基体和增强体粒度对铁基复合材料性能影响的研究

利用电流直加热动态热压烧结工艺探讨了铁粉粒度和增强体粒度对铁基复合材料性能影响的规律。研究表明,纯铁粉烧结材料的力学性能随铁粉粒度的增大呈明显的下降趋势,而SiCp/Fe复合材料恰恰相反,其性能随铁粉粒度的增大而显著提高,随SiC增强体粒度的增大而先提高后下降,当粒度约为15μm时复合材料各性能相对较好。     

铁基复合材料最佳烧结方式和最佳增强体含量的研究

探讨了制备颗粒增强铁基复合材料的最佳烧结方式和最佳增强体含量。结果显示,采用连续电流升温继而循环电流动态保温的烧结方式不仅缩短了烧结时间而且大大提高了材料性能;增强体所占体积分数分别为5%、10%、15%、20%时,铁基复合材料性能呈现出先上升后下降的规律,体积分数为10%~15%时材料性能最佳,此外,最佳增强效果的体积分数与粒度有关。     

基体粉末与增强粒子的粒度级配对SiCp/Fe性能的影响

使用不同粒度的铁粉,采用电流直加热动态热压烧结工艺制备了10%(体积分数)的SiC颗粒增强铁基复合材料,研究了铁粉与SiC粒子颗粒级配对复合材料显微组织和力学性能的影响.结果表明,SiC粒子与铁粉的颗粒级配,显著影响复合材料基体中增强粒子的分布状况和力学性能.建立了粒子分布的双基体颗粒级配模型,只有铁粉中一次颗粒与二次颗粒的粒径比为6.5、二次颗粒含量为4.6%、铁粉一次颗粒与SiC的粒度比值为15.9时,SiC颗粒才能很好地填充铁粉间隙并均匀地分布在基体中,复合材料将具有较高的力学性能.模型计算的结果和实验结果相符合.     

铁粉纯度和粒径对磷化铁粉软磁复合材料磁性能的影响

研究了铁粉纯度和粒径对磷化铁粉软磁复合材料磁性能的影响。结果表明,铁粉经磷化后,表面成功包覆了完整均匀的磷酸盐绝缘层。铁粉纯度提高,软磁复合材料磁芯的密度和磁导率增大,同时磁滞损耗降低。铁粉粒度增大,磁芯密度和磁导率增加,中高频率下磁损耗明显增加,且频率越高越明显。     

烧结温度对Cf/SiC复合材料结构及性能的影响

以碳纤维为增强体, 热压烧结制备了C_f/SiC复合材料, 研究了烧结温度对C_f/SiC复合材料密度、结构及性能的影响. 研究发现: 提高烧结温度能够促进C_f/SiC复合材料的致密度; 当烧结温度低于1850℃时, 升高烧结温度, 复合材料的强度和断裂韧性也随之提高. 当烧结温度为1850℃时, 复合材料的性能最优, 弯曲强度达500.1MPa, 断裂韧性为16.9MPa·m ^1/2. 当烧结温度达到1880℃时, 复合材料性能反而下降.     

表面改性碳纤维增强羟基磷灰石复合材料抗弯性能的研究

通过在碳纤维表面原位生成莫来石保护层和对氨基苯甲酸表面处理来改性碳纤维,将改性碳纤维与羟基磷灰石(HA)复合,制备表面改性碳纤维增强HA复合材料。研究改性前后的碳纤维对复合材料抗弯强度的影响并分析增强机理。结果表明,随纤维含量的增加复合材料的抗弯强度先提高后下降,碳纤维含量为3%(体积分数)时复合材料的抗弯强度达到最大值。碳纤维、表面处理碳纤维、表面复合处理碳纤维增强HA材料的抗弯强度均随烧结温度的升高而提高,且整体提高幅度依次增大,当烧结温度达1150℃时,3种材料的抗弯强度达最大值,分别为55.13、100.95、112.17MPa。表面复合处理碳纤维增强HA材料的抗弯强度比基体提高最多为3.5倍。这主要归因于碳纤维表面通过原位反应形成莫来石3Al2O3.2SiO2保护层,同时经对氨基苯甲酸处理后碳纤维对HA有更好的亲和性和吸附性。     

烧结温度对Cf/SiC复合材料结构及性能的影响

以碳纤维为增强体, 热压烧结制备了C_f/SiC复合材料, 研究了烧结温度对C_f/SiC复合材料密度、结构及性能的影响. 研究发现: 提高烧结温度能够促进C_f/SiC复合材料的致密度; 当烧结温度低于1850℃时, 升高烧结温度, 复合材料的强度和断裂韧性也随之提高. 当烧结温度为1850℃时, 复合材料的性能最优, 弯曲强度达500.1MPa, 断裂韧性为16.9MPa·m ^1/2. 当烧结温度达到1880℃时, 复合材料性能反而下降.     

增强体种类及含量对金属基复合材料力学性能的影响

用粉末冶金法制备了氧化铝、碳化硅颗粒增强的几种铝合金复合材料, 对不同增强体含量的复合材料进行了力学性能测试。研究结果表明, 复合材料拉伸弹性模量随增强体含量增加而升高, 断裂延伸率下降。SiC_P/2024 具有最高的强度和增强效率, 随增强体含量增加至25% , 强度逐渐升高; SiC_P/7075 的强度水平低于基体合金; SiC_P/Al (工业纯) 强度提高幅度较大; Al₂O_3P/2024的强度随增强体含量增加呈先上升、后下降趋势。分析认为不同复合材料间的这种性能差异由增强体与基体强度水平和变形行为特征所决定。高强度、高模量的增强体与高强度、高形变硬化率的基体的配合是获得高强度复合材料的重要条件。      

颗粒粒度对碳化钨颗粒增强铁基复合材料界面的影响EI北大核心CSCD

采用常压烧结方法成功制备了碳化钨颗粒增强铁基复合材料,研究了碳化钨颗粒粒度对复合材料组织、界面及力学性能的影响。结果表明：随着碳化钨颗粒粒度的减小,颗粒熔解程度增大,主要熔解的是W2C,WC熔解的数量较少;界面主要的反应产物为Fe3W3C,Fe3W3C含量随着颗粒粒度的减小而增加,界面随着颗粒粒度的减小由连续变成间断,直至不存;颗粒粒度越大,材料的硬度及压缩强度均提高;当颗粒粒度为380-550μm时,反应生成物Fe3W3C与碳化钨颗粒体积比为1∶1,界面呈连续状,复合材料具有较好的综合性能。     

增强体对复合材料接触性能的影响

基于等效夹杂方法,引入一种数值建模方法用于求解Hertz接触载荷作用下复合材料次表面应力场。通过与有限元方法的对比验证本方法的有效性和优越性;讨论不同形状增强体深度、材料、尺寸、体积分数、相对位置等分布参数对基体应力场的影响。分析结果表明,双增强体接触模型中,次表面最大von Mises应力随增强体深度和半径的增大呈先增大后减小趋势,随增强体与基体之间材料差异的增大而单调递增;增强体体积分数及相对位置将对基体应力分布产生较大影响。通过钛基复合材料滚动接触疲劳实验验证了本文方法处理复合材料接触性能的能力。     

碳纤维增强Cu-Ti3SiC2复合材料的性能与烧结温度的关系

研究了在Cu-Ti3SiC2复合材料中添加2%体积含量碳纤维的致密度、电导率和硬度同烧结温度的关系.实验结果表明,加入碳纤维的Cu-Ti3SiC2复合材料较未加入碳纤维的Cu-Ti3SiC2复合材料的致密度和电导有少许下降,但布氏硬度有大幅度提高.随着烧结温度的上升,碳纤维增强Cu-TiSiC2复合材料的相对密度上升较快,在1 000℃时达到99.21%.电阻率随烧结温度的上升而下降;布氏硬度随着烧结温度的上升而提高,但增幅较缓.     

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。     

B4C/Ni多孔复合材料的制备及性能

采用粉末冶金法制备了B4C/Ni多孔复合材料。对制得的试样进行了扫描电镜（SEM）观察和抗压强度的测试，并摘要计算得出了试样的孔隙度。分析结果表明，复合材料的孔隙度随烧结温度的升高而下降；抗压强度随孔隙度的下降而增大；并且复合材料中镍含量越高材料抗压强度越大。根据后续浸渗金属液体的要求，此多孔复合材料要达到高孔隙度、较高强度和较高硼含量等指标。所以综合分析结果和后续要求最终确定了最佳体积百分含量为碳化硼15%、镍55%、造孔剂碳酸钠30%和最佳烧结温度800℃。     

铁尾矿制备SiC/Fe_xSi_y复合材料的工艺及性能研究

在合成SiC/FexSiy复合粉体的基础上,利用高温渗硅反应烧结制备工艺制得了SiC/FexSiy复合材料。研究了合成复合材料的关键工艺参数,确定最佳合成工艺参数为:炭黑配量5%,反应温度1550℃,恒温时间2h,FexSiy含量为5%的复合粉体。复合材料的最大常温抗折强度约为130MPa,且随烧结温度和材料中FexSiy相含量的变化而改变。SiC/FexSiy复合材料的抗折强度先随温度的升高而增加,直至转折温度Tm(900℃),然后随温度的升高而下降。材料的热导率随温度的升高而降低,在20~250℃下降迅速,之后下降幅度减缓。SiC/FexSiy复合材料的线膨胀系数随温度的升高而增加,800℃以后线膨胀系数变化幅度增大。     

纤维体积分数对K3D/MCPA复合材料力学性能的影响

本文研究了纤维体积分数对三维编织芳纶纤维增强铸性尼龙(简称K3D／MCPA)复合材料力学性能的影响。研究表明，K3D／MCPA复合材料有优异的抗冲击性能，冲击强度比三维编织芳纶纤维增强铸性尼龙(简称C3D／MCPA)和纯基体均有大幅度的提高，且随着纤维体积的提高而升高。K3D／MCPA复合材料剪切强度随纤维体积比的增大而增大，其纵向剪切强度低于纯基体和C3D／MCPA复合材料，但其横向剪切强度高于它们。K3D／MCPA复合材料弯曲强度与弯曲模量随纤维体积比的提高而提高，但与相同体积比的C3D／MCPA相比，K3D／MCPA的弯曲强度与弯曲模量均较低。     

烧结温度对莫来石增强磷酸铬铝材料的制备与性能影响

以固相烧结莫来石为增强体,制备了莫来石增强磷酸铬铝基复合材料。研究了烧结温度对复合材料的微观结构和性能的影响。采用SEM、XRD、EDS等检测手段对复合材料的物相结构及断面的微观形貌进行分析,使用万能试验机测试其材料的抗折强度,并使用矢量网络分析仪分析材料的介电性能。结果表明,随着烧结温度的升高,复合材料中莫来石的晶粒依次增大,材料致密度、介电常数增加,抗弯强度增加,但过高的烧结温度下抗弯强度会降低。当烧结温度为1 500℃时,材料的抗弯强度为107 MPa,平均介电常数为3.57。     

固含量对浆料浸渍法制备氧化铝陶瓷基复合材料结构与性能的影响

氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料具有耐高温、高强度、抗氧化等特点，在航空航天热结构材料方向具有广阔的应用前景。使用Nextel^TM 610纤维布作为增强体，以浆料浸渍-模压成型工艺制备复合材料粗坯，经马弗炉一次高温烧结获得氧化铝陶瓷基复合材料。通过对纤维和基体的晶体结构、力学强度等性能随热处理温度变化的影响确定适合复合材料制备的温度范围。研究不同固含量浆料对复合材料力学性能和微观结构的影响。结果表明：Nextel^TM 610/Al₂O₃陶瓷基复合材料的弯曲强度随着固含量的增大呈先增大后减小的变化趋势，当浆料固含量为60%(质量分数，下同)时，其弯曲强度最大，达到370.68 MPa。当固含量小于60%时，复合材料弯曲强度较低的原因是纤维束内的基体填充不足；当固含量增大至65%时，复合材料弯曲强度衰减原因是过多基体缺陷的产生和纤维-基体界面间结合增强，阻碍了纤维脱粘、拔出等增韧机制。     

增强体结构对复合材料工艺及其性能的影响

为了分析增强体结构对复合材料力学性能和复合工艺的影响,分别以单向玄武岩织物和平纹玄武岩织物为增强体,制备玄武岩增强复合材料。并采用正交试验方法,讨论复合工艺参数对玄武岩增强复合材料拉伸强度和弯曲强度的影响,及其对两种复合材料的力学性能差异。结果表明:平纹玄武岩复合材料拉伸性能优于单向玄武岩复合材料,而单向玄武岩复合材料具有较强的抗弯性能;增强纤维含量对复合材料的拉伸性能影响较大,对单向玄武岩复合材料弯曲性能影响较小;复合成型温度对单向玄武岩复合材料力学性能影响较大,且成型温度升高有利于复合材料力学性能改善;成型压力增大有利于复合材料力学性能的增强;适当延长冷却时间有利于复合材料力学性能的提高。     

TiO_2包覆对不同粒径羰基铁粉吸波性能的影响

本文采用溶胶-凝胶法,分别在粒径为6μm和1μm的羰基铁粉表面成功包覆了一层二氧化钛薄膜;利用矢量网络分析仪测量了羰基铁粉和石蜡所制成的复合材料的电磁参数,对比分析了二氧化钛包覆前后羰基铁粉复合材料在微波频段的复介电常数、复磁导率和微波吸收性能的变化。实验结果表明:二氧化钛包覆层能有效地增大粒径为1μm的羰基铁粉的复磁导率和复介电常数,改善小粒径羰基铁粉的微波吸收性能。通过分析认为二氧化钛包覆层能有效地阻隔颗粒间涡流的形成,由此能很好地解释二氧化钛包覆层对1μm羰基铁粉微波吸收性能的增强效果。     

纯镁基复合材料的阻尼性能

制备了以线了镁为基体，以混杂碳化硅颗粒和硅酸铝短纤维为增强物的一类特殊复合材料，了其阻尼性能，发现镁基复合材料的强度优于纯镁，但阻尼性能却降低了并随增强物含量增加，这种下降越大。镁基复合材料的阻尼民其状态关系密切，退火处理和热循环自理提高了复合材料的阻尼性能。