热压烧结制备SiC增强石墨复合材料及其性能

以天然鳞片石墨为起始原料,SiC颗粒为增强相,采用热压烧结工艺制备了SiC增强石墨复合材料。研究了SiC含量对SiC增强石墨复合材料微观结构、力学性能和摩擦性能的影响。结果表明:SiC颗粒均匀分布在石墨基体中,降低了基体中的孔隙率;随着SiC含量增加,SiC增强石墨复合材料的相对密度和弯曲强度相应增加,开孔率显著降低,当SiC含量达到40vol%时,SiC增强石墨复合材料中形成了SiC网络骨架结构,相对密度达到了94.2%,比商品高强纯石墨材料提高了11.8%,弯曲强度达到了146 MPa,比商品高强纯石墨材料提高了147%;基体石墨保持了层状结构;SiC含量低于40vol%时,SiC增强石墨复合材料的摩擦系数随SiC含量的增加轻微增加,与纯石墨材料的摩擦系数相当,具有良好的摩擦性能。     

硅粉含量对石墨层状复合材料结构与性能的影响

以石墨纸、酚醛树脂、硅粉为原料,采用热压烧结法制备了以石墨纸为主相的石墨层状复合材料。利用电子万能试验机测试材料的抗弯强度,借助光学显微镜进行形貌分析,研究了不同硅粉含量对石墨层状复合材料结构和性能的影响。结果表明:随着硅粉含量的增加,材料的密度和垂直于叠层方向的抗弯强度呈上升趋势,而材料断裂功则先增加后下降。石墨层状材料断口形貌呈锯齿状,主裂纹沿穿厚方向扩展的过程中频繁发生偏折,使材料得到韧化。添加适量的硅粉可以获得综合性能优良的石墨层状复合材料。     

硅含量对C/C-SiC复合材料性能的影响

以炭布、环氧树脂和硅粉为原料,采用温压-原位反应法制备了炭纤维增强的碳化硅复合材料(2D C/C-SiC),考察了硅粉含量对材料结构和性能的影响.实验结果表明:随着硅粉含量的增加, 材料的密度和石墨化度呈明显增加的趋势,材料的相对密度却逐渐减小,材料的弯曲强度呈现下降的趋势,但对剪切强度影响不大.在2100℃硅化处理后,材料的石墨化度由未添加硅时的21.7%增大为添加35%(质量分数,下同)时的45.2%,添加的硅与炭纤维和树脂炭反应后形成了SiC,沿炭纤维分布,材料中均不再含有自由的硅单质;当硅含量达到30%以上时,在纤维周围还有一些富碳的SiC颗粒存在.     

镀铜石墨/铜复合材料的组织和摩擦磨损性能

本实验以电解铜粉为基体,镀铜石墨为润滑相,采用放电等离子烧结技术(SPS)制备镀铜石墨/铜复合材料,研究了镀铜石墨含量对复合材料微观组织、硬度、孔隙率和摩擦磨损性能的影响。结果表明:镀铜石墨均匀分散在Cu基体中能细化晶粒、均匀组织,石墨表面镀铜层能够增强石墨与Cu基体的界面结合。当镀铜石墨含量超过4wt%,复合材料的硬度和孔隙率变化幅度明显增大。镀铜石墨具有细晶强化作用,能提升复合材料的硬度,其含量为4wt%时,复合材料的硬度达到最大值57.8HV,但镀铜石墨含量和孔隙率的共同作用使得复合材料的硬度呈先增大后减小的趋势。随着镀铜石墨含量增加,复合材料孔隙率逐渐增大,摩擦系数、磨损量逐渐减少,镀铜石墨含量为8wt%时,复合材料的摩擦系数、磨损量相比纯铜分别降低63.9%、96.3%。镀铜石墨作为润滑相紧密镶嵌在铜基体中,显著提高了复合材料的摩擦磨损性能。复合材料摩擦磨损机理主要为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。     

无压烧结Ti3SiC2/铝基复合材料组织与性能

MAX相具有独特的层状晶体结构,不但具备常用铝基复合材料外加陶瓷颗粒的性能特征,同时具有可与石墨媲美的摩擦性能.本文以Al粉、Si粉和典型MAX相Ti_3SiC_2为原料,采用冷压成型-无压烧结方法制备了Ti_3SiC_2/Al-Si复合材料,并通过金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等分析手段,研究了烧结温度、Si元素含量对复合材料组织与性能的影响.研究表明:随着烧结温度从500℃提高到700℃,复合材料致密度先上升后下降,摩擦系数先降低后上升,硬度逐渐增大至最大值并基本保持稳定;随着Si质量分数从0增加到20.7%,复合材料的致密度逐渐降低,硬度逐渐增大,摩擦系数先降低后增大,晶粒尺寸随之下降,12.5%Si晶粒最为细小;烧结温度为650℃,Si元素质量分数为12.5%的铝基复合材料具有最低的摩擦系数0.18,相应的硬度为62 HV,致密度为92.12%.XRD物相和扫描电镜组织分析表明,复合材料的主要相组成为Al、Ti_3SiC_2,及由界面反应产生的Al_4C_3和Al的氧化产物Al_2O_3.     

新型铜基受电弓滑板材料的制备与性能

以弥散强化铜为基体, 镀铜石墨为润滑组元, 采用真空加压烧结方法成功制备了新型石墨/铜受电弓滑板材料。研究了烧结温度对材料致密度的影响; 对比分析了不同类型铜基体对石墨/铜复合材料性能的影响; 考察了石墨质量分数为6%、8%、10%和12%时, 石墨/弥散强化铜复合材料(Graphite/ODS-Cu)的导电性、冲击韧性及摩擦系数。结果表明: 烧结温度对材料致密度影响较大, 石墨/弥散强化铜复合材料在加压烧结温度达到950 ℃后全致密; 采用弥散强化铜为基体, 提高了滑板的力学性能, 当石墨含量为10%时, 其导电性能下降不明显, 但是冲击韧性远远高于采用普通铜粉为基体的样品; 石墨含量对滑板的性能影响较大, 样品的导电性和冲击韧性随着石墨含量的增加而急剧下降, 在石墨含量增加到10%时, 其电阻率和冲击韧性分别为0.65 μΩ·m和6.8 J·cm^-2; 摩擦系数随着石墨含量的增加而降低, 在石墨含量为10%时, 其摩擦系数为0.231。     

添加石墨对热压法制备C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

以表面酚醛树脂包覆处理过的石墨颗粒,硝酸氧化处理的炭纤维和沥青为原料,经热压烧结制备短切炭纤维增强沥青基C/C复合材料,利用环一块磨损试验机对材料进行了摩擦磨损实验,借助SEM观察样品的磨痕和磨屑,研究了不同石墨含量对样品摩擦磨损性能的影响.结果表明,随着石墨含量的增多,样品的密度和弯曲强度逐渐提高,同时在摩擦磨损表面形成具有自润滑作用的摩擦膜,有利于降低磨损量,并保持摩擦系数的稳定.添加适量的石墨可获得摩擦磨损性能优良的C/C复合材料.     

CVI处理对浸渍裂解法制备C/C-SiC复合材料弯曲性能的影响（英文）

以2D叠层炭布为增强体，以掺加硅粉、炭粉和碳化硅粉3种无机粉体的糠酮树脂为前驱体，经浸渍、热压固化、炭化裂解和高温热处理过程制备出炭/炭-碳化硅（C/C-SiC）复合材料。采用多功能密度测试仪、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和力学万能试验机，研究了硅粉、炭粉和碳化硅粉的掺加量以及后续化学气相渗透（CVI）处理对C/C-SiC复合材料致密度、微观结构及抗弯强度的影响。结果表明：硅粉、炭粉和碳化硅粉掺加后所形成的碳化硅颗粒对复合材料起到颗粒弥散增强的作用。具体而言，粉体掺加量越多，C/C-SiC复合材料越致密，抗弯强度越大；在三点弯曲载荷作用下，C/C-SiC复合材料呈假塑性断裂模式，并且出现层间开裂现象。对C/C-SiC复合材料进行10h CVI处理后发现，形成的热解炭可以作为炭纤维与树脂炭基体之间的界面，弥补了树脂炭的微孔，相比于未进行CVI处理的C/C-SiC复合材料，密度最大提高了4.98%，抗弯强度最大提高了38.86%。     

单向炭布叠层C/C复合材料的热压法制备及其性能

以经表面处理的石墨、单向炭布、和沥青粉为原料,通过热压烧结制备炭布叠层C/C复合材料.考察了炭布含量对材料密度、孔隙率、弯曲强度以及摩擦磨损的影响,采用MM200摩擦磨损试验机进行了环-块摩擦磨损实验,并借助SEM表征了材料的弯曲断口和磨痕形貌.结果表明:当炭布质量分数为50％时,C/C复合材料的综合性能最好,抗弯强度为112.2MPa,密度为1.72 g/cm3,摩擦系数为0.28,磨损率为3.68×10-13 m3·N-1·m-1.弯曲实验中材料呈“假塑性”方式破坏,断口出现大量纤维的拔出.石墨相含量的增加有利于形成较好的摩擦膜,降低磨损率,保持摩擦系数稳定.     

石墨化温度及掺硅组分对再结晶石墨传导性能及微观结构的影响

用煅烧石油焦作填料 ,煤沥青作粘结剂 ,分别以硅粉、碳化硅和二氧化硅 3种含硅组分作添加剂 ,采用热压工艺制备了再结晶石墨。考察了石墨化温度以及单组元掺硅组分对再结晶石墨的热导率、电阻率和抗折强度的影响及其微观结构的变化。实验结果表明 ,对于掺硅组分相同的再结晶石墨 ,材料的导电、导热性能随着石墨化温度的升高而增强 ,但其力学性能却随之降低。当掺硅粉的热压再结晶石墨再经 2 80 0℃石墨化处理后 ,材料RG Si 48沿石墨层方向的常温热导率可达 3 3 2W /(m·K) ,电阻率为 4.94μΩ·m。对于相同工艺及硅含量的不同掺硅组分再结晶石墨 ,以掺入硅粉对材料综合性能最理想 ,而掺入二氧化硅对材料的综合性能较差。XRD分析表明 ,不论掺硅组分是硅粉、碳化硅还是二氧化硅 ,硅组分最终在再结晶石墨内均以α SiC形式存在 ,甚至在石墨化温度高达 2 80 0℃时 ,再结晶石墨内仍有α SiC存在。对其微晶参数进一步分析表明 ,随着石墨化温度的升高 ,掺杂硅组分的催化作用进一步加强 ,再结晶石墨的微晶尺寸La 迅速增大 ,石墨微晶的晶面层间距d0 0 2 也迅速降低。材料RG Si 48的微晶尺寸La 以及晶面层间距d0 0 2 分别为2 5 7nm和 0 .3 3 5 77nm。     

碳化硅颗粒增强石墨/铝复合材料的热物理性能

片层石墨/铝复合材料具有低密度、高热导率的优点,但力学性能较差,目前无法作为一种可商业化应用的电子封装材料。为了改善片层石墨/铝复合材料的热物理性能,采用真空热压法制备了碳化硅颗粒增强石墨/铝复合材料,研究了碳化硅的含量对复合材料热导率、热膨胀系数和抗弯强度的影响。结果表明,经过高频振荡工艺,碳化硅-石墨/铝复合材料中石墨的排列取向良好。添加碳化硅颗粒能明显降低复合材料的热膨胀系数,提高抗弯强度,略微降低热导率。随着碳化硅颗粒体积分数增加,碳化硅-石墨/铝复合材料内部会逐渐出现孔洞缺陷,相对密度下降。当碳化硅和石墨的体积分数分别为15vol%、50vol%时,碳化硅-石墨/铝复合材料具有最优热物理性能,此时x-y方向热导率为536 W/(m·K)、热膨胀系数为6.4×10^-6m/K,抗弯强度为102 MPa,是一种十分具有商业前景的电子封装材料。     

Ti3SiC2-SiC复合材料的耐磨擦磨损性能

以商用硅粉、碳粉、钛粉以及少量的铝粉为原料,利用放电等离子烧结技术原位反应制备了Ti3SiC2-SiC复合材料.利用盘销式摩擦磨损实验机测试了Ti3SiC2-SiC复合材料的耐摩擦磨损性能.结果表明:随着SiC含量的增加,材料相对于硬化钢的摩擦系数和磨损系数均呈下降趋势,这表明SiC的引入提高了复合材料的抗摩擦磨损性能.Ti3SiC2单相材料摩擦系数在0.8～1.0之间,而Ti3SiC2-40vol%SiC复合材料在稳态下的摩擦系数达到了0.5,Ti3SiC2-40vol%SiC复合材料相对于TisSiC2单相材料的磨损系数下降了一个数量级.Ti3SiC2-SiC复合材料的高抗磨损性归因于磨损类型的改变以及SiC良好的抗氧化性能.     

双组元掺杂锆硅再结晶石墨的性能

以假烧石油焦、煤沥青、铅粉及硅粉为原料，采用热压工艺制备了一系列掺杂再结晶石墨。研究了掺杂组元对再结晶石墨的热导率、电阻率和抗弯强度的影响以及微观结构的变化．结果表明，掺杂锆使再结晶石墨的基本物理性能及其微晶结构有较大幅度的改善。在含锆石墨材料中，适当掺杂硅可提高材料的热导率，但是当锆的掺杂量为9％、硅的掺杂量大于2％(质量分数)时，再结晶石墨的常温热导率降低．双组元掺杂锆、硅使再结晶石墨的导电率和力学性能下降。在再结晶石墨中，掺杂的锆以碳化锆的形式存在，掺杂的硅大都以气态形式逸出，只有微量的硅以碳化硅的形式存在．     

石墨改性热塑性聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能

采用热压成型工艺制备石墨填充热塑性聚酰亚胺复合材料,考察了复合材料的力学性能及干摩擦和三种油润滑条件下的摩擦磨损性能;利用扫描电子显微镜和能谱仪观察分析材料磨损表面形貌和元素分布.结果表明:石墨的加入降低了复合材料的弯曲强度和拉伸强度,干摩擦条件下复合材料摩擦系数随着石墨含量的增大稳步降低最终保持在0.1左右;石墨含量为30%时复合材料磨损率仅为纯树脂的2.9%;油润滑条件下复合材料的摩擦系数相比干摩擦降低了一个数量级;三种润滑油均能在偶件表面形成稳定吸附膜,由于润滑油性质的差异导致材料摩擦磨损性能有所不同.     

石墨含量对铜-石墨-乳化沥青复合材料组织和性能的影响

以电解铜粉与石墨粉为原料,阴离子乳化沥青为粘结剂,采用粉末冶金技术制备了铜-石墨-乳化沥青复合材料,并通过XRD、EDS和SEM对石墨含量为2wt%~8wt%的铜-石墨-乳化沥青复合材料微观组织进行表征,研究了铜-石墨-乳化沥青复合材料的摩擦磨损性能、力学和电学性能,并与不含乳化沥青的铜-石墨复合材料进行比较。结果表明,乳化沥青可以有效防止石墨颗粒的聚集,对石墨和铜基体起粘结作用;在两相界面处几乎没有间隙,并且产生了层片状石墨;石墨含量为4wt%的试样磨损量最小,仅为0.0049 g,摩擦系数约为0.025;增加载荷和石墨含量会增大磨损量,但会降低摩擦系数;在滑动摩擦期间,磨损表面会出现裂纹、犁沟、凹陷、小颗粒和层片状结构,但其程度要比不含乳化沥青的复合材料低。      

铬含量和烧结工艺对Fe_3Si基合金涂层组织结构的影响

目前,关于以碳化硅粉、铬粉为原料原位生成Fe_3Si基合金涂层的研究鲜见报道。以碳化硅、铬粉为主要原料,以聚氧硅烷为胶粘剂,采用无压烧结技术在Q235钢基体表面制备Fe_3Si基合金涂层,采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析涂层的形貌和结构,并测试涂层的硬度,研究了Cr含量和烧结工艺对Fe_3Si基合金涂层性能的影响。结果表明:Cr元素对SiC的分解有助催化作用,有利于Fe_3Si基合金涂层的生成;Cr含量低时,涂层组织由Fe_3Si相和石墨相组成;随着Cr含量增加,涂层中的石墨相转变为硬质的(Fe,Cr)_7C_3相,形成Fe_3Si相+(Fe,Cr)_7C_3相的组织结构,涂层与基体连接更加紧密,涂层硬度提高,Cr/SiC质量比为0.6~0.8时,所得膜层质量较好;制备Fe_3Si基合金涂层较合适的烧结工艺为真空,烧结温度1 120℃,保温时间60 min。     

石墨对Ni-Cr和Ni-Cr-W复合材料摩擦性能的影响

采用粉末冶金方法制备了Ni-Cr基自润滑复合材料,研究了Ni20Cr-石墨与Ni20Cr-10W-石墨复合材料中石墨含量和添加W后对材料力学性能和摩擦性能的影响.结果表明:随着石墨体积分数的增加,Ni20Cr-石墨复合材料的显微硬度和致密度不断降低;将石墨添加到Ni20Cr-10W复合材料中,材料摩擦系数明显降低,在每个试验温度下,复合材料的摩擦系数都随石墨含量的增加出现先增加后降低的变化规律;在Ni20Cr-石墨复合材料中添加体积分数10%的W后,复合材料显微硬度有所增加;当石墨体积分数为10%时,材料的摩擦系数在各个试验温度下均有所增加,当石墨体积分数为5%和15%时,复合材料的摩擦系数在整个温度范围内均有所降低;在整个温度范围内,Ni20Cr-10W-15石墨复合材料的摩擦系数最低.     

MoS_2和石墨对Ni-Cr基复合材料摩擦学性能的影响

用粉末冶金方法制备Ni-Cr基自润滑复合材料,研究了固体润滑剂MoS_2和石墨对复合材料的机械性能和摩擦学性能的影响。结果表明,随着MoS_2含量的增加,复合材料的显微硬度明显降低;MoS_2添加量从10%(质量分数,下同)增加到15%,复合材料摩擦系数和磨损率的变化并不明显。随着石墨含量的增加,复合材料的显微硬度呈逐渐降低的趋势,在400℃和800℃的摩擦系数呈升高趋势,石墨添加量为10%时室温摩擦系数最小。同时添加5%MoS_2和10%石墨时,复合材料的摩擦系数保持在0.48-0.65,石墨与MoS_2之间存在着协同效应,但是磨损率比添加单一润滑剂时高一个数量级。     

CNTs含量对CNTs/Al微观组织及力学性能的影响

为增加碳纳米管(CNTs)在铝基体中的分散性,利用机械球磨-真空热压烧结工艺制备碳纳米管/铝(CNTs/Al)复合材料,采用扫描电子显微镜(SEM)、电子万能试验机和万能摩擦磨损实验机,研究了CNTs质量分数对CNTs/Al复合材料微观组织、力学性能及摩擦磨损性能的影响.结果表明:CNTs经超声波预先分散后分散性增加;当CNTs质量分数为2.0%时,复合材料中CNTs与Al粉之间表现出较好的相容性;随着CNTs含量进一步增加,CNTs团聚现象严重;热压烧结温度600℃时,随着CNTs添加量的增加,铝基复合材料的屈服强度和抗拉强度呈现出明显的先增大后降低的趋势,同时,CNTs/Al复合材料的摩擦因数和磨损率随CNTs含量的增大先减小后增加;CNTs质量分数为2.0%时,复合材料的屈服强度最大值为116 MPa,抗拉强度最大值为245 MPa,与纯Al基体相比,分别提高了78%和1.9倍.2.0%CNTs/Al复合材料可获得较好的摩擦磨损性能,其摩擦系数和磨损率呈现平缓趋势,复合材料的磨痕最浅.     

碳化硅/石墨涂层复合材料的介电性探讨

研究了碳化硅和石墨含量对碳化硅/石墨双层复合材料介电常数实部、虚部、损耗角正切的影响。鉴于该材料多用于工程领域,测试了该复合材料的弯曲、剪切、拉伸等力学性能。结果表明:在低频段,该材料介电性能良好,碳化硅含量、石墨含量均对涂层复合材料的实部、虚部和损耗角正切影响较大;当碳化硅含量为24%,石墨含量为60%时,涂层复合材料的介电常数实部、虚部最大,其极化和损耗能力最强。另外,该复合材料具备良好的力学性能,最大弯曲强力为48.3N,最大剪切强力为57.5N,最大拉伸强力为618N。