temperatures from 1073 to 1573 K. These results demonstrated that the crack‐healing could be an effective method for improving the structural integrity and reducing machining costs of the Si₃N₄/SiC composite ceramic.     

WC、ZrO2 、Cr2O3 和Al2O3 陶瓷颗粒/ 镍合金复合涂层微观组织结构的分形

采用等离子喷涂工艺, 制备了WC、ZrO₂ 、Cr₂O₃ 和Al₂O₃ 陶瓷颗粒/ 镍合金复合涂层。用X 射线衍射研究了陶瓷颗粒复合涂层相的分布; 用里氏硬度计测量陶瓷颗粒/ 镍合金复合涂层的硬度; 用CSS-1110 电子万能试验机研究陶瓷颗粒复合涂层的弯曲断裂性能。对涂层金相组织结构进行二值化处理, 利用Sandbox 法对陶瓷颗粒在金属基体中的分布进行研究, 得到了不同体积分数下陶瓷颗粒复合材料涂层的分维数。结果表明,陶瓷颗粒/ 镍合金复合涂层分维数随陶瓷颗粒含量的增加而增加, 与陶瓷颗粒种类无关; 陶瓷颗粒/ 镍合金复合涂层硬度和分维数随陶瓷颗粒直径减小而增加。随着分维数的增加, 复合涂层弯曲断裂角下降。      

C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件的振动响应特性及防松性能

通过对C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件的模态进行计算和试验分析,确定了其模态参数和振动响应特性;然后通过对C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件进行正弦扫频振动试验,研究了拧紧力矩对螺栓连接件振动性能的影响规律;最后研究了液态聚硼硅氮烷（L-PBSZ）对C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件防松性能的影响。研究结果表明：一阶和三阶固有计算模态频率与试验模态频率一致,因此可以采用有限元分析方法对C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件进行振动响应特性分析;采用正弦扫频振动频谱信号差值曲线分析方法可以检测螺栓连接件是否松动;SEM观察表明,L-PBSZ改性的C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件的螺纹副间形成陶瓷填充体,使得螺纹与螺母间有效摩擦系数和有效摩擦面积增加,因此螺母松脱退出的力矩增大,提高了C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件的防松可靠性能。     

SiCP/AZ31镁基复合材料微弧氧化膜结构与性能分析

采用微弧氧化表面处理技术在SiC颗粒增强AZ31镁基复合材料表面制备保护性陶瓷膜.分析了陶瓷膜的表面形貌、截面组织和相组成,并测量了膜层的硬度、热震和电化学腐蚀特性.结果表明,陶瓷膜由MgO、Mg₂SiO₄和少量同电解液组成元素相关的相所组成,膜内还残留少量SiC_P增强体.膜层的最高硬度可达到HV800,比复合材料基体提高五倍以上.经过100次热循环(500℃→水淬)后膜层与复合材料结合良好,显示该膜层有较好的抗热震性能.微弧氧化处理后,SiC_P/AZ31镁基复合材料的抗腐蚀能力得到较大提高.     

Thermal properties of diamond/SiC/Al composites with high volume fractions

The diamond/SiC/Al composites with high volume fractions and a large ratio of diamond to SiC particle size (7.8:1) were fabricated by gas pressure infiltration. The results show that the fine SiC particles occupy efficiently the interstitial positions around coarse diamond particles; the main fracture mechanism of the composite is matrix ductile fracture, and diamond brittle fracture was observed which confirms a high interfacial bonding strength; the diamond/SiC/Al composites with 80% and 66.7% volume fraction of diamond in the reinforcement have the higher volume fraction in the reinforcement and lower coefficient of thermal expansion compared to the diamond/Al composite. Turner and Kerner models are not in good agreement with the experimental data for the composites based on reinforcement with two phases different in shape and component. When the effect of the coating layer considered, differential effective medium (DEM) model is confirmed a reliable model in designing a composite with a given thermal conductivity based on reinforcement with two phases different in size.     

Si-B-C陶瓷涂敷2D C/SiC复合材料的抗氧化性能

利用化学气相沉积(CVD)法制备了Si-B-C陶瓷涂敷改性的2D C/SiC复合材料, 研究了其在700～1200 ℃氧化10 h性能和结构的演变规律以及自愈合机制, 同时获得了Si-B-C涂层在不同温度氧化后的形貌、 组分和物相转变规律。结果表明: 涂敷在复合材料表面的Si-B-C陶瓷随温度的升高氧化加快, 但氧化程度较低, 不深于7 μm; 随温度的升高, 氧化形成的硅硼玻璃黏度降低, 挥发增强; 当温度达到1200 ℃时, 硅硼玻璃析出SiO₂晶体; Si-B-C陶瓷涂敷改性的C/SiC具有优良的抗氧化性能, 随氧化温度的升高, 复合材料失重率增加, 但在1200 ℃氧化10 h后失重率仅为0.47%; 此外材料在1000 ℃氧化后的强度保持率最高, 达到91.6%, Si-B-C陶瓷氧化形成的硅硼玻璃可以有效封填裂纹, 这是材料具有优良抗氧化性能的主要机制。     

连续纤维增强SiCf/SiC陶瓷复合材料的发展

连续纤维增强SiCf／SiC陶瓷基复合材料具有良好的高温力学性能、抗氧化性和化学稳定性，是航空航天和核能等领域新的高温结构材料研究的热点之一。回顾了增强体连续SiC纤维的发展，综述了SiCf／SiC材料的成型制备工艺、界面相对力学性能的影响和目前的应用研究，展望了连续纤维增强SiCf／SiC陶瓷基复合材料以后的研究重点及发展前景。     

Morphology and microstructure of Alp/SiCp composite powder prepared using a stone mill

Abstract

Aluminium based metal matrix composite powder was prepared using a stone mill. Elemental powders of pure aluminium and SiC particle reinforcement were milled in a horizontal stone mill at a constant rotation. Two different mill gaps were employed to investigate the distribution of SiC particles embedded in the aluminium matrix. In each case, 1 ton h^-1 of Al_p/SiC_p composite powder was produced. The shape of the aluminium particles changed from ligamental to spherical and the angular faceted SiC particles became more spherical in form. Morphological and microstructural observations revealed that the advantages of using a stone mill to produce composite powder were that it provided well distributed SiC particles and good bonding between matrix and reinforcement. The mixing mechanism of the stone mill can be described as follows: shear deformation of aluminium particles and embedding of the SiC into the aluminium flakes, rolling and cold welding of the Al/SiC composite flakes to form rolls, and fracture of the composite rolls into spherical particles. Hot extrusion improved the distribution of the SiC particles in the matrix.