反应烧结SiC陶瓷的研究进展

反应烧结是SiC陶瓷的一种重要制备工艺.本文分析了传统反应烧结工艺制备SiC陶瓷的不足,介绍了一些新型制备工艺;讨论了其烧结机理.并提出一些相关思考及展望.     

反应烧结SiC/Co-Si体系的润湿性及界面反应

采用座滴法研究反应烧结(Reaction bonded)SiC/Co-Si体系在真空中的润湿性及界面反应,并研究Si含量和实验温度对润湿角的影响。结果表明,元素Si对反应烧结(RB)SiC/Co-Si体系的润湿性有显著影响,当Co-Si钎料粉体中Si含量(质量分数)为6.7%和60%时,体系的最终润湿角都低于SiC/纯Co体系。SiC/Co-Si体系的润湿过程属于反应性润湿,随着温度升高,润湿角明显减小。微观结构研究和XRD相分析表明,对于SiC/Co-3Si体系(Co-3Si钎料中Si的质量分数为3%),界面区域发生了化学反应,反应产物为CoSi和碳,同时发生元素的互扩散,形成反应中间层;对于SiC/Co-60Si体系,界面反应产物只有CoSi2,界面区域没有存留碳。界面反应改变体系的界面结构,从而改善体系的润湿性。     

反应烧结制备TiC-Ti3SiC2梯度材料

采用Ti、Si、TiC粉末为原料,通过放电等离子反应烧结制备TiC-Ti<,3>SiC<,2>梯度功能材料.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)等手段,分析梯度材料的相组成和微观结构特征.结果表明,采用放电等离子烧结,升温速度为100℃/min时,在1 350℃保温15min、加压40MPa...     

SiC陶瓷与镍基高温合金的热压反应烧结连接

采用Ｔｉ－Ｎｉ－Ａｌ金属复合焊料粉末,利用Ｇｌｅｅｂｌｅ １５００热模拟机以自阻加热方式对镍基高温合金和ＳｉＣ陶瓷进行热反应烧结连接研究,获得了强度为７０ＭＰａ遥接件。微观结构分析表明铝可以通过渗透到陶瓷的非封闭孔隙中或与陶瓷发生界面反应而形成比较牢固的接头。     

素坯制备工艺对反应烧结碳化硅结构与性能的影响

本文以酚醛树脂为粘结剂,采用粉末冶金方法制备碳化硅素坯,研究碳化硅素坯制备工艺对反应烧结碳化硅材料显微结构和性能的影响.结果表明:反应烧结碳化硅材料的抗弯强度和密度随碳化硅颗粒粒径的增大而减小,随素坯成形压力的增大呈现先增大后减小的趋势.密度和硬度随碳化硅素坯中碳密度的下降而减小.碳化硅颗粒粒径为W7时,酚醛树脂加入量为12％,碳加入量为13％和成形压力为120MPa为碳化硅素坯制备的最优参数组合,此时反应烧结碳化硅材料的抗弯强度、密度和HRA分别为330MPa、2.987 g/cm3和95.     

烧结温度对反应烧结碳化硅组织与性能的影响

本文研究了1450、1550、1650℃不同烧结温度制备的反应烧结SiC材料的密度、硬度、抗弯强度、显微组织、显微硬度及断裂行为。结果表明:烧结温度对材料密度影响较小。低温反应烧结的SiC晶粒的晶体结构不够完整,存在亚晶界等缺陷,晶粒强度较低,烧结材料的硬度和抗弯强度较低。高温反应烧结的SiC晶粒的晶体结构完整性增加,晶粒强度较高,烧结材料的硬度和抗弯强度较高。因此为了提高反应烧结碳化硅的力学性能,应该适当提高烧结温度或延长烧结时间。     

超细WC-Co复合粉热压烧结制备亚微米硬质合金

以原位还原所得超细WC-6%Co复合粉为原料,研究了热压烧结制备硬质合金材料的工艺过程,并分析了材料的物理性能及力学性能。结果表明:将平均粒径约300nm的超细WC-Co复合粉在热压炉中于1 370℃烧结1.5h,可得到平均晶粒度为600nm、相对密度99%且具有良好综合力学性能的亚微米WC-Co硬质合金。     

添加Si粉结合SiC耐火材料(塔盘)的研制

研制开发了一种使用添加Si粉结合的SiC耐火材料(塔盘),分析反应烧结Si粉结合SiC塔盘的成型、烧结过程。     

热压法制备Ti3SiC2陶瓷结合剂/金刚石复合材料的组织结构

以Ti、Si、C粉、金刚石磨料为原料,添加适量Al粉,采用热压法制备Ti3SiC2陶瓷结合剂/金刚石复合材料,通过X射线衍射、扫描电镜及能谱分析对该复合材料的组织结构进行观察与分析,并研究烧结温度、助熔剂 Al 含量以及金刚石浓度对复合材料的影响。结果表明,因金刚石的反应活性较差,较低温度下热压时金刚石表面未能生长出Ti3SiC2,1300℃高温下热压形成的Ti3SiC2晶粒发育良好;适量添加Al粉有助于Ti3SiC2的合成;金刚石颗粒浓度从25%增加到50%时,金刚石参与并促进Ti3SiC2的合成,Ti3SiC2含量明显增加;金刚石表面生成晶型发育良好的Ti3SiC2晶粒,实现了磨料与结合剂的化学键合,从而提高结合剂与磨料间的结合力。     

热压工艺对SiC纤维增强TB8复合材料组织影响研究

通过箔-纤维-箔法制备了SiC纤维增强TB8复合材料,采用光学电子显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)对复合材料的微观组织进行表征与分析,研究了真空热压复合时压力、温度和时间工艺参数对SiC纤维增强TB8复合材料微观组织的影响规律。结果表明:压力对复合材料基体与基体以及纤维与基体的结合有着显著影响,而温度对纤维与基体界面反应层影响较大。通过热压工艺的优化,可以有效控制界面反应层厚度,获得组织优良的SiC f/TB8复合材料。     

反应烧结高Nb-Al3Ti合金的组织演变机理

采用放电等离子热压烧结技术(SPS)制备高Nb-Al3Ti合金,研究了315和645℃预烧结处理以及885～1130℃范围内不同反应烧结温度对Al3Ti合金显微组织的影响,分析了不同烧结温度下合金组织的变化过程并绘制组织转变示意图.结果表明,经过315与645℃的预烧结处理,原料颗粒表面氧化物溶解并发生固相扩散生成少量...     

Al_3Ti颗粒增强镁基复合材料的反应烧结

采用Mg-Al-Ti反应体系,反应烧结制备了Al_3Ti颗粒增强镁基复合材料,研究了烧结工艺对Al_3Ti/Mg复合材料的组织和密度的影响.研究结果表明:采用镁、铝和钛粉反应烧结可以获得致密的Al_3Ti/Mg复合材料,Al_3Ti为原位形成,呈直径为0.5～5μm颗粒状较均匀地分布在镁基体中.烧结工艺(温度和保温时间)对Al_3Ti/Mg复合材料的组织和密度有着明显的影响,随着温度升高和保温时间延长,原位反应越完全,有利于Al_3Ti颗粒的分散,但过高温度和保温时间的延长,将造成颗粒的再团聚和镁的烧损.Al_3Ti/Mg复合材料较佳的烧结工艺参数为:温度750～800℃,保温时间90～120min.     

高能球磨Ti/Al复合粉体的反应烧结致密行为

研究高能球磨Ti/Al复合粉反应烧结过程的致密行为 ,并进行反应烧结热力学和动力学分析。结果表明 ,与增加烧结压力、提高烧结温度或延长烧结时间的作用相同 ,高能球磨对Ti/Al粉末体反应烧结过程的致密化具有促进作用 ,且效果更加显著。球磨时间越长 ,烧结体越致密。球磨 3h的Ti/Al复合粉坯料经6 30℃× 2h预烧、12 5 0℃× 8h无压烧结后 ,获得的TiAl基合金试样的致密度高达 99 87%。球磨对Ti/Al粉末体反应烧结时致密化的促进作用 ,主要是由于Ti、Al反应组元及其晶粒尺寸的细化 ,晶格畸变能增加 ,从而显著提高了烧结驱动力和烧结动力学因子 ,缩短了反应扩散距离 ,抑制了kirkendall孔隙的形成。     

用反应烧结和反应熔化法制取TiAl—TiB2复合材料

Ti Al基合金的优点是密度低、比强度高、刚度大、抗裂纹稳定性好 ,耐热可达90 0℃～ 10 0 0℃ ,Ti- Al的强力共价键可保证它有高的扩散激活能 ,从而能在 90 0℃以下阻止蠕变过程的发展。Ti Al的室温弹性模量为 16 0 GPa～ 175 GPa,高于一般钛合金(10 0 GPa) ,但低于镍基高温合金 (2 0 0GPa)。随温度的升高其弹性模量下降 ,至90 0℃～ 10 0 0℃时为 15 0 GPa,接近于镍基高温合金值。如以 Ti Al取代钛基、镍基和铁基材料并以 Ti Al为基做成复合材料 (KM)可减轻零件质量 2 0 %～ 5 0 % ,与传统的耐热合金相比 ,Ti Al复合材料在空气中…     

Si,Na掺杂W基高比重合金液相烧结过程中的界面反应

对不同Ｓｉ、Ｎａ掺杂量的Ｗ－（Ｎｉ,Ｆｅ）高比重合金进行了扫描电镜、透射电镜、Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）及俄歇能谱（ＡＥＳ）分析,探讨了Ｓｉ、Ｎａ掺杂在Ｗ－（Ｎｉ,Ｆｅ）及Ｗ－Ｗ界面所发生的反应,以及此类反应对合金显微结构所产生的影响。研究发现,Ｓｉ、Ｎａ掺杂使合金出现孔隙并在Ｗ－（Ｎｉ,Ｆｅ）界面出现层状ＳｉＯ２夹杂相,ＳｉＯ２与液相Ｎｉ、Ｆｅ的低润湿性以及Ｎａ的挥发性是造成这种影响的根本原因。     

纳米Si粉对聚硅氧烷裂解及用其连接的SiC陶瓷接头强度的影响

无压烧结SiC(SSiC)陶瓷是重要的高温结构材料,连接技术是扩大其应用范围的关键技术之一。将纳米Si粉添加到聚硅氧烷(SR355)中制成连接材料,通过反应成形连接工艺连接SSiC。结果表明,纳米Si粉的加入对SR355的交联固化以及裂解和结晶化过程有一定的抑制作用,并能增加其陶瓷产率,因而可减少中间层的气孔率和收缩率,有利于连接强度的提高。纳米Si粉的最佳添加量为2%(质量分数)。连接温度对接头强度有显著影响,在纳米Si粉添加量为2%、连接压力为40 kPa、保温时间为30 min的条件下,当连接温度为1 100℃时,连接强度达到最大值64.7 MPa。微观结构研究显示,该试样中间层由C、O和Si元素组成,界面结合较好,Si和O元素在界面区域发生扩散,有利于提高连接强度。     

Ti对A1-Ag-Cu反应扩散连接SiCp/2618A1复合材料接头组织及力学性能的影响

采用Al、Ag、Cu等混合粉末作为中间夹层对铝基复合材料(SiCp/2618A1)进行反应扩散连接,通过在中间夹层中添加Ti,研究了Ti对接头组织结构和力学性能的影响.研究结果表明:在连接温度540℃,保温60min的情况下,Ti的加入改善了Al-Ag-Cu共晶液相对铝基复合材料表面Al2O3氧化膜和SiC颗粒的润湿性.可以获得均匀致密度高的连接接头;接头主要由Ag、AI和AI-Ag固溶体组成,在其中分布了少量的Al4Cu9、Al3Ti、Ag2Al和SiC;接头的剪切强度随Ti添加量的增加而提高,但过多的加入Ti反而降低接头的剪切强度.当Ti添加量为2.1%(质量分数)时,连接效果最好,接头剪切强度可达到101MPa.     

烧结工艺对MoSi2/316L接头组织形貌的影响

以MoSi2/316L梯度材料作为过渡层,采用放电等离子烧结技术实现了MoSi2与316L不锈钢的连接,着重研究了烧结温度、烧结压力及保温时间对MoSi2/316L接头组织形貌的影响.结果表明:烧结温度与压力的升高有利于改善接头组织与形貌,保温时间对连接性能影响不大;在50MPa、1 050℃×10min工艺条件下,可得到致密的MoSi2/316L连接接头,该接头无宏观缺陷及层间开裂,界面结合紧密,组织形貌良好.