熔盐法制备C/C复合材料表面MoSi_2-SiC涂层的结构与性能

采用两步熔盐法于900~1 000℃下在C/C复合材料表面制备MoSi_2-SiC复合涂层,即在含仲钼酸铵的熔盐中制备Mo_2C涂层,然后通过熔盐渗硅生成MoSi_2-SiC复合涂层。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)与能谱分析(EDS)等方式研究涂层的组织结构,并测试涂层在1 500℃下的抗氧化性能和抗热震性能。同时对涂层氧化后的组织结构进行分析。结果表明:复合涂层主要由MoSi_2和SiC两相组成,涂层与C/C基体结合处仅有少量未反应的Mo_2C。涂层整体致密,与基体结合良好,均匀地包覆整个基体表面,厚度约为100μm。涂层样品在1 500℃的静态空气中氧化42 h后,涂层表面仍保持完整,质量损失率仅为2.79%。1 500℃下经历30次热震实验后,样品的质量损失率为1.96%,涂层具有良好的抗氧化和抗热震性能。     

一种中温C/C复合材料抗氧化涂层的制备及其性能

制备了一种工作温度约1 173 K的C/C复合材料抗氧化复合涂层,它由磷酸盐过渡层和陶瓷相阻挡层构成,通过与单一陶瓷相涂层的对比试验研究了它的抗氧化机理。涂覆有该复合涂层的C/C复合材料试样,在空气中1 173 K时氧化10 h的失重率为11.25％,氧化失重率为9.84×10~(-5)g/(cm~2·min),而且其氧化失重率随氧化时间延长而降低;4 h内经过30次从1 173 K至室温急冷急热循环后,失重率为6.38％,涂层基本完好,说明涂层在温度不超过1 173 K时具有良好的抗氧化性和抗热震性。该种涂层适合于中温下C/C复合材料的抗氧化保护。     

C/C复合材料中高温抗氧化涂层的性能

制备了适用于工作温度高于1273K的C/C复合材料抗氧化涂层,它由SiO2、SiC和ZrAlCrY系陶瓷相构成。测量了氧-乙炔焰灼烧5、10、15、20s后涂层试样的质量损失,其平均质量损失率为7.91×10-4g/(cm2·min);涂层试样2h内经过10次室温至1273K急冷急热循环后质量损失率为13.9%,涂层基本完好,说明涂层在1273K以上的高温环境下具有良好的抗氧化性能,但其抗热震性能较中温涂层有所降低。同时对陶瓷粉末粒径对涂层性能的影响进行了研究,得出用较小粒径原料粉末制备的陶瓷涂层的抗氧化性能和抗热震性能较好。该种涂层适合于高温环境下不要求多次重复使用的C/C复合材料的抗氧化保护。     

C/C复合材料密度及预氧化处理对SiC涂层的影响

采用包埋法分别在密度为0.8、1.4和1.8 g/cm³的炭/炭(C/C)复合材料表面制备SiC涂层,选择密度为1.8 g/cm³的试样研究预氧化处理对涂层结构和抗氧化性能的影响。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究涂层的显微组织和物相组成,用1500℃静态空气氧化方法测试涂层的抗氧化性能。结果表明,随C/C复合材料密度增大,涂层嵌入基体的深度越小,涂层与基体的分界越明显。密度为1.8 g/cm³的C/C复合材料进行预氧化处理后,表面粗糙度增大,表面的炭纤维周围产生了环形孔隙,再经过包埋制备SiC涂层,涂层厚度增加且更加均匀致密。将样品于1500℃静态空气中氧化334 h后,氧化质量损失率为0.684×10^?4 g/(cm²·h),氧化后表面生成了莫来石相,抗氧化性能有明显提升。     

包覆工艺制备C—SiC—B4C—TiB2复合材料的组织与性能

以鳞片石墨,B4C,SiC,TiO2为原料,利用包覆工艺在不同热压温度下制备了w(C)=50%的C-SiC-B4C-TiB2复合材料,并详细研究了热压温度对复合材料显微组织和性能的影响规律.结果表明,当热压温度高于1 850 ℃时,复合材料由C,SiC,B4C和TiB2这四相组成;复合材料的体积密度、抗折强度和断裂韧性均随着热压温度的升高而增加.2 000 ℃热压时,复合材料的体积密度、气孔率、抗折强度和断裂韧性分别达到2.41 g/cm3,3.42%,176 MPa和6.1 MPa·m1/2;热压温度升高,复合材料的碳相和陶瓷相逐渐致密,碳相最终形成了在陶瓷基体上镶嵌的直径为40 μm橄榄球状和条状这两种形貌.碳/陶瓷相的弱界面分层诱导韧化和第二相TiB2与陶瓷基体之间热膨胀系数不匹配所致的残余应力使变形过程中微裂纹的扩展路径发展变化,使复合材料的韧性提高.     

固溶温度及SiC含量对粉末冶金SiC/Al-Mg基复合材料组织与性能的影响

以SiC颗粒为增强体,Al-Mg-Cu-Fe-Sn合金作为基体合金,采用真空热压再热挤压的方法制备SiC/Al-Mg基复合材料,然后进行固溶和时效热处理,通过扫描电镜观察热压与挤压态材料的形貌,测试时效态材料的维氏硬度、拉伸性能,并进行电化学腐蚀实验,研究固溶温度及SiC颗粒含量(体积分数,下同)对该复合材料的显微组织与性能的影响。结果表明:随SiC颗粒含量增加,SiC/Al-Mg其复合材料的抗拉强度明显提高,材料在拉伸过程中的Serration现象减弱,10%SiC/Al-Mg基复合材料的屈服强度从基体合金的57 MPa提高到246 MPa,而伸长率从23.5%降低到6.0%。随固溶处理温度从400℃升高到570℃,材料的硬度先升高后降低,在固溶温度为500℃时,10%SiC/Al-Mg基复合材料的硬度HV达到92。粉末冶金SiC/Al-Mg基复合材料的腐蚀行为除了受SiC含量影响外,还与固溶温度有关。     

C/C复合材料抗氧化复合涂层的制备及其性能

设计并制备了一种工作温度不大于1373 K的C/C复合材料抗氧化复合涂层,其基本结构为浸溃过渡层,陶瓷相阻挡层/玻璃相封填层,涂覆有复合涂层的C/C复合材料试样在空气中于1173 K下氧化10 h的失重率仅为10.37％,氧化失重速率为5.67×10~(-5)g/(cm~2·min);1173 K←→室温空气中急冷急热10 h循环100次后,失重率为8.41％,涂层没有剥落,说明整个涂层具有良好的高温抗氧化性和抗热震性能,该种复合涂层可在中低温(不大于1373 K)氧化性气氛中长时间工作,适合作C/C复合材料航空刹车副等部件的抗氧化涂层,能够大大提高C/C复合材料的使用寿命和性能。     

制备工艺对B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料力学性能的影响

采用热压法制备了10%(质量分数)TiC/4.7%(质量分数)Mo增强B4C基陶瓷,分析了烧结温度、保温时间和烧结压力对力学性能的影响.烧结温度由1 800℃提高到1 900℃时,复合材料的抗弯强度由590MPa提高到705MPa;当烧结温度升至1 950℃,强度反而下降;硬度和韧度随烧结温度升高而提高.在烧结温度为1 900℃压力为35MPa保温时间由15min提高到45min时,抗弯强度由600MPa提高到705MPa;进一步增加保温时间,抗弯强度随保温时间的增加而下降;硬度和韧度随保温时间延长而提高.烧结压力对复合材料力学性能的影响较小.当烧结参数为1 900℃、45min、35MPa,B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料抗弯强度、硬度、断裂韧度、相对密度分别为705MPa、20.6GPa、3.82MPa·m1/2、98.2%.     

30%SiC_p/2024A1复合材料的热变形行为及加工图

采用Gleeble-1500热模拟试验机,对30%SiCp/2024A1复合材料在温度为350~500℃、应变速率为0.01~10 s-1条件下进行热压缩试验,研究该合金的热变形行为与热加工特征,建立热变形本构方程和加工图。结果表明,30%SiCp/2024A1复合材料的流变应力随温度升高而降低,随应变速率增大而升高,说明该复合材料是1个正应变速率敏感的材料,其热压缩变形时的流变应力可采用Zener-Hollomon参数的双曲正弦形式来描述,在实验条件下平均热变形激活能Q为334.368 kJ/mol。热加工图表明30%SiCp/2024Al复合材料最适合加工的条件是变形温度为500℃,应变速率为0.01 s-1     

SiC晶须的原位生长及其在C/C复合材料抗氧化涂层中的应用

以三氯甲基硅烷(CH3SiCl3,MTS)为先驱体原料,采用化学气相沉积法在C/C复合材料基体上原位生长碳化硅晶须(SiCw),制备CNT-SiCw抗氧化涂层,并在1 100℃、空气中对该氧化涂层进行10 h抗氧化实验,研究SiCw的制备工艺以及SiCw在C/C复合材料抗氧化涂层中的作用。结果表明:制备碳化硅晶须的最佳工艺为:温度1 100℃、常压、载气和稀释气体流量均为100 mL/min。在此工艺下,沉积时间为15 min时,能制备出高长径比、平均直径约100 nm的碳化硅晶须。有CNT-SiCw涂层C/C复合材料试样在空气中氧化后的质量损失率仅0.7%,没有涂层的试样的质量损失率约为15%。     

碳化硅保护套管的性能研究及应用

以碳化硅粉作为基本原料,采用反应烧结法制备出尺寸为φ(130~140)mm×1 500 mm的一端封闭的Si C/C/Si3N4复相陶瓷内加热器保护套管。通过实验模拟内加热器服役环境,测试保护套管切割后各区域密度及显气孔率、抗折强度、抗热震性能和抗锌液侵蚀性能。结果表明:烧结后保护套管的平均密度可以达到2.46 g/cm3,平均抗折强度为61.97 MPa,各区域的密度及抗折强度偏差很小;将保护套管切割后得到的试样条在900℃到室温的条件下热震循环40次后表观无明显裂纹,热震后的残余强度仍可达60 MPa以上,并且不和熔融锌液发生反应,在热浸镀锌领域具有良好的应用前景。     

莫来石/SiC复相材料的烧结工艺和成分优化

利用工业氧化铝和超细氧化硅合成莫来石，并结合SiC制备出了莫莱石／SiC复相材料。研究了烧结工艺及氧化铝和氧化硅的摩尔比对复相材料密度和强度的影响，并以材料的热震残余强度为指标、利用正交设计法研究了微量添加剂的影响效果。结果表明，复相材料的体积密度随烧结温度的升高和烧结时间的延均出现先升高后降低的规律，而开口气孔率的变化规律则相反；随结合相中Al2O3与SiO2的摩尔比的提高，复相材料的密度增加、气孔密度降低，而强度则先增后减，通过烧结工艺与结合相和添加剂成分的优化，材料密度最高可达2．5g/cm^2，抗折强度达34．5MPa，耐压强度可达90MPa，热震后的残余强度率为67．2％。     

陶瓷颗粒增强粉末冶金Fe-2Cu-0.6C复合材料的微观结构和力学性能

采用传统粉末冶金压制/烧结技术,经600 MPa压制、1140℃烧结制备了陶瓷颗粒增强（SiC、TiC及TiB₂陶瓷颗粒,质量分数0~1.6%）Fe-2Cu-0.6C低合金钢复合材料,对三种复合材料的微观结构和力学性能进行了研究。结果表明:在烧结过程中,SiC与TiB₂颗粒与基体发生反应,故而与基体界面结合良好;当添加质量分数为1.6%的SiC颗粒时,复合材料烧结后的布氏硬度与抗拉强度分别比基体提高了35.9%、69.4%;添加质量分数为1.2%的TiB₂颗粒时,复合材料相对密度比基体提高了5.3%,其烧结硬度、抗拉强度与基体相比分别提高了77.9%、72.6%;由于烧结过程中TiC颗粒不与基体发生反应,故而添加TiC颗粒对复合材料的布氏硬度、抗拉强度影响不大。     

Fabrication,microstructures and properties of 50 vol.-% SiCp/6061Al composites via a pressureless sintering technique

Commercial F500 SiC powder and 6061 Al powder were chosen to fabricate the 50?vol.-% SiCp/6061Al composites via pressureless sintering. Effects of pre-treatment of the SiC powder and sintering temperature on the microstructures and properties of the composites were studied. Densification mechanism and interfacial reaction of the composites were also investigated. The results show that the composites have a high sintering ability and a low interfacial reaction activity. The density, bending strength and thermal conductivity of the composites are all sensitive to the sintering temperature. The composites sintered at 680°C are nearly fully dense and have the following optimal properties: the relative density of 98.5%, the bending strength of 495?MPa, the TC of 153?W/(m?K) and the coefficient of thermal expansion of 8.1?×?10^?6/°C (50–100°C), which are superior to most of the SiCp/Al composites of the similar composition reported previously.     

纤维分散对C/C-SiC复合材料力学性能的影响

利用温压-原位反应法制备短炭纤维增强C/C-SiC复合材料,研究纤维分散对复合材料力学性能的影响.结果表明: 利用分散短炭纤维制备的C/C-SiC复合材料,其抗弯强度和抗压强度分别达到56.6MPa和89.3MPa.该材料纤维之间孔隙少,纤维与基体接合界面多,弯曲时有纤维拔出,为假塑性断裂行为.压缩时无纤维拔出,为脆性断裂行为.最后,利用LI V C提出的束丝数学模型证明了纤维分散有利于提高C/C-SiC复合材料的力学性能.     

自蔓延高温合成TiC-SiC包覆鳞片石墨对含碳浇注料性能的影响

摘要：采用钛粉、硅粉及天然鳞片石墨（GF）为原料,通过自蔓延高温合成法在GF表面制备TiC-SiC复合包覆层（包覆石墨）。通过Zeta电位与润湿角测试,研究了石墨表面涂覆对其分散性与水润湿性的影响。发现当石墨质量分数为38.6%时包覆石墨Zeta电位最低,达到-35.2;与GF和机械混合试样相比,包覆石墨的水润湿角最低,为27°,水分散性与润湿性最优。以石墨质量分数为38.6%的包覆石墨替代Al2O3-SiC-C浇注料中的球型沥青,研究了包覆石墨对Al2O3-SiC-C浇注料性能的影响。研究发现：随包覆石墨代替球型沥青加入量的提高,其热震后抗折强度呈现先增大后减小的趋势,当加入量(质量分数)为1%时,其热震前后的常温抗折强度最高,分别为17.5、8.5MPa,其残余强度保持率为48.6%。浇注料的高温抗折强度随包覆石墨加入量增加而提高,当包覆石墨的添加量大于1.5%时,其高温抗折强度高于添加质量分数为2%球型沥青的试样,包覆石墨加入量为2%时,高温抗折强度达到2.45MPa。     

镁碳质塞棒棒头抗热震性优化及工业应用

浇铸钙处理钢时,铝碳质或尖晶石-碳质塞棒棒头容易被钢水中的游离[Ca]侵蚀,而使用镁碳质材料能降低[Ca]的侵蚀作用,进而提高棒头的使用寿命。研究了SiC细粉添加量对镁碳质棒头材料性能的影响,设计了镁碳质棒头复合结构并测试了产品的抗热震性,同时对比了镁碳质棒头与尖晶石-碳质棒头材料的常规性能和钢厂测试结果。研究结果表明,随着SiC细粉添加量的增多,材料常温强度和高温强度增大,而线膨胀系数下降。复合结构改善了棒头与棒身材料之间的物理匹配,提高了棒头稳定性,具体表现为镁碳质棒头试验样品经1 100℃热震循环3次后表面及内部均无裂纹。镁碳质棒头材料的力学强度虽稍弱于尖晶石-碳质棒头材料,但浇铸钙处理钢的表现更好。分析发现,导致尖晶石-碳质棒头材料损毁的直接原因是游离[Ca]的侵蚀。     

铜含量对超高强度低碳贝氏体钢力学性能的影响

实验用低碳贝氏体钢(%:0.042～0.045C、1.43～1.47Mn、1.0～2.5Cu、0.29～0.30Mo、0.025~0.029Nb、0.011~0.018Ti,0.0013~0.0023B)由50 kg真空感应炉冶炼。实验结果表明,随铜含量由1.0%增加至 2.5%,8-Cu在钢中沉淀速度加快,峰值硬度增大;随Cu%的增加,轧后直接淬火(DQ)钢的屈服强度由865 MPa增 至918 MPa, DQ+500℃回火钢的屈服强度由935 MPa增至1140 MPa,但1.0%~2.5%Cu DQ+500 ℃回火钢的抗 拉强度和冲击韧性均比DQ态钢有所降低。     

C/C复合材料SiC涂层裂纹形貌及分布的研究

由于涂层与C/C复合材料之间热膨胀系数不匹配,当冷却至室温时在高温下制备的抗氧化涂层会产生裂纹,为分析涂层裂纹的组态,通过在碳毡和真空穿刺两种C/C复合材料基体上制备单层、双层SiC涂层来研究涂层裂纹的形貌及分布.利用金相显微镜和扫描电镜观察两种涂层裂纹的形貌和分布,解释了裂纹与涂层所受热应力及基体原有缺陷的关系,利用XRD分析了单层和双层涂层的成分,说明了不同类型SiC结构与涂层裂纹之间的联系.结果表明涂层裂纹分布及裂纹宽度与基体纤维方向有关;随着涂层厚度增大,微裂纹数量减少;基体原有缺陷会导致涂层产生穿透性裂纹.