基体中Si含量对Al-Si/SiCP复合材料界面结合的影响

采用扫描电镜对SiC颗粒增强Al-7%Si(质量分数,下同)、Al-12%Si和Al-22%Si三种铝基复合材料中基体/SiC的界面结合状况进行了研究,结果表明:尽管基体合金中的Si含量不同,但复合材料的基体/SiC界面都有Si相小颗粒析出;在w(Si)=12%的共晶Al-Si合金为基体的复合材料中,SiC颗粒周围Si相小颗粒数量最多.Si相存在于SiC颗粒与铝合金基体之间,一边与基体相连,另一边与SiC增强体相连,起到了"连接桥"的作用,改善了复合材料的界面结合质量.     

半固态制备Ti_3SiC_2/Al-4Si复合材料的界面反应对组织及性能影响

以Ti_3SiC_2粉末为增强体,Al-4Si合金作为基体,通过半固态工艺制备了5%(质量分数)Ti_3SiC_2/Al-4Si复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等研究了半固态制备5%(质量分数)Ti_3SiC_2/Al-4Si复合材料的界面反应对其组织及性能的影响。结果表明,在半固态制备过程中Ti_3SiC_2与Al-4Si基体发生界面反应生成了Al_3Ti、TiC、Al_4C_3物相,Al_3Ti及TiC颗粒分布在晶界处;复合材料硬度约为46.8 HV0.3,相比Al-4Si基体合金硬度略微提高;与Al-4Si基体合金相比,界面反应产生的第二相颗粒显著改善复合材料的摩擦学性能,摩擦系数为0.263,磨损量为0.0069 g。     

Si粉微合金化对钢-铝复合材料界面的影响

采用粉末轧制工艺,在界面添加4％ Si粉进行界面微合金化调控,成功制备出界面结合良好的钢-铝复合材料.研究了界面微合金化设计、扩散退火处理工艺对钢-铝复合材料界面区元素扩散、生成物相的影响规律,探讨了元素Si界面调控的作用机理.结果表明:添加4％ Si粉界面微合金设计,在500℃扩散退火,保温1h热处理工艺下,复合材料界面未出现金属间化合物,600℃扩散退火,保温1h热处理工艺下,仅出现少量化合物Fe2Al5,Si粉界面微合金化处理能延缓界面化合物相生成,使生成Fe2Al5相的扩散温度向高温推移;Si扩散固溶到Fe、Al基体中形成连续固溶体,提高了界面两侧物理及力学性能的连续性,改善复合材料的界面结合.     

Yb和Si对Al-Zr合金析出行为的影响及作用机制

采用显微硬度、电导率测试、扫描电镜及三维原子探针等测试手段研究了Al-ZrYb、Al-Zr-Si和Al-Zr-Si-Yb合金的时效析出行为以及Yb和Si的作用机制。结果表明,同时添加Yb和Si能明显提高Al-Zr合金的析出强化性能,两者均可加速Al-Zr合金时效析出,但作用机制不同。时效初期Yb在α-Al中优先扩散,形成Al_3Yb作为Zr析出的异质核心,加速Zr的析出,形成核壳结构的复合析出相Al_3(Zr_(1-x)Yb_x)。Si可以提高Zr在Al基体中的扩散速率,因此添加Si后合金中Al_3Zr的时效析出孕育期缩短,析出相长大速率增大,但同时合金抗粗化能力下降。此外,Si的加入大大降低了Yb在Al基体中的固溶度。因此尽管Yb仍然倾向于偏聚在析出相中心,但原子分数仅约1%,Zr在析出相中几乎均匀分布,Si在基体/析出相界面处略有偏聚,析出相(Al,Si)_3(Zr_(1-x)Yb_x)总体上不呈现核壳结构。     

变形道次对基于等径角挤扭法制备的SiC_p/Al复合材料界面的影响（英文）

在250°C下,利用等径角挤扭变形工艺(ECAP-T)将纯Al和经氧化处理的Si C混合粉末固结成10%Si Cp/Al复合材料。采用X射线光电子能谱仪(XPS)测定SiC颗粒氧化处理前后Si元素的价态以及固结后复合材料中Al元素的价态,通过扫描电镜(SEM)对复合材料的界面进行观察,并利用能谱仪(EDS)对界面结合处进行元素线扫描和面扫描,最后对复合材料界面进行纳米硬度的测量。结果表明,ECAP-T变形后,Al和Si C的氧化层之间发生了界面反应,抑制了有害界面相的产生,并产生了基体和增强体之间的元素互扩散;随着ECAP-T变形道次的增加,界面反应程度加剧,元素扩散层加厚,使复合材料从增强体到基体的硬度过渡更加平缓。     

3D打印制备SiC预制体增强铝基复合材料的微观组织

采用3D打印制备SiC陶瓷预制体,用压力浸渗工艺制备SiC增强A356基复合材料(SiC/A356复合材料),采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(X-ray)等对其物相、组织形貌等进行研究。结果表明,用该方法制备的SiC/A356复合材料组织致密,颗粒分布均匀,颗粒与基体的界面结合性能较好;SiC增强与A356基体界面反应控制良好,未检测到Al_4C_3脆性相生成,表明A356合金中的Si有利于防止脆性相Al4C3的形成,Mg元素的存在提高了A356基体和SiCp增强体之间的润湿性。     

预热温度对C_f/Al复合材料微观组织及室温与高温力学性能的影响

以石墨纤维三维五向织物为增强体,铝合金ZL301为基体,采用真空辅助压力浸渗法制备了三维五向增强Cf/Al复合材料,研究了不同预热温度制备的复合材料微观组织特征和界面反应程度,测试了复合材料在室温和高温下的拉伸力学性能并分析了其断口形貌。结果表明:复合材料相对致密度随预热温度提高而增加,纤维局部偏聚现象也明显减少,与此同时,界面反应物Al_4C_3相随预热温度提高而显著增多,530～570℃复合材料室温强度随组织缺陷减少而增大,570～600℃复合材料室温强度随界面反应程度增大而显著降低;高温(300℃)强度随预热温度提高而增加,适当提高界面反应程度有利于提高复合材料高温力学性能,高温拉伸中基体合金回复软化和界面结合强度弱化促进了复合材料断裂过程中的纤维拔出与界面滑移。     

微纳米颗粒增强TiAl基复合材料组织与室温力学性能

原位自生颗粒增强金属基复合材料是提高金属材料强韧性的有效途径,采用放电等离子烧结技术(SPS),以氧化石墨烯、碳化硅、氮化硼为增强体,原位自生制备TiAl基复合材料,研究第二相对TiAl基复合材料显微组织演变及室温性能的影响。结果表明,增强体的改变直接影响了TiAl基复合材料第二相形貌和分布。添加石墨烯在TiAl合金α₂和γ片层界面处弥散析出微纳米尺度第二相Ti₂AlC;添加碳化硅在基体中分别生成微米级晶界相Ti₅Si₃,微纳米片层间相Ti₂AlC;添加氮化硼未能在TiAl合金α₂和γ片层界面处析出微纳米第二相,而是纳米级TiB₂和Ti₂AlN相析出在晶界处与基体形成连续核壳结构;复合添加石墨烯和氮化硼既能在片层间原位析出Ti₂AlC相,又能在晶界处形成核壳结构。TiAl基复合材料的室温压缩性能和摩擦磨损性能均得到有效提高,复合添加石墨烯和氮化硼可获得优异的室温力学性能。TiAl基复合材料的...     

底部真空无压浸渗制备SiC_p/Al工艺与性能（英文）

采用底部真空无压浸渗新工艺制备了β-SiCp/Al复合材料。SiC预制体在1373 K高温氧化及被熔融铝浸渗时加入Si、Mg合金元素。通过金相显微镜及SEM表征了复合材料的表面和断口形貌。结果表明,SiC颗粒在基体铝中分布均匀,SiC预制体浸渗完全。XRD分析表明,复合材料中的主晶相为SiC和Al,存在Mg2Si,MgAl2O4界面产物,没有出现Al4C3脆性相。复合材料的力学性能研究表明,复合材料的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损;随着SiC体积分数的增加,复合材料的磨损率下降,硬度上升。     

预热温度对三维五向Cf/Al复合材料微观组织及室温与高温力学性能的影响

以石墨纤维三维五向织物为增强体,铝合金ZL301为基体材料,采用真空辅助压力浸渗法制备了三维五向增强C_f/Al复合材料,研究了不同温度制备的复合材料微观组织特征和界面反应程度,测试了复合材料在室温和高温下的拉伸力学性能并分析了其断口形貌。结果表明：复合材料相对致密度随制备温度提高而增加,纤维局部偏聚现象也明显减少,与此同时,界面反应物Al₄C₃相随制备温度提高而显著增多,530℃到570℃复合材料室温拉伸极限强度随组织缺陷减少而增加,570℃到600℃复合材料室温极限拉伸强度随界面反应程度增大而显著降低;高温拉伸极限强度随制备温度提高而增加,适当提高界面反应程度有利于提高复合材料高温力学性能,高温拉伸中基体合金回复软化和界面结合强度弱化促进了复合材料断裂过程中的纤维拔出与界面滑移。     

SiCf/Ti-60热稳定性研究

本文对采用磁控溅射先驱丝法制备的SiC_f/Ti-60复合材料进行不同温度下长时间热暴露实验,分析了热等静压态和热暴露态复合材料界面区结构稳定性及元素扩散规律。研究结果表明,界面反应层主要产物为TiC,纤维中C、Si元素和基体中Ti及其它合金元素进行互扩散;C元素扩散速率较快,在界面处和基体内形成TiC,基体中的TiC主要集中分布在α相晶界处。SiC_f/Ti-60复合材料反应层长大受扩散控制并遵循抛物线定律,界面反应层长大指数因子为2.27×10_-4 m/s_1/2,界面反应层长大激活能为118 kJ/mol。     

Al对CNTs增强Nb/Nb5Si3复合材料组织和性能的影响

以Nb、Si、CNTs和Al粉末为原料,采用放电等离子烧结法(SPS)原位合成了Nb-20Si-2 mass%CNTs-xAl(x=0、1、2、3、4 mass%)复合材料。利用扫描电镜(SEM)、电子探针微区分析(EPMA)和X射线衍射(XRD)等对复合材料的组织结构进行了分析,研究了Al对CNTs增强Nb/Nb5Si3复合材料的组织和性能的影响。结果表明:Al能部分固溶于Nb5Si3和Nbss相中,多余的Al会与Nb反应生成AlNb3相,较均匀地分布中Nb5Si3相中,并大部分聚集在Nb/Nb5Si3的界面处。Al元素的加入能明显改善Nb/Nb5Si3复合材料的断裂韧性,随着Al含量的增加,复合材料的断裂韧性先升高后降低,其中Al含量为2 mass%时达到最大值,即6.94 MPa·m^1/2,相对于未加时提高了约56.9%。同时Al元素还能有效降低Nb/Nb5Si3复合材料高温氧化速度,提高高温抗氧化性能,而Al元素的加入量越高,其高温抗氧化性能越好。     

High-temperature thermal stability of C/C-ZrC-SiC composites via region labeling method

To investigate the thermal stability of ceramic-matrix composites, three kinds of C/C-ZrC-SiC composites with different Zr/Si molar ratios were synthesized by reactive melt infiltration. Employing region labeling method, the high-temperature thermal stability of the composites was systematically studied by changing the temperature and holding time of thermal treatment. Results show that the mass loss rate of low Si composites has a growth trend with increasing temperature, and a crystal transformation from β-SiC to α-SiC occurs in the composites. In the calibrated area, SiC phase experiences Ostwald ripening and volume change with location migration, while ZrC phase experiences a re-sintering process with diffusion. Moreover, it is found that increasing temperature has a more obvious effect on the thermal stability than extending holding time, which is mainly attributed to the faster diffusion rate of atoms.     

Effects of temperature on fracture behavior of Al-based in-situ composites reinforced with Mg2Si and Si particles fabricated by centrifugal casting

An aluminum-based in-situ composites reinforced with Mg₂Si and Si particles were produced by centrifugal casting Al–20Si–5Mg alloy. The microstructure of the composites was examined, and the effects of temperature on fracture behavior of the composite were investigated. The results show that the average fraction of primary Si and Mg₂Si particles in the composites is as high as 38%, and ultimate tensile strengths (UTS) of the composites first increase then decrease with the increase of test temperature. Microstructures of broken specimens show that both the particle fracture and the interface debonding affect the fracture behavior of the composites, and the interface debonding becomes the dominant fracture mechanism with increasing test temperature. Comparative results indicate that rich particles in the composites and excellent interface strength play great roles in enhancing tensile property by preventing the movement of dislocations.     

Ti对SPS烧结Nb/Nb5Si3复合材料组织和性能的影响

以Nb、Si和Ti粉末为原料,采用放电等离子烧结(SPS)技术对Nb-20Si、Nb-20Si-5Ti、Nb-20Si-15Ti和Nb-20Si-24Ti材料进行原位合成。利用扫描电镜(SEM)、电子探针微区分析(EPMA)和X射线衍射(XRD)等手段对材料的组织结构进行分析,探讨Ti对复合材料组织和性能的影响规律。结果表明,Ti元素的加入使得复合材料中Nb5Si3相转变成(Nb,Ti)5Si3,随着Ti加入量的增加,组织中出现了单质的Ti相,当Ti含量达到24%时,组织中还会出现Nb3Si相;同时Ti的加入会降低复合材料的硬度,提高其高温抗氧化性能。     

Mo effect on the phase stability and room-temperature fracture toughness of Nb/Nb_5Si_3 in-situ composites

Nb/Nb5Si3 in-situ composites are very attractive structural materials because these materials perform a good balance in mechanical properties, including high strength at high temperature (>1000℃) and reasonably high fracture toughness at room temperature. Metastable phase Nb3Si plays an important role in the properties of     

SiC/Ti6Al4V复合材料界面反应产物的形成序列及扩散路径

通过SiC/Ti6Al4V钛基复合材料的制备及在不同条件下的热处理试验，利用SEM，EDS及XRD分析技术研究复合材料界面反应产物相的形成及反应元素的扩散路径。结果表明：反应元素如C，Ti，Si在界面反应层中出现浓度波动，合金元素Al并没有显著扩散进入界面反应产物层，而是在界面反应前沿堆积，其界面反应产物被确认为Ti3SiC2，TiCx，Ti5Si3C，和Ti3Si；在界面反应初期，存在着TiC＋Ti5Si3Cx双相区，当形成各界面反应产物单相区时，SiC／Ti6Al4V复合材料界面反应扩散的完整路径应为：SiC ｜ Ti3SiC2 ｜ Ti5Si3Cx ｜ TiCx ｜ Ti3Si｜ Ti6Al4V＋TiCx；界面反应产物层的生长受扩散控制，遵循抛物线生长规律，其生长激活能Q^k及k0分别为290.935 kJ·mol^-1,2.49× 10^-2 m·s^-1/2.     

MoSi2 oxidation resistance coatings for Mo5Si3/MoSi2 composites

In order to improve the oxidation resistance properties of 30 at.% Mo5Si3/MoSi2 composite at high temperature in air, a molybdenum disili-tide coating was prepared on its surface by a molten salt technology. XRD and SEM analysis showed that only tetragonal MoSi2 phase ex-isted in the coating after being siliconized for 5 h at 900℃. The oxidation film formed on the uncoated sample was not dense, so that oxygen diffused easily through it. The volatilization of MoO3 resulted in the oxidation film separating from the substrate. The MoSi2coating was proved to be an effective method to prevent 30 at.% MosSi3/MoSi2 composites from being oxidized at 1200℃. A dense glassy SiO2 film was formed on the MoSi2 coating surface, which acted as a barrier layer for the diffusion of oxygen atoms to the substrate. The 30at.% Mo5Si3/MoSi2 composites with a MoSi2 coating showed much better oxidation resistance at high temperature.     

化学镀镍层与Si3N4陶瓷的界面反应

采用真空加热和辉光离子轰击加热两种方式,对化学镀镍Si3N4陶瓷进行扩散热处理,并利用X射线衍射仪分析和讨论了化学镀Ni层与Si3N4的界面反应.分析表明,辉光离子轰击扩散能够显著促进镀Ni层与Si3N4的界面反应,其界面反应产物为Ni2Si、Ni3Si和Ni5Si2.随着扩散热处理温度的提高,反应产物的数量明显增加.处理前后,化学镀镍Si3N4陶瓷与金属钎焊接头剪切强度可由70mPa提高至123mPa.