用聚碳硅烷为先驱体制备SiC/Si3N4纳米复相陶瓷

采用聚碳硅烷(PCS) 为先驱体, 利用原位生长法制备SiC/Si₃N₄ 纳米复相陶瓷, 其室温弯曲强度和断裂韧性达到了637M Pa 和8. 10M Pa·m1/2 。研究了材料微观结构的形成及断裂机理,指出在微观结构的形成过程中, 控制SiC 纳米微晶的生成和B-Si₃N₄ 柱状晶的生长是关键, 而增韧补强的主要原因在于形成了晶内型结构和长径比大(大于7. 5) 的Si₃N₄ 柱状晶, 从而改变了断裂机理。      

Co800基激光熔覆/重熔增强多物相复合层组织及耐磨性能

目的 增强钛合金表面耐磨损性能。方法 采用激光熔覆与激光重熔技术在TC4钛合金表面制备Co800–Si₃N₄–YPSZ(Y₂O₃部分稳定ZrO₂)与Co800–Si₃N₄–YPSZ–MGOSs(单层氧化石墨烯薄片)复合层,并对熔覆层及重熔层微观组织结构、元素分布及耐磨损性能进行分析。结果 细晶强化作用改善了Co800–Si₃N₄–YPSZ–MGOSs熔覆层的耐磨性。激光重熔后,在熔池快速冷却过程中产生了非晶–纳米晶相,促进了多物相重熔层形成。MGOSs受热分解释放了C,在熔池中原位生成了Ti(CN)。结论 含有Ti₅Si₃、TiN及TiC等多种硬质增强相的Co800–Si₃N₄–YPSZ–MGOSs熔覆层的摩擦因数较TC4的摩擦因数降低,其磨损体积约为TC4磨损体积的1/7。     

氮化硅改性聚酰亚胺复合涂层的耐热蚀性能研究

为满足高温条件下高分子复合涂层的应用需求，推进高分子有机复合涂层在高温防护领域的实际应用，选择聚酰亚胺(PI)为树脂基体，通过加入纳米Si₃N₄改性增强其耐热性，研究硅烷偶联剂KH550与不同含量的Si₃N₄对涂层表面状态以及耐热性能的影响。实验结果表明：加入10%(质量分数)Si₃N₄的改性复合涂层的玻璃化转变温度(T_g)达到495℃,高于纯PI涂层的T_g(483℃)。加入KH550后，一方面KH550在Si₃N₄表面引入氨基官能团使其与PI分子链交联，另一方面KH550直接与PI分子相互作用提升涂料的黏度，使Si₃N₄分散性及涂层与基体的结合力均有显著提升。此外，分别制备不同含量Si₃N₄的PI复合涂层并进行比较，发现10%Si₃N₄的...     

球磨介质对氮化硅粉体的微观形貌和表面氧化硅层的影响

氮化硅(Si₃N₄)粉体极易氧化，表面氧化硅层氧含量过高会对Si₃N₄陶瓷的力学性能和导热性能产生不利影响。在球磨法细化Si₃N₄粉体过程中，分别选取去离子水、无水乙醇和质量分数为20%的氢氧化钠(NaOH)溶液作为3种球磨介质，研究不同球磨介质对细化后的Si₃N₄纳米粉体的颗粒粒径和表面氧化硅层氧含量的影响；采用X射线衍射分析仪、激光粒径仪、场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、氧氮分析仪、傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪分析Si₃N₄纳米粉体的物相组成、粒径分布、微观形貌、表面氧化硅层的氧含量、化学基团和化学键种类及浓度；探讨碱液法球磨制备表面氧化硅层的氧含量较低的Si₃N₄粉体的机制。结果表明：以NaOH溶液为球磨介质时，Si₃N₄粉体先与水反应生成非晶氧化硅层，...     

1450℃反应烧结Fe3Si-Si3N4复合耐火材料的相组成

以Si粉和Fe₃Si-Si₃N₄为原料,在高纯N₂气氛下制备Si₃N₄/Fe₃Si-Si₃N₄复合材料。氮化烧成后Si₃N₄结合Fe₃Si-Si₃N₄复合耐火材料试样中物相为Si₃N₄、Fe₂Si、FeSi和Si₂N₂O。其中Si₂N₂O含量约6%,且在试样中心和外部分布不均匀。Fe₃Si-Si₃N₄原料是Fe₃Si和Si₃N₄两相共存材料,热力学评估和材料的微观结构分析表明,Fe₃Si和部分Si粉形成新的低熔点硅铁合金,使靠近试样表面部位的部分开口气孔被液态硅铁合金所堵塞或填充,试样中心部位的微量氧不能迁移至外部,N₂中微量氧将Fe₃Si-Si₃N₄原料中Si₃N₄氧化,形成Si₂N₂O包裹,导致试样中心Si₂N₂O含量比边缘部位高。Si₂N₂O的形成使体系氧分压降至Si₃N₄稳定存在的氧分压时,Si粉直接氮化形成柱状Si₃N₄,而非纤维状Si₃N₄,同时在1 450℃氮化烧成条件下,Fe的存在促进了α-Si₃N₄向β-Si₃N₄的转变。     

氮化硼纳米管增强氮化硅复合材料的裂纹扩展阻力行为

用氮化硼纳米管(BNNT)增强氮化硅(Si₃N₄)陶瓷制备了BNNT/Si₃N₄复合材料, 利用三点弯曲强度及单边切口梁(SENB)法测定了BNNT/Si₃N₄复合材料的弯曲强度和断裂韧性。通过SEM观察了BNNT/Si₃N₄复合材料微观形貌。基于BNNT增强Si₃N₄陶瓷复合材料的裂纹扩展阻力计算公式, 构建了BNNT对Si₃N₄陶瓷裂纹屏蔽区的裂纹扩展阻力的数学模型。用该模型的计算结果与Si₃N₄陶瓷的裂纹扩展阻力进行了对比。结果表明: BNNT/Si₃N₄复合材料的弯曲强度和断裂韧性明显高于Si₃N₄陶瓷, 说明BNNT对Si₃N₄陶瓷的裂纹扩展有阻力作用, 摩擦拔出是Si₃N₄陶瓷抗裂纹扩展能力提高的主要原因; BNNT对Si₃N₄陶瓷有明显的升值阻力曲线行为。通过有限元模拟裂纹尖端应力分布, 发现BNNT使Si₃N₄陶瓷裂纹尖端的最大应力转移到纳米管上, 而且BNNT降低了Si₃N₄陶瓷裂纹尖端的应力, 对Si₃N₄陶瓷尖端的裂纹有屏蔽作用, 从而提高了Si₃N₄陶瓷的裂纹扩展阻力。     

原位引入BN-SiC燃烧合成Si3N4-BN-SiC复合材料

Si₃N₄-BN-SiC复合材料以其良好的力学性能和抗氧化性能而具有良好的工程应用前景。本研究以Si、Si₃N₄稀释剂、B₄C和Y₂O₃为原料, 采用燃烧合成法成功制备了Si₃N₄-BN-SiC复合材料。通过Si、B₄C和N₂气之间的反应, 在Si₃N₄陶瓷中原位引入BN和SiC, 制备的Si₃N₄-BN-SiC复合材料由长棒状的β-Si₃N₄和空心球形复合材料组成。实验研究了空心球微结构的形成机理, 结果表明, 生成的SiC、BN颗粒及玻璃相覆盖在原料颗粒上, 当原料颗粒反应完全时, 形成空心球形微结构。并进一步研究了B₄C含量对Si₃N₄-BN-SiC复合材料力学性能的影响。原位引入SiC和BN在一定程度上可以提高复合材料的力学性能。当B₄C添加量为质量分数0~20%时, 获得了抗弯强度为28~144 MPa、断裂韧性为0.6~2.3 MPa·m ^1/2, 杨氏模量为17.4~54.5 GPa, 孔隙率为37.7%~51.8%的Si₃N₄-BN-SiC复合材料。     

反应烧结制备Si3N4/SiC复相陶瓷及其力学性能研究

以两种不同配比Y₂O₃/Al₂O₃ (A, 2:3; B, 3:1, 总量15 wt%)为烧结助剂, 通过添加不同质量分数的SiC粉体,反应烧结制备了高强度的氮化硅/碳化硅复相陶瓷。并对材料的相组成、相对密度、显微结构和力学性能进行了分析。结果表明: 在1700℃保温2 h情况下, 烧结助剂A 与B对应的样品中α-Si₃N₄相全部转化为β-Si₃N₄; 添加5wt% SiC, 烧结助剂A对应样品的相对密度达到最大值94.8%, 且抗弯强度为521.8 MPa, 相对于不添加SiC样品的抗弯强度(338.7 MPa)提高了约54.1%。SiC能有效改善氮化硅基陶瓷力学性能, 且Si₃N₄/SiC复相陶瓷断裂以沿晶断裂方式为主。     

旋转超声磨削Si3 N4陶瓷用金刚石磨具磨损行为研究

热压烧结Si₃N₄陶瓷材料常应用于航天飞行器中关键耐高温零部件,但由于高硬度和低断裂韧性,其加工效率和加工表面质量难以满足制造需求。为了提高热压烧结Si₃N₄陶瓷旋转超声磨削加工质量,减小由于金刚石磨具磨损带来的加工误差,开展了磨具磨损行为研究。基于热压烧结Si₃N₄陶瓷旋转超声磨削加工实验,分析了金刚石磨具磨损形式;基于回归分析建立了金刚石磨具磨损量数学模型,揭示了加工参数及磨具参数与金刚石磨具磨损量间映射关系;并研究了磨损形式与磨具磨损量及加工表面粗糙度影响规律。结果表明：磨粒磨耗是旋转超声磨削Si₃N₄陶瓷用金刚石磨具最主要磨损形式,比例超过50%;主轴转速和磨粒粒度对磨具磨损量影响最为显著;且磨损量较小时,加工表面粗糙度值反而增加。以上研究可为提高旋转超声磨削Si₃N₄陶瓷加工精度和加工质量提供指导。     

碳含量对CrN:a-C多相复合涂层摩擦学性能的影响

分别以Cr靶、N₂与C₂H₂作为Cr源、氮源与碳源,采用多弧离子镀技术制备CrN:a-C多相复合涂层,通过调节C₂H₂的流量改变涂层中碳的含量,使用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、场发射扫描电镜热场(FE-SEM)、多功能摩擦磨损试验机等手段研究了碳含量对其组成结构、机械性能以及摩擦学性能的影响。结果表明：随着涂层内碳含量的提高涂层非晶碳的结构特征逐渐明显和涂层致密性降低,使机械性能降低但是其结合力和硬度仍然比较高。在干摩擦和5W-30润滑油环境中涂层均呈现出较好的低摩擦与低磨损特性。碳含量和摩擦产物的影响,使摩擦系数和磨损率在两种环境中均先提高后降低。在C₂H₂流量为120 sccm的条件下在干摩擦和润滑油环境中涂层的摩擦系数分别为0.33和0.12,磨损率分别为1.3×10^-5 mm³/(N·m)和7.4×10^-6 mm³/(N...     

纳米碳管增强炭/炭复合材料的研究进展

纳米碳管(CNTs)具有独特的结构、优异的力学性能、热稳定性与传导性能,是炭/炭(C/C)复合材料理想的增强体.综述了纳米碳管增强炭/炭(CNTs/C/C)复合材料的制备方法,讨论了该复合材料的微观结构、摩擦学性能和传导性能,并展望了CNTs/C/C复合材料的潜在应用和发展趋势.     

C/C复合材料的吸湿性研究进展

综合评述了C／C复合材料吸湿性机理及吸湿对摩擦学影响的国内外研究现状，分析了孔隙率对吸湿性能的影响，指出关于C／C复合材料吸湿对摩擦磨损性能影响机理的研究仍不完善，并提出了进一步研究中应关注的问题。     

镍催化制备炭/炭复合材料研究

采用催化化学气相渗透法(CCVI)制备出炭/炭(C/C)复合材料.考察了Ni/SiO2、Ni/Al2O3、Ni/ZSM-5负载型催化剂对热解炭沉积速率和微观结构的影响,并借助偏光显微镜(PLM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射分析(XRD)表征了热解炭的微观结构.结果表明:在添加催化剂的碳纤维预制体中,热解炭有较快的沉积速率和较好的微观结构.其微观结构和沉积机理均与催化剂有关.     

Effect of Growth Temperature on Carbon Nanotube Grafting Morphology and Mechanical Behavior of Carbon Fibers and Carbon/Carbon Composites

High-purity carbon nanotubes(CNTs) with different orientation and lengths were grafted on carbon fibers(CFs) in woven fabrics by using double injection chemical vapor deposition and adjusting the growth temperature.Scanning electron microscopy(SEM),transmission electron microscopy(TEM) and Raman investigations reveal that the grafted CNTs change from being predominantly aligned and uniform in diameter to absolutely disordered and variable in diameter,whilst they show significantly increased crystallinity,as the growth temperature is increased from 730 °C to 870 °C.In tensile tests of fiber bundles,much more strength degradation of CFs was observed after the growth process at higher temperature than that at lower temperature.These hybrid preforms produced at different growth temperatures were used to reinforce carbon/carbon(C/C) composites.An increment of 34.4% in out-of-plane compressive strength(OCS) was obtained for the composites containing CNTs grown at 730 °C,while the OCS increment exhibits an obvious decrease with increasing the growth temperature.Compared with the higher growth temperature,the lower temperature contributes to the decrease in the strength loss of reinforcing fibers and meanwhile the growth of large extending length of CNTs,which can provide long reinforcement to the pyrocarbon matrix,and thus increase the compressive strength better.     

碳/碳复合材料的疲劳行为研究

碳/碳复合材料作为理想的高温结构材料,在服役过程中不可避免地涉及疲劳加载的情况,其疲劳行为的研究具有十分重要的意义.本文对近年来碳/碳复合材料疲劳行为的研究情况进行了综述,总结出了疲劳行为特点.提出了"界面控制"疲劳机理分析模型,并用此模型合理解释了碳/碳复合材料优异的抗疲劳性能以及异常的"疲劳强化"现象.并在此基础上,对今后的研究工作发表了一些看法.     

C/C复合材料的疲劳性能及损伤研究现状

碳/碳复合材料作为理想的高温结构材料,在服役过程中不可避免地涉及疲劳加载的情况,其疲劳行为的研究具有十分重要的意义.通过对近年来C/C复合材料疲劳行为的研究情况进行的综述,总结出了疲劳特点以及疲劳过程中材料微观结构的变化特点.并在此基础上,对今后的研究工作发表了一些看法.     

碳/碳复合材料表面粗糙度对成骨细胞生长行为的影响

采用化学气相沉积工艺制备了碳/碳(C/C)复合材料, 用表面轮廓仪检测了表面粗糙度, 用MG-63成骨细胞进行了细胞试验, 研究了C/C复合材料表面粗糙度对成骨细胞形貌、粘附和增殖的影响规律. 结果表明: C/C复合材料表面粗糙度越高则成骨细胞在其表面的粘附率越高, 增殖率越低; C/C复合材料表面粗糙度对成骨细胞的生长方向和形貌具有诱导作用, 粗糙度越高则方向诱导作用越明显, 且细胞附着形貌呈梭形或长条状, 立体感强, 反之成骨细胞则呈现片状, 铺展状态好.     

掺杂改性C/C复合材料研究进展

陶瓷掺杂改性碳/碳(C/C)复合材料在保持C/C复合材料原有优异高温力学性能及尺寸稳定性等特性的前提下,显著提高了C/C复合材料的高温抗氧化、抗烧蚀性能,且其具有可设计性和良好的抗热震性能等优势,是新型高超声速飞行器和新一代高性能发动机热防护部件的理想候选材料。综述了国内外在SiC陶瓷掺杂改性C/C复合材料,ZrC,ZrB2超高温陶瓷掺杂改性C/C复合材料以及TaC,HfC超高温陶瓷掺杂改性C/C复合材料等方面的最新研究进展和应用情况,并分析了陶瓷掺杂改性C/C复合材料目前研究及应用中存在的主要问题和今后潜在的研究发展方向。     

医用炭/炭复合材料表面梯度CVD热解炭涂层的摩擦性能研究

采用医用炭/炭复合材料并通过梯度化学气相沉积法(CVD)在其表面制备热解炭涂层, 研究分析了涂层的显微结构、摩擦系数、磨损情况. 结果发现, 该热解炭涂层表面被直径约20 μm热解炭球致密覆盖, 在断口处呈现紧密、多层的热解炭. 与用沥青浸渍/炭化法制备的炭/炭复合材料相比, 在干摩擦时, 热解炭涂层样品的摩擦系数更大; 在模拟人体关节的湿摩擦时, 它的摩擦系数低; 在干摩擦和湿摩擦的情况下, 它的磨损要小很多. 这些结果表明利用梯度的化学气相沉积法(CVD)制备医用炭/炭复合材料的涂层可以提高其表面的耐磨性.     

基于数字金相的碳素钢碳含量测定

碳含量测定对碳素钢性能评定具有重要意义。该试验基于Image-Pro Plus(IPP)软件测定碳素钢金相图片中不同组织的相对含量,然后通过计算得到其碳含量。结果表明:该方法简单、有效,可实现碳含量测定的自动化和定量化。