SiC晶须制备工艺的研究

实验以高含氢硅油(H-PSO)为原料, 在石墨材料表面制备SiC晶须, 利用“正交试验法”以结晶率为指标, 研究热处理温度(T)、保温时间(t)、保护性气氛流量(f)和基体孔隙率(P)这四个因素对SiC晶须生成的影响。通过扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱及X射线衍射等测试手段, 分析了SiC晶须形貌及结构特点。实验结果表明, 热处理温度是影响SiC晶须生成最重要的因素, 其影响程度远远大于其他参数, 其次是气流量、孔隙率和保温时间。安全流量范围内, 较高的气流量使SiC晶须生成反应充分进行; 较小的孔隙率有利于SiC晶核的长大; 高的热处理温度及长的保温时间能促进SiC晶须的继续生长。SiC晶须是以SiC晶相为核, 以硅的氧化物为壳的核壳结构。     

活性炭块诱发SiC晶须生长的研究

以含氢硅油为前驱体,选用3种不同的活性炭块(1cm×1cm×1cm)为基体,经交联、制粉、包埋,氩气保护下烧结制备SiC晶须(SiCw)。对含氢硅油的交联工艺进行了研究,以正交试验法研究交联温度、保温时间、催化剂含量、交联剂含量对含氢硅油交联程度的影响。结果表明,交联温度是影响含氢硅油交联度的主要因素;其次依次是保温时间、催化剂含量、交联剂含量。在不同基体的诱导研究中,石墨基体表面生成的晶须较平直,另外两种基体未见均匀分布且长直的SiC晶须生成。SiC晶须的产生是由基体的表面缺陷引发,较低温度下晶须头部液滴的存在说明其生长机制符合VLS机制。     

滑板中原位生成SiC晶须的制备机理

本文以滑板为研究对象，采用硅微粉和碳黑为原料，其混合物在氩气气氛下，于1400-1650℃范围内进行热处理。结果表明：这个系统生成的SiC晶须在低温阶段是为气-固反应为模型，生长的SiC晶须呈直杆状和哑铃状。随着热处理温度升高，SiC晶须生长机理由气-固模型转变为气-液-固模型。     

哑铃形碳化硅晶须增强聚氯乙烯(PVC)复合材料的制备和性能

研究了平直晶须和哑铃形仿生SiC晶须增强聚氯乙烯（PVC）复合材料的微观结构和力学性能，结果表明，与平直SiC晶须相比，哑铃形仿生SiC晶须在提高复合材料的同时还成倍地提高其延伸率，由于仿生晶须上小球的存在使复合材料中各部位处于均匀受力状态，裂纹不易在局部过早形成，同时，由于仿生晶须在拔出过程中起桥连的作用，所以复合材料的强度降低很小而延伸率得以增加，在加载过程中仿生晶须逐渐从PVC基体中拔出，在达到晶须断裂强度时在球颈颈处发生断裂，由于仿生晶须的增强和增韧机理是通过晶须上的小球在基体和晶须之间传递应力，因此其增强，增韧效果对于复合材料中的界面结合情况是不敏感的。     

FeSi熔体中SiC晶须的VLS生长

在1500℃、 1600℃、 1650℃和1750℃氩气中保温3h, 使Fe-Si在石墨基板上熔化并敷展, 分别在熔层表面获得SiC颗粒层、 SiC颗粒与晶须混合层、 SiC晶须层和SiC腾空薄膜。XRD分析确定所有产物均为3C-SiC; TEM和SAED分析表明, SiC晶须为3C-SiC单晶, 生长方向为[111]。基于上述结果, 提出不同温度下C与熔体中的Si经不同反应路径, 生成不同形貌SiC的反应机理: 低温时(≤1500℃), Fe提高了熔体中C的饱和溶解度, 以液-固(LS)反应生成SiC颗粒; 较高温度时(1500~1750℃), 借助Fe的催化作用, 以气-液-固(VLS)机理生成SiC晶须; 更高温度时(≥1750℃), 气-液-固(VLS)变得无序, 生成SiC腾空连续膜。      

硅蒸镀法制备硬质碳毡表面SiC涂层组成及微观结构分析

采用浆料法在硬质碳纤维毡表面制备石墨涂层,利用硅蒸镀使硅蒸汽在石墨涂层、碳纤维、基体碳表面反应生成SiC涂层。利用XRD、SEM及显微硬度计等研究了蒸镀时间对涂层微观结构、晶粒尺寸及显微硬度的影响,并分析了涂层形成过程。研究结果表明,蒸镀时间增加,表面涂层的微裂纹及孔洞减少,逐渐形成连续、致密的SiC涂层;蒸镀时间为3 h,涂层表面仅存在β-SiC;表面粗糙度低的石墨涂层作为硅蒸镀反应基体,生成的SiC晶粒较小;而表面粗糙度高的石墨涂层作为反应基体,表面涂层的显微硬度较大。     

SiC2(W)增强 Al 合金疲劳失效的特征

用扫描电镜观察了 SiC 晶须增强 Al 基复合材料疲劳裂纹的形成扩展特征,研究了 SiC 晶须分布、晶须与基体界面及基体中的缺陷对疲劳裂纹形成的影响。     

化学气相沉积SiC涂层生长过程分析

以高纯石墨为沉积基体,MTS为先驱体原料,在负压条件下沉积了CVD SiC涂 层.利用SEM和XRD分别对涂层的形貌及晶体结构进行了表征,SiC涂层表面呈菱柱状, (111)面为择优取向面.利用高分辨透射电镜对涂层与基体的界面结构、涂层的显微结构进行 了研究,得出CVD SiC涂层生长过程如下:SiC最初是沿着石墨基体的晶面取向开始生长 的}随后经历一段取向淘汰及调整的过程后,开始(111)晶面的生长.     

SiCw/Al复合材料的大应变变形和再结晶

研究了对压铸SiCw/Al复合材料进行大应变变形及回复和再结晶的行为。对复合材料的塑性变形研究表明,挤压温度过高导致复合材料表面产生宏观裂纹;包覆挤压可有效地消除表面宏观裂纹;挤压比越大,晶须的定向排列和折断程度越大;提高挤压温度及采用流线型模具可减小晶须折断程度,并可提高复合材料的纵向抗拉强度;提高挤压比不能单调地增大纵向抗拉强度。挤压后T6处理可大幅度提高复合材料的强度。 对复合材料压缩变形时晶须行为研究表明,基体金属不均匀流动导致晶须的转动,晶须转动受晶须排列和晶须与基体的约束影响;晶须的折断是由于晶须与基体变形不协调的结果。 对复合材料的再结晶研究表明,冷变形复合材料基体为形变亚晶,晶内位错呈胞状结构。冷轧15％SiCw/L3复合材料的再结晶起始温度为200℃。高体积分数晶须的存在促进了回复,导致连续再结晶和不连续再结晶同时发生。晶须端部和侧面是有利的非连续再结晶形核场所。与基体金属相比,复合材料的形变织构和再结晶织构被弱化,主要织构组分强度也与基体金属不同。溶质原子使冷变形复合材料的再结晶过程延迟。时效析出相与晶须促进复合材料退火时发生连续再结晶。     

SiC晶须增强SiCf/SiC复合材料的力学性能

以连续SiC纤维为增强体,采用前驱体浸渍裂解工艺,在复合材料基体中引入SiC晶须制备出多级增强的SiCf/SiC-SiCw复合材料,并采用化学气相渗透工艺在SiC晶须表面制备BN界面层,研究了SiC晶须及其表面BN界面层对复合材料的性能影响.结果表明:在复合材料中引入SiC晶须后,由于晶须的拔出、桥连及裂纹偏转等作用增加了裂纹在基体中传递时的能量消耗,使SiCf/SiC复合材料的压缩强度有明显提高,当引入体积分数为20％的SiC晶须时,复合材料压缩强度提高了22.6％,可达673.9 MPa.通过化学气相渗透工艺在SiC晶须表面制备BN界面层后,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和断裂韧度分别为414.0,800.3 MPa和22.2 MPa·m1/2,较SiC晶须表面无界面层时分别提高了13.9％,8.8％和19.0％.     

Restraint of nucleation of SiC polycrystals surrounding the seed during SiC single crystal growth

The nucleation and growth of SiC polycrystals around seed crystals restrain the growth of SiC single crystals in the radial direction fabricated by physical vapor transport method in which the ordinary graphite is used as the crucible lid. Therefore, it is necessary to reduce the nucleation and growth of SiC polycrystals around the seed crystals. In order to effectively enlarge SiC single crystals, the authors propose the use of a graphite paper instead of graphite as the lid to restrain the nucleation of SiC polycrystals on the lid. The micrographs of SiC polycrystals on the graphite paper and graphite at the different growth stages show that the nucleation of SiC polycrystals on the graphite paper is more difficult than that on graphite. X-ray diffraction and scanning electron microscope investigations show that the graphite paper possesses high-macroscopic anisotropy, which induced that polycrystals can only grow on the surface of graphite paper and be easily removed.     

Factors determining the diameter of silicon carbide whiskers prepared by chemical vapor deposition

Since the whisker diameter is one of the important parameters for determining the characteristics of whisker-related systems, an understanding of the factors that affect its size is of great value for whisker preparation. In this study, chemical vapor deposition (CVD) of silicon carbide (SiC) whiskers using a gas mixture of methyltrichlorosilane and hydrogen has been conducted in a hot-wall reactor on graphite plates coated with Ni as a liquid-forming agent. The deposited SiC whiskers are then characterized by scanning electron microscopy (SEM) to determine their nucleation and growth behavior. Experimental results show that the diameter of SiC whiskers is determined by both the vapor—liquid—solid (VLS) mechanism and vapor—solid (VS) radial deposition, where the former is affected by the area of the solid—liquid interface from which the crystal precipitates and the latter by the thickening kinetics of vapor-deposited SiC on the lateral face. However, a comparison of the two factors indicates that an appropriate choice of the diameter of liquid droplets for VLS whisker growth is more effective than radial VS deposition for obtaining whiskers of desired diameters.     

热蒸发法碳化硅纳米晶须阵列的合成与表征

在1600℃不同真空度下, 采用热蒸发硅的方法, 在石墨基板和聚丙烯腈(PAN)炭纤维两种碳源基体原位生长具有一定取向的碳化硅纳米晶须——垂直于石墨片表面森林状和试管刷状碳化硅纳米晶须阵列。通过X射线衍射及场发射扫描电镜, 发现晶须为3C-SiC, 直径约100nm, 长度约50μm。炭纤维表面的产物顶端多为针尖状, 而石墨片表面的产物多为六方棱柱状。因其纳米尺寸效应, 在380nm波长的光激发下, 所制晶须在波长为468nm 附近出现光致发光峰。透射电镜、 多点衍射电子衍射图表明, 所制得的3C-SiC晶须为单晶, 其生长方向为3C-SiC的[111]方向。基于反应过程中硅熔体与碳源分离的事实, 讨论了3C-SiC晶须阵列生长的气固反应机理。      

碳化硅晶须补强氧化铝复合材料的制备及其力学性能

本论文利用商用γ-Al₂O₃粉体和上海硅酸盐所制备的碳化硅晶须,通过热压工艺来制备碳化硅晶须补强氧化铝复合材料．当晶须含量为30vol％时,室温下复合材料的抗弯强度为812±38MPa,断裂韧性为8．8±0．1MPa·m^1／2;在1200℃、Ar气氛下,分别为560±61MPa和6．1±0．4MPam^1／2．在氮气氛下,由于晶须的损伤易导致材料的力学性能下降．添加剂可降低复合材料的烧结温度,但不利于其力学性能．显微结构观察发现,不同温度下,AS复合材料的增韧机理有变化．     

SiCw/Al复合材料的界面

本文研究了SiCw/Al金属基复合材料的界面问题。用俄歇电子谱仪(AES)对断口表面和对它进行溅射剥层后分析的结果表明SiC晶须与基体Al结合良好。通过透射电镜和X射线能谱观测,没有发现界面反应层存在的迹象。分析表明既没有C、Si元素通过界面向基体中的扩散,也没有Al通过界面向晶须中的扩散。X射线衍射试验结果进一步证实了这一点。研究还表明SiC晶须与其周围的Al基体可能存在某种位向关系。      

微波等离子体化学气相沉积法在硅片上同时生长碳化硅和金刚石

研究了衬底温度、核化密度、衬底表而预处理等工艺参数对微波等离子体化学气相沉积法在硅片上同时生长碳化硅和金刚石的影响.采用扫描电镜、X-射线衍射、喇曼光谱和红外光谱对样品进行了表征.结果表明:从高核化密度生长的金刚石膜中探测不到碳化硅;不论对硅衬底进行抛光预处理还是未抛光预处理,从低核化密度牛长的金刚石厚膜中总能探测到碳化硅.碳化硅生长在硅衬底上未被金刚石覆盖的地方,或者是在金刚石晶核之间的空洞处.碳化硅形成和金刚石生长是同时发生的两个竞争过程.此研究结果为制备金刚石和碳化砟复合材料提供了一种新的方法.     

碳多孔体中碳化硅晶须的原位生长

根据碳化硅晶须生长的特定驱动力要求，通过实验和建立气相传输模型研究了碳多孔体中碳化硅晶须原位生长的条件。模型和实验研究均表明，温度和多孔体表面气相组成对多孔体内的晶须原位生长起决定作用；体内附加反应的设置可以改变晶须生长所要求的温度和表面气相条件。     

Fracture and flexural characterization of SiCw/SiC composites at room and elevated temperatures

The fracture and flexural behaviour of monolithic SiC and SiC-whisker reinforced SiC composites (SiC_w/SiC) has been investigated at room and elevated temperatures. Flexure and fracture tests were conducted in a four-point beam configuration at 23 °C, 800 °C and 1200 °C to study the effects of whisker reinforcements especially in respect of mechanical and thermal stability at high energy environments. Flexural strengths and fracture toughness data within the test temperature range are presented in graphical as well as in Weibull form, and experimental observations are analysed and discussed. Increase in flexural strength as well as in fracture toughness has been observed with the whisker reinforcement. However, it was found that the trend discontinues after a certain range of temperature. Post-failure analyses have been performed with the scanning electron microscope (SEM). Formation of glass phase has been observed at the whisker/matrix interface and the crack growth was found to be shifting from intergranular to transgranular with the rise in temperature. Effects of whisker reinforcement and the degradation of flexural and fracture properties at elevated temperature are investigated. Ultrasonic velocity measurements have been performed through the thickness of the untested as well as fractured specimen, and the variation in the sonic wave velocity is discussed in this paper.