ZrC_p/W复合材料的烧蚀性能

用自制的氧乙炔烧蚀装置对ＺｒＣｐ／Ｗ复合材料烧蚀性能进行了研究。结果表明：复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率由低到高的排列顺序为 ４０％ＺｒＣｐ（体积分数,下同）／Ｗ＜３０％ＺｒＣｐ／Ｗ＜Ｗ;钨中加入ＺｒＣ颗粒明显提高了钨的抗烧蚀性能,而且 ＺｒＣ颗粒含量越高,材料抗烧蚀性能越好。并用多波长高温计对烧蚀表面温度进行在线测试。复合材料烧蚀机理是Ｗ,ＺｒＣ的氧化烧蚀。     

ZrCp／W复合材料的烧蚀性能

用自制的氧乙炔烧蚀装置对ZrCp/W复合材料烧蚀性能进行了研究。结果表明复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率由低到高的排列顺序为40％ZrCp(体积分数,下同)/W＜30％ZrCp/W＜W;钨中加入ZrC颗粒明显提高了钨的抗烧蚀性能,而且ZrC颗粒含量越高,材料抗烧蚀性能越好。并用多波长高温计对烧蚀表面温度进行在线测试。复合材料烧蚀机理是W,ZrC的氧化烧蚀。     

TiCp／W复合材料的制备工艺与力学性能

研究了烧结温度,烧结保温时间和烧结压力等工艺参数对各３０％ＴｉＣ（体积分数,下同）颗粒的钨基复合材料的力学性能的影响,得到了制备３０％ＴｉＣｐ／Ｗ复合材料的优化的热压烧结工艺为：２０００℃,２０ＭＰａ压力下烧结６０ｍｉｎ,用优化工艺制备的３０％ＴｉＣｐ／Ｗ复合材料的高温强度比其室温强度要高,这种极好高温强度主要是由于Ｗ基体随温度上升发生了由脆性到塑性的转变,使ＴｉＣ颗粒的增强效果在高温得以充分发挥     

化学成分对原位TiCp/Fe复合材料组织和性能的影响

系统地研究了化学成分对原位ＴｉＣｐ／Ｆｅ复合材料组织和性能的影响,并确定了该材料的最佳化学成分。结果表明：Ｔｉ是影响复合材料组织中ＴｉＣ颗粒形核率的关键因素,而Ｃ主要影响组织中ＴｉＣ颗粒的尺寸;在合金熔体中,加入一定量的Ｓｉ有利于ＴｉＣ颗粒的形成,而Ｍｎ主要用来细化珠光体基体。     

TiCp/2024Al复合材料的流动性

用流动性真空测试仪,测试了ＴｉＣｐ／２０２４Ａｌ复合材料的流动性,从流体力学和传热学角度分析了影响ＴｉＣｐ／２０２４Ａｌ复合材料流动性的因素,建立了ＴｉＣｐ／２０２４Ａｌ复合材料液体在圆管内流动的数学模型,进行了理论计算,将其与实际测试结构相比较。结果显示温度、颗粒含量和充型压力是影响ＴｉＣｐ／２０２４Ａｌ复合材料流动的主要因素。     

铸造原位（In Situ）TiCp／Fe复合材料制备工艺的研究

研究了制备铸造原位ＴｉＣｐ／Ｆｅ复合材料的工艺方法,分析了所得材料的组织。结果表明;在Ｆｅ－Ｔｉ－Ｃ系合金熔体中,Ｔｉ与Ｃ易发生化学反应生成ＴｉＣ颗粒,该ＴｉＣ颗粒可成为奥氏体形核和生长的核心,在此基础上可制得具有较理想组织的铸造原位ＴｉＣｐ／Ｆｅ复合材料。     

ZrCp/W复合材料的组织结构和高温强度

在２０００℃,２０ＭＰａ压力下于１．３×１０－３Ｐａ真空中热压烧结１ｈ制备了含２０％ＺｒＣ颗粒（体积分数）的钨基复合材料。组织观察表明：ＺｒＣ颗粒比较均匀分布于Ｗ基体中,ＺｒＣ颗粒阻碍了Ｗ晶粒的长大,也妨碍了材料的致密化;由于ＺｒＣｐ／Ｗ界面处存在Ｗ及Ｚｒ元素的互扩散,得到了强的界面结合;部分Ｗ原子扩散到ＺｒＣ点阵中,形成了（Ｚｒ,Ｗ）Ｃ固溶体;随着温度提高,复合材料的抗弯强度逐渐提高,在８００℃达到最大值１０７４ＭＰａ,比室温强度７６２ＭＰａ提高４１％,而后又随温度继续上升而下降。ＺｒＣｐ／Ｗ复合材料这种好的高温强度主要是由于Ｗ基体随温度上升发生了由脆性到塑性的转变,使ＺｒＣ颗粒增强效果在高温得以充分发挥;位错强化、载荷传递和裂纹钉扎是ＺｒＣｐ／Ｗ复合材料的高温强化机理。     

C/C-Cu复合材料的烧蚀性能及烧蚀机理

采用真空熔渗技术制备新型C/C-Cu复合材料。采用氧-乙炔焰测试不同时间下C/C-Cu复合材料的抗烧蚀性能,利用XRD、SEM分析材料烧蚀后的物相组成及组织形貌,对C/C-Cu复合材料的烧蚀机理进行研究。结果表明:烧蚀时间对材料的烧蚀率有显著影响,随着时间的延长,材料的质量烧蚀率和线烧蚀率均呈上升趋势;烧蚀后复合材料表面生成氧化物相TiO2和Cu2O,原来的TiC相被TiO2相替代;C/C-Cu复合材料的烧蚀性能优于C/C复合材料的烧蚀性能;C/C-Cu复合材料的氧-乙炔焰烧蚀机制为热氧化烧蚀、热物理烧蚀(升华)和机械冲刷的综合作用。     

TiCP/3Cr13复合材料的显微组织和力学性能研究

用熔铸工艺过程中的原位反应合成方法制备了ＴｉＣｐ颗粒增强３Ｃｒ１３钢基复合材料。试验结果表明,该工艺制备的复合材料工艺性能优良,易于加工成形。当ＴｉＣｐ颗粒引入而形成的组织缺陷。ＴｉＣｐ的加入能有效地提高材料的常温及高温强度,但在一定程序上降低了材料的塑性和冲击韧性。     

激光熔覆原位合成TiCp/Al复合材料

利用激光熔覆技术,在ＺＬ１０４合金表面原位合成了ＴｉＣｐ／Ａｌ复合材料层。实验结果表明,经２０ｈ混制的Ａｌ－Ｔｉ－Ｃ粉末,在激光熔过程中可以充分反应合成ＴｉＣｐ;在所形成的ＴｉＣｐ／Ａｌ复合材料层中,ＴｉＣ颗粒尺寸细小,约８００ｎｍ;经激光熔覆后的ＴｉＣｐ／Ａｌ复合材料层中ＴｉＣ分布均匀,仅表层在约２００μｍ的ＴｉＣ颗粒富集区和邻近基底部分有２０μｍ的稀释区。     

TiC_p/W复合材料的热物理性能

采用热压烧结工艺制备了 Ti Cp/ W系列复合材料 ,分析测试了温度和 Ti C含量对复合材料的热物理性能的影响规律。结果表明 :随着温度的升高 ,复合材料的定压比热和平均线膨胀系数单调增大 ,热扩散率稍有减小 ,热导率略有增大。随 Ti C含量的增加 ,复合材料的定压比热和平均线膨胀系数线性增大 ,基本满足混合定律。热扩散率和热导率对材料的组织结构比较敏感 ,二者均随 Ti C含量的增加而急剧减小。热导率的实测值大大低于理论计算值 ,这主要是由晶界和孔洞等缺陷对导热粒子的强烈散射作用造成的。     

Fabrication of protective-coated SiC reinforced tungsten matrix composites with reduced reaction phases by spark plasma sintering

SiC reinforced tungsten matrix composites were fabricated via the spark plasma sintering process. In order to prevent an interfacial reaction between the SiC and tungsten during sintering, TiOx coated SiC particles were synthesized by a solution-based process. TiOx layer coated SiC particles were treated in high temperature nitriding conditions or annealed in a high temperature vacuum to form TiN or TiC coated SiC particles, respectively. The TiC layers coated on SiC particles successfully prevented tungsten from reacting with SiC; hence the proposed process resulted in successful fabrication of the SiC/W composites. The mechanical properties such as compressive strength and flexural strength of the composites were measured. Additionally, the effect of SiC on the high temperature oxidative ablation of tungsten was also investigated. The addition of SiC resulted in an improved oxidative ablation resistance of the tungsten-based composites.     

ZrCP/W复合材料的等离子烧蚀行为

采用等离子烧蚀装置对ZrCP/W复合材料的烧蚀性能进行了研究.结果表明:ZrCP/W复合材料的线烧蚀率随ZrC含量和烧蚀时间的增加而增大.烧蚀后,在试样表面形成了烧蚀坑和熔融层,熔融层的厚度达到1 mm左右.在烧蚀过程中,烧蚀层中的物相发生了化学反应,并生成了新相.复合材料的主要烧蚀机制是以熔化烧蚀为主,兼有热化学烧蚀.     

Thermomechanical properties of TiC particle-reinforced tungsten composites for high temperature applications

Tungsten and tungsten alloys are widely used in high temperature environments where arc ablation or mechanical deformation and damage are the main sources of materials failure. For high temperature critical applications in thermomechanical environments, however, the low strength limits the use of tungsten and tungsten alloys. Hence, new tungsten based materials with good high temperature thermomechanical properties need to be developed in order to extend the use of tungsten. TiC particle-reinforced tungsten based composites (TiC_p/W) were fabricated by hot pressing at 2000 °C, 20 MPa in a vacuum of 1.3×10⁻³ Pa. The composites were examined with respect to their thermophysical and mechanical properties at room temperature and at elevated temperature. Vickers hardness and elastic modulus increased with increasing TiC content from 0 to 40 vol.%. The highest flexural strength, 843 MPa, and the highest toughness, 10.1 MPa m^1/2, of the composites at room temperature were all obtained when 20 vol.% TiC particle were added. As the test temperature rose, the flexural strength of the TiC_p/W composites firstly increased and then decreased, except in the monolithic tungsten. The highest strength of 1155 MPa was measured at 1000 °C in the composite containing 30 vol.% TiC particles. The strengthening effect of TiC particles on the tungsten matrix is more significant at high temperatures. With the addition of TiC particles, the thermal conduction of tungsten composites was drastically decreased from 153 W m⁻¹ K⁻¹ for monolithic W to 27.9 W m⁻¹ K⁻¹ for 40 vol.% TiC_p/W composites, and the thermal expansion was also increased. The new composites are successfully used to make high temperature grips and moulds.     

原位反应自发渗透法TiC／AZ91D镁基复合材料及AZ91D镁合金的拉伸变形与断裂行为

利用原位反应自发渗透技术合成了47．5％碳化钛TiC（体积分数，下同）增强AZ91D镁基复合材料，对比研究了该复合材料与铸态镁合金AZ91D基体的室温与高温拉伸变形行为，观察了拉伸断口微观组织形貌，并分析了这两种材料的断裂特征。结果表明，TiC／Mg复合材料具有良好的高温力学性能，在拉伸变形速率为0．001s^-1以及温度为723K，时其拉伸强度可达91．1MPa，而此时相同变形条件下的铸态AZ91D镁合金拉伸断裂强度只有41．1MPa，增幅达120％。而在室温下，镁基复合材料的拉伸断裂强度仅高出基体铸态镁合金23．4％。镁基复合材料的断裂应变较低，高低温时均表现为脆性断裂；而镁合金则由室温下的脆性断裂向高温下的韧性断裂过渡。     

TiC_p/W复合材料的断裂行为

利用扫描电镜观察了含３０ ％ ＴｉＣ 颗粒（ 体积分数） 的钨基复合材料在室温和高温的微观断裂过程, 讨论了裂纹萌生、扩展条件及其影响因素。室温下的断裂过程受控于裂纹萌生阶段, 相应的应力－ 挠度曲线表现为线性, ＴｉＣ 颗粒和Ｗ 基体在微观上都呈现脆性断裂。高温下的断裂则存在一个亚稳态的初始裂纹长大和合并过程, 使应力－ 挠度曲线呈现出非线性, 在微观上ＴｉＣ 颗粒呈现脆性断裂,Ｗ 基体呈现韧性撕裂。同时也指出了复合材料在室温和高温下的强化机制     

W-SiC-C/C复合材料制备及等离子烧蚀性能

目的提高C/C复合材料在超高温下的抗烧蚀性能。方法采用化学气相沉积法,在C/C复合材料表面制备SiC过渡层,然后以惰性气体保护等离子喷涂工艺在带有SiC过渡层的C/C材料表面制备W涂层,研究所制备的W-SiC-C/C复合材料的微观形貌与结构特征。以200 kW超大功率等离子焰流,考核W-SiC-C/C材料的抗烧蚀性能,并与无涂层防护的C/C材料进行对比分析。结果W涂层主要为层状的柱状晶结构。W涂层与SiC过渡层、过渡层与基体界面呈镶嵌结构,结合良好。SiC过渡层阻止了W、C元素相互迁移与反应。在驻点压力为4.5 MPa、温度约5000 K、热流密度为36 MW/m²的烧蚀条件下,当烧蚀时间小于10 s时,涂层对C/C材料起到了较好的保护作用,W涂层发生氧化烧蚀,基体未发现烧蚀,平均线烧蚀率为0.0523 mm/s;当烧蚀时间超过15 s后,涂层防护作用基本失效,基体C/C材料发生烧蚀现象。结论以W涂层、SiC过渡层为防护的C/C复合材料,能够适用于短时间超高温的烧蚀环境,如固体火箭发动机等。W涂层的熔融吸热、氧化耗氧以及SiC过渡层的氧化熔融缓解涂层热应力和氧扩散阻碍的联合作用,提高了C/C材料的抗烧蚀性能。     

活化处理对W-1.5% TiC复合粉体烧结行为影响规律研究

本工作通过氢氟酸和氟化铵混合液为活化液的常温超声波辅助活化处理,使其在W粉和Ti C粉表面获得均匀分布的缺陷(吸附质岛或台阶等),增加了粉体的表面活性。通过粉末冶金方法制备W-1.5%Ti C(质量分数)复合材料,采用场发射扫描显微镜(FE-SEM)研究分析了原始烧结粉体、活化预处理后烧结粉体和烧结后W-1.5%Ti C复合材料表面与断口形貌,对烧结机理进行了探讨。结果发现,相同烧结工艺条件下,经过活化处理后烧结粉获得的复合材料比原始粉相对密度提高7%,组织更致密。     

3000℃氧-乙炔重复烧蚀后4D-炭/炭复合材料的剩余强度和热物理性能(英文)

主要研究炭/炭(C/C)复合材料在高温使用环境下的烧蚀、剩余强度以及热物理性能。实验采用四维C/C复合材料,在3000℃下进行重复氧-乙炔烧蚀实验,每次烧蚀时间为30s,烧蚀后快速冷却。结果表明:材料的烧蚀率与烧蚀时间呈线性关系;在总烧蚀时间相同的情况下,单步烧蚀比逐步烧蚀的烧蚀率高。经过最初几步烧蚀实验后,材料的烧蚀率保持恒定。试样烧蚀面的粗糙度对试样的烧蚀率有重要影响。随着烧蚀次数的增加,材料的压缩强度、热导率和热膨胀系数逐步降低,而比热容几乎保持不变。