SiZr液相烧结法制备SiC-ZrC涂层对C/SiC复合材料抗氧化性能的影响

使用Si-25％Zr(质量分数)合金通过液相烧结法在C/SiC复合材料表面制备了SiC-ZrC抗氧化涂层,研究了烧结过程中涂层的相结构演化,并测试了1400℃及空气气氛下材料的抗氧化性能,分析了涂层氧化前后显微结构的变化,以及氧化对C/SiC复合材料弯曲性能的影响.结果表明,Zr元素在涂层中以ZrC相的形式存在,ZrC颗粒的引入细化了反应SiC层的组织,在氧化过程中形成致密连续的SiO2薄膜,并在氧化500 s后试样出现增重,制备了SiC-ZrC抗氧化涂层的C/SiC样品在1000 s的氧化实验后弯曲强度下降低于5％.     

低温反应熔渗工艺制备C_f/ZrC复合材料

采用反应熔渗工艺,在1200℃、真空环境下将熔融态Zr2Cu合金渗入多孔Cf/C基材制得Cf/ZrC复合材料。结果表明,材料中ZrC含量为(43.8±1.3)%(体积分数,下同),材料弯曲强度为(105.7±5.3)MPa,弹性模量为(64.3±2.8)GPa;ZrC生长机制为"溶解-析出"机制:C基体逐步溶解在Zr-Cu熔液中并形成C-Zr-Cu固溶体,C浓度饱和后逐步析出ZrC纳米晶核,随即通过晶粒融合和元素扩散使晶粒迅速长大;Cf/ZrC复合材料具有优异的抗烧蚀性能,其质量烧蚀率和线烧蚀率分别为(0.0039±0.0008)g/s和(0.0023±0.0012)mm/s。     

ZrCp／W复合材料组织结构与室温力学性能

用XRD、SEM和TEM研究了ZrC颗粒增强钨基复合材料（ZrCp/W,ZrCp的体积分数为30％）的组织结构。由于ZrCp的加入,阻碍了钨晶粒在烧结时的长大,W向ZrC晶格扩散,在ZrC中形成（Zr,W)C固溶体,Zr也向W中发生了少量扩散,使ZrCp/W界面形成冶金结合。在复合材料中还存在很少量的W2C和ZrO2。室温下,复合材料的韧性、弹性模量和硬度都明显比纯钨高,但复合材料的抗弯强度比纯钨低。复合材料的韧化机制是裂纹偏转和细晶韧化。     

低压化学气相沉积制备ZrC涂层：原位溴化工艺

本研究设计了一种溴化装置,用于合成并稳定控制ZrBr4蒸汽的流量。采用低压化学沉积技术,以Zr-Br2-C3H6-H2-Ar为体系,1200°C在石墨基底上制备了ZrC涂层。研究了气体组分(源气C/Zr比)对ZrC涂层微观形貌及生长机制的影响。源气C/Zr比为1.5时,涂层的沉积过程为由表面反应机制为主,ZrC涂层较为疏松。源气C/Zr比为0.5~1时,扩散动力学是涂层的主要生长机制,所制备的ZrC涂层具有致密均匀ZrC涂层,并沿(200)晶面择优取向。同时,源气C/Zr比为0.5时,制备的ZrC涂层无自由碳存在并具有近化学计量比。     

SiC 涂层对不同碳基体氧化防护行为的研究

为了提高碳材料的抗氧化性能,采用料浆烧结法在石墨和C/C复合材料上制备了SiC 抗氧化涂层.测试了SiC涂层在1200℃的高温下对不同碳基体的氧化防护能力,利用扫描电子显微镜 (SEM)、X-射线衍射仪(XRD)对涂层结构进行分析.结果表明:SiC涂层对不同碳材料的抗氧化防护行为有很大差异,在1200℃的高温下SiC涂层对石墨具有较好的抗氧化性能,而对C/C复合材料的氧化防护性能较差.     

高温退火对20vol%ZrCP/W复合材料组织和力学性能的影响

为了改善复合材料的力学性能,对2200℃热压烧结后的20vol%ZrCP/W复合材料进行了高温退火处理,退火工艺为2300℃×60min。结果表明,高温退火后,复合材料几乎达到了完全致密化,W2C相的生成量增多,复合材料中的缺陷减少,ZrC颗粒和W的晶粒尺寸增大。复合材料的弹性模量和维氏硬度变化很小,断裂韧性略有增大,而抗弯强度则急剧下降,这可能与晶粒尺寸增大和杂质元素在晶界的偏聚有关。     

Cf／ZrC—ZrB2-SiC—C超高温陶瓷复合材料的显微结构表征

利用X-射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对Cf／ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料的相组成、纤维／热解碳层的界面特征和超高温陶瓷基体的显微结构特征进行了表征。在碳纤维表面有一层厚度为2～3μm石墨化程度较高的热解碳界面层,该界面层可以避免采用PIP工艺制备超高温陶瓷基体时可能对碳纤维造成的损伤。热解碳层与碳纤维之间为弱机械结合,其界面间分布着20～30nm的ZrC纳米颗粒。Cf／ZrC—ZrB2-SiC—C超高温陶瓷复合材料基体主要由ZrC,ZrB2,SiC和石墨相（Cg）组成。基体中石墨的（002）面沿着ZrC,ZrB2或SiC的表面生长。在石墨与ZrB2和石墨与SiC的界面没有观察到取向关系,界面处既没有反应层也没有非晶相存在。在石墨与ZrC之间存在ZrC（111）／／Cg（002）,ZrC[110]／／Cr[010]的取向关系。ZrB,和SiC之间也没有界面反应和非晶层存在。     

阳极氧化铝膜中间层阻挡元素扩散研究

对铌合金C103基体上真空蒸镀的Al膜进行阳极氧化处理获得阳极氧化铝(AAO)膜,利用电镀技术在AAO膜上制备Ni表层,通过高温处理研究元素通过AAO膜的扩散行为.结果表明:没有中间层的Ni/C103及以纯Al膜作为中间层的Ni/Al/C103样品,涂层和基体间的元素扩散严重;而以AAO膜为中间层的Ni/AAO/C103样品,涂层和基体间的元素扩散受到明显抑制.经900℃热处理后,Ni/C103,Ni/Al/C103及Ni/AAO/C103样品其外层中Nb含量分别为7.05%,5.08%和3.55%;基体中的Ni含量分别为6.84%,3.62%和2.85%;AAO膜作为中间层有较强的元素扩散阻挡能力.在900℃退火后,Ni/C103和Ni/Al/C103样品表面均生成了Nb Ni3相,而Ni/AAO/C103样品并未出现Nb和Ni的反应生成物.通过Fick定律计算得知,900℃时Ni在AAO膜的扩散系数为3.28×10-14m2/s,Nb为2.16×10-14m2/s;1000℃时Ni的扩散系数上升至1.03×10-13m2/s,Nb为3.58×10-14m2/s.     

Cr3C2/Ni3Al表面耐磨堆焊材料的焊接性

Cr3 C2/Ni3 Al复合材料是一种极具潜力的高温表面耐磨堆焊材料,焊接性对于该材料的推广应用至关重要.将真空烧结制得的Cr3 C2-NiAl-Ni焊条堆焊于碳钢和耐热钢表面,可形成无焊接裂纹的Cr3 C2/Ni3Al复合材料堆焊层,表明Cr3 C2/Ni3 Al复合材料具有良好的焊接性,适于作为铁基材料表面耐磨堆焊材料推广应用.分析认为,Cr3 C2/Ni3 Al复合材料具有良好焊接性的原因在于:(1)焊接过程中,Cr3 C2发生溶解再析出,熔池中的C优先被氧化,保护了Al的氧化.(2)从铁基材料基材中扩散入到焊层中的Fe元素和Cr3 C2溶解而固溶于焊层中的Cr元素有效地改善了Ni3 Al基体的焊接性.     

Si/Zr质量比对SiC/ZrC涂层微观结构及其抗氧化性能的影响

采用反应熔体浸渗工艺在C/C复合材料表面制备了SiC和SiC/ZrC抗氧化涂层,并利用XRD、SEM和EDS等分析手段研究了浸渗粉料中Si/Zr质量比对抗氧化涂层的相组成和微观结构的影响,考察了SiC和SiC/ZrC涂层在1 400℃静态空气气氛中的抗氧化性能,初步探讨了SiC/ZrC涂层的抗氧化机制。研究结果表明,随着浸渗粉料中Si/Zr质量比由4.5∶1.5降至2∶4,制得的SiC/ZrC涂层表面涂层致密性呈现先增后降的趋势,而涂层厚度则逐渐减小。当Si/Zr质量比为3∶3时,制得SiC/ZrC涂层C/C复合材料表现出优良的抗氧化性能,在空气气氛中1 400℃氧化6h后增重0.5%左右,而SiC涂层C/C复合材料在相同条件下氧化5h后失重率达到26.71%。SiC/ZrC涂层优异的抗氧化性能与其表面形成的一层致密、连续的ZrSiO4-SiO2-ZrO2玻璃膜有关。     

Zr-Mo-Si-C四元复合涂层抗氧化烧蚀性能研究

目的提高C/C复合材料高温抗烧蚀性能。方法通过低压等离子喷涂技术,在石墨基体表面制备出Zr-Mo-Si-C四元复合涂层,采用氧-乙炔火焰烧蚀试验对涂层的抗烧蚀性能进行测试,并通过SEM、EDS、XRD分析了烧蚀前后涂层的物相组成和微观形貌,分析了涂层的抗烧蚀机理。结果涂层在1800℃烧蚀60、180、300 s后均保持良好的涂层状态,线烧蚀率分别为1.2×10~(-3)、0.4×10~(-3)、0.3×10~(-3) mm/s。烧蚀300 s后,涂层截面呈现三个区域,分别为表面烧蚀区、阻挡层和未烧蚀区。结论通过添加Mo Si2作为第二相可显著提高ZrC涂层的抗烧蚀性能,涂层在烧蚀过程中形成三个区域,其中表面烧蚀区和阻挡层能够有效地阻隔烧蚀的进行,未烧蚀区发生的烧结致密化进一步提高了涂层的抗氧化烧蚀性能。     

Ti65合金磷酸盐涂层抗高温氧化性能研究

目的通过表面涂层提高高温钛合金Ti65的抗高温氧化性能。方法采用喷涂法在Ti65合金基体上制备以磷酸铝为粘结剂、Al和Al/SiC为填料的两种磷酸盐抗高温氧化复合涂层。研究Ti65合金和涂层样品在650℃准等温、静态空气条件下的氧化动力学行为。用XRD和SEM/EDS分别对涂层样品氧化前后的物相组成、组织形貌和微区成分进行表征分析;用电子探针(EPMA)分析涂层样品的元素分布情况。结果650℃抗高温氧化实验结果表明,磷酸盐涂层样品的准等温氧化动力学曲线均符合抛物线规律,两种涂层样品的抛物线氧化速率常数kp分别为3.922×10^-2、1.768×10^-2 mg/(cm^2·h^1/2)和2.48×10^-2、3.385×10^-4 mg/(cm^2·h^1/2),均小于Ti65合金,氧化增重显著降低。以Al/SiC为填料的磷酸铝涂层的抗氧化性能最好,氧化1000 h,质量增加0.20 mg/cm^2,约为Ti65基体氧化增重(1.13 mg/cm^2)的1/6。微观分析结果表明,两种磷酸盐涂层样品在650℃准等温氧化后,涂层与基体形成扩散层,生成TiAl3金属间化合物,涂层表面均保持完好,没有裂纹和孔隙,有效阻止了氧元素向Ti65基体的扩散,保护基体不受氧化。结论磷酸盐涂层能有效阻止650℃温度下氧向Ti65合金基体的扩散,具有优异的抗高温氧化性能。     

源气浓度对CVD ZrC涂层的影响

以ZrCl4、CH4为源气,H2和Ar为稀释气体和载气,采用化学气相沉积法(CVD)制备了ZrC涂层,研究了源气C/Zr比对ZrC涂层组成及形貌的影响。通过表征得出ZrC涂层表面比较粗糙,随着源气中C/Zr减小,ZrC涂层表面块状颗粒更致密,颗粒大小趋于一致;ZrC涂层中有Zr、C、O元素,含有化学计量比为1:1的ZrC相和自由碳相,随着源气中C/Zr减小,涂层中Zr的原子分数相应增大,涂层中只有约20%的Zr元素与C结合形成ZrC。     

TiAl合金表面EB-PVD制备热障涂层及高温抗氧化性能

利用EB-PVD技术在Ti Al合金表面制备了扩散铝/YSZ热障涂层。采用SEM、EDS和XRD分析了涂层原始及高温氧化后的微观组织及相组成,并测试了高温氧化性能。结果表明:涂层表面YSZ层为致密柱状晶结构,由非平衡四方相t′-ZrO_2组成。Ti Al合金沉积了扩散铝/YSZ热障涂层后高温氧化性能显著提高,氧化动力学曲线呈对数变化规律,900℃高温氧化时,氧化速率为2.2×10~(-5) mg/cm~2·h。1000℃高温氧化时,氧化速率为1.14×10~(-3) mg/cm~2·h。在高温氧化过程中,粘结层与基体之间发生元素扩散,膜基界面消失。在面层与中间粘结层之间形成了均匀连续的热生长氧化物层TGO。     

树脂碳包覆石墨/铜复合材料组织和性能研究

为低成本制备高性能石墨/铜复合材料,以酚醛树脂包覆石墨粉、电解铜粉、二氧化硅为原料,采用传统的粉末冶金工艺制备了树脂碳包覆石墨/铜复合材料,对比了其与天然鳞片石墨/铜复合材料和镀铜石墨/铜复合材料组织和性能的差异。发现酚醛树脂包覆可有效保护石墨结构完整性,还原铜表面氧化膜,促进铜的扩散烧结,利于致密化。与天然鳞片石墨/铜复合材料相比,树脂碳包覆石墨/铜复合材料的导电性能、力学性能和摩擦磨损性能提高,其电导率、抗弯强度和硬度分别为9.87 MS.m-1、81 MPa、22 HV,与镀铜石墨/铜复合材料的相当,且摩擦磨损性能略优于镀铜石墨/铜复合材料。     

放电等离子烧结制备TiC/双相不锈钢复合材料的致密性及显微组织

采用放电等离子烧结(SPS)方法,制备了Ti C/铁素体奥氏体双相不锈钢复合材料。通过密度仪、XRD、SEM和EDS等技术,研究了Ti C含量和烧结温度对Ti C/双相不锈钢复合材料致密性和显微组织的影响。结果表明:采用SPS方法能在较低温烧结温度下获得高致密度的Ti C/双相不锈钢复合材料,且其相对密度随着Ti C含量的升高或烧结温度的降低而减小。在850~950℃烧结温度区间,有碳化物沿晶界析出,通过高温热处理能使有害碳化物回溶,同时有利于Ti C颗粒与不锈钢基体界面的进一步结合。     

原位自生C/C复合材料SiC涂层的物相组成与形成机理

利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等检测手段,观察并研究了原位自生C/C复合材料SiC涂层的物相组成和显微结构特点,并根据SiC固态相变规律和元素互扩散原理,探讨了低压Ar气氛反应烧结制备SiC涂层的形成机理。结果表明,低压保护气氛的引入显著提高了反应烧结过程中液态Si在C/C复合材料表面的润湿性,促进C、Si原子互扩散。在此条件下,多晶Si粉与石墨碳反应形成β-SiC稳定相,且该涂层内部衬度均匀,具有鳞片状和细针状纳米晶须结构,从而改善了C/C复合材料的生物相容性。     

20Wf／30zRcP／W复合材料的组织结构与力学性能

采用真空热烧结法制备了致密度为98．5％的20Wf/30ZrCp/W复合材料,分析测试了复合材料的相组成、微观组织结构和力学性能。结果表明：W丝在复合材料中分布较均匀,且基本平等于热压面：W与ZrC在界面处发生互扩散,形成（Zr,W)C固深体;W丝与基体间的界面结合强度过高,并发生明显的再结晶现象;加入W丝未能起到强韧化作用。复合材料的抗弯强度和断裂韧性分别为504MPa和9．48MPa.m^1/2。     

Cr3C2/Ni3Al复合材料的高温稳定性

通过对Cr3C2/Ni3Al复合材料在1000℃进行长期时效和氧化实验,分别考察了该材料的高温相稳定性和化学稳定性.结果表明,经1000℃长期时效后,Cr3C2/Ni3Al复合材料中的Cr3C2强化相保持稳定,而基体中则析出一定量的γ相,该相的析出强化了Ni3Al基体,从而使得复合材料的硬度得到进一步提高.Cr3C2/Ni3Al复合材料具有优良的高温抗氧化性能,其表面形成以α-Al2O3为主的致密氧化膜,在空气中的氧化速率仅为Ni3Al合金的1/2.分析认为,Cr3C2在堆焊过程中发生溶解,导致部分Cr固溶于Ni3Al合金基体中,促进了α-Al2O3的形成,从而改善了复合材料的抗氧化性.Cr3C2具有良好的高温化学稳定性并与Ni3Al基体有较好的氧化协同性,从而可得到基体有力支撑以发挥抵抗磨损的作用.优良的高温稳定性使得Cr3C2/Ni3Al复合材料适于在1000℃的高温环境下长期服役.     

复合工艺制备炭/炭密封材料弯曲断裂特征

为使高性能碳/碳(C/C)复合材料在航天密封材料领域中得到进一步的应用,研究了碳布叠层以及碳毡结构的C/C复合材料在一定压力下气体的渗漏情况,对比试样为俄罗斯高强石墨密封环材料,采用扫描电镜观察分析气体通过C/C复合材料的途径.结果表明C/C复合材料比高强石墨更适合用做航天动密封材料.碳毡C/C复合材料比碳布叠层C/C复合材料气密性更好.C/C复合材料中的穿刺纤维、贯穿基体的孔隙和裂纹以及纤维与碳基体的结合情况对密封材料的密封性能起到很大的影响.