纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料高导热性能研究进展

作为一种先进的高温结构及功能材料,高效传热和高温耐热相结合对纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(silicon carbide matrix composites, SiC CMC)在热管理领域(thermal management, TM)中的应用至关重要。常见的纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料,如碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C_f/SiC或C_f/C-SiC)、碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC)等,增强纤维的石墨化程度较低,难以形成有效的热输运网络。本文综述了纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料制备及高导热性能等方面的最新研究进展。可通过引入高导热相、优化界面结构、粗粒化碳化硅晶体、设计预制体结构等方式提高纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的热输运能力。此外,展望了纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料发展趋势,即综合考虑影响高导热碳化硅陶瓷基复合材料性能要素,灵活运用复合材料结构与性能的构效关系,以期制备尺寸稳定、性能优异的纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料。     

纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料高导热性能研究进展EI北大核心

作为一种先进的高温结构及功能材料,高效传热和高温耐热相结合对纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(silicon carbide matrix composites,SiC CMC)在热管理领域(thermal management,TM)中的应用至关重要。常见的纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料,如碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C_(f)/SiC或C_(f)/C-SiC)、碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC)等,增强纤维的石墨化程度较低,难以形成有效的热输运网络。本文综述了纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料制备及高导热性能等方面的最新研究进展。可通过引入高导热相、优化界面结构、粗粒化碳化硅晶体、设计预制体结构等方式提高纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的热输运能力。此外,展望了纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料发展趋势,即综合考虑影响高导热碳化硅陶瓷基复合材料性能要素,灵活运用复合材料结构与性能的构效关系,以期制备尺寸稳定、性能优异的纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料。     

Ti(C,N)基金属陶瓷的研究进展

介绍了Ti(C,N)基金属陶瓷的晶体结构和高温力学性能,综述了其主要制备方法和研究进展,详细地分析了其冶金机理和相结构特点,并讨论了环型相的形成机理及缺点,最后指出了Ti(C,N)基金属陶瓷研究方向和提高其性能的基本途径,并认为系统考虑其相平衡、粉末冶金机制和加工工艺是制备性能优良的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具和涂层的关键.     

具有网络互穿结构TiC/AZ91D镁基复合材料的一种合成方法

介绍一种新的低成本合成具有网络互穿结构TiC/AZ91D镁基复合材料的方法--原位反应渗透法.该方法中,TiC陶瓷增强相由元素粉末Ti和C间原位反应直接合成,无需添加第三相金属粉末,仅在原位反应发生的同时熔融基体镁合金由毛细管力作用渗入(Tip+Cp)预制块内部构成致密的具有网络互穿结构的TiC/AZ91D镁基复合材料.实验结果和理论计算表明(1)通过精确控制(Tip+Cp)预制块的致密度,考虑原位反应发生前后形成的TiC本征体积变化,即可获得具有不同TiC陶瓷含量的网络互穿结构镁基复合材料;(2)原位合成的TiC陶瓷是一可变化学剂量比的化合物,其晶格常数随反应条件而变化,主要取决于反应条件和原始元素粉末的尺寸.     

Co-Al-W基高温合金发展概述

传统Co基高温合金的强化机制为固溶强化与碳化物强化,强化效果弱于Ni基高温合金中的有序相γ'强化,从而使得Co基高温合金的应用受到限制。直到2006年,在Co-Al-W三元相图中发现稳定的L12相——Co3(Al,W),这种新型γ'相强化的Co-Al-W基高温合金有以下特点:(1)含Ta合金熔点高于Waspaloy合金;(2)硬度与屈服强度不低于Ni基高温合金;(3)γ/γ'两相之间的晶格错配度与Ni基高温合金在数值上接近,符号上相反,而正的晶格错配度更有利于蠕变性能。综上所述,Co3(Al,W)相的发现为Co基高温合金的发展开辟了新道路。自2006年以来,针对Co-Al-W基高温合金的组织与性能进行了大量研究。Co-Al-W基高温合金的微观组织为γ/γ'两相,此外还会存在一些二次相,其中包括富集Al和Ti元素的B2-CoAl相、富集难熔元素的拓扑密堆相m-Co7W6以及易在时效过程析出的c-Co3W相。这些二次相通常在晶界析出,容易成为裂纹的发源地,同时会弱化固溶强化效果,对合金的高温性能不利。虽然Co-Al-W基高温合金得到了立方形态的γ'相共格析出,但由于γ'-Co3(Al,W)相高温稳定性差,需要对其进行合金化,因此,这种γ'相强化的Co基高温合金正在由简单的Co-Al-W三元合金发展成为复杂的多元合金。综合来看,主要添加的合金化元素有Ta、Ti、Nb、V、Mo、Ni和Cr。其中,γ'相形成元素包括Ta、Ti、Nb、V、Mo,这些元素的分配系数均大于1,且能有效提高γ'相固溶温度与体积分数; Cr、Fe、Re的分配系数小于1,是γ相形成元素,添加后均降低γ'相固溶温度,其中Cr会提高γ'相的体积分数。众多合金元素中,Cr、Mo和Ni元素的过量添加会降低γ/γ'两相间的晶格错配度,从而改变γ'相形态甚至破坏γ/γ'两相组织。合金的组织与性能密切相关,γ/γ'两相、γ'相为立方形态且γ'相高温稳定性高的合金具有优异的性能。Co-Al-W基高温合金的流变应力随温度变化分为三个阶段:首先随温度升高而降低;然后随温度升高而异常升高;最后再次随温度升高而降低。故而存在峰值温度与峰值强度,Co基高温合金多应用在峰值温度下,以便获得最高的屈服强度。此外,由于Co-Al-W基高温合金中γ/γ'两相晶格错配度为正,在蠕变过程中会出现平行于拉应力的筏化,对合金的高温性能有利。除了Ta、Ti等元素能强化合金外,少量B元素的添加有晶界强化作用,可以提高合金的力学性能。添加Cr元素的Co-Al-W基高温合金在高温氧化过程中会形成三层氧化层,分别是最外层的Al_2CoO_4、富Cr并含有Cr2O和Cr2O3的中间层以及最内层的Al_2O_3。其中Cr_2O_3和Al_2O_3氧化层均致密且具有保护作用,可显著提高合金的抗氧化能力。本文简单介绍了Co-Al-W基高温合金的发现与发展,综述了近年来Co-Al-W基高温合金的研究现状,并指明了未来Co基高温合金的发展方向。     

高温处理对中间相沥青基炭纤维结构与热导率的影响（英文）

采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱仪(Raman)及X射线衍射仪(XRD)考察了中间相沥青基炭纤维在不同热处理温度下的结构及形貌变化,并采用3ω法对经不同温度处理后的纤维热导率进行了表征。结果表明,中间相沥青基炭纤维的石墨化度与热导率随着热处理温度的升高而增大,经3000℃处理后纤维的热导率最高可达518W/m·K。此外,还探讨了中间相沥青基炭纤维结构、热导率及热处理温度之间的相互关系,发现中间相沥青炭纤维的石墨化过程存在3个阶段,在不同温度区间内分别对应石墨微晶的生长和取向。     

聚合物基电磁屏蔽复合材料的结构设计与性能研究进展

对近年来关于聚合物基电磁屏蔽材料的报道进行了综述。重点总结分析了不同结构(如多孔结构、隔离结构和分层结构)及其他特殊结构聚合物基电磁屏蔽材料的屏蔽效能和屏蔽机制。与均匀分布聚合物基复合材料相比,通过结构设计使填料富集,再取向并连通从而形成高效导电网络,不仅能减少填料用量,且能有效提高复合材料的电磁屏蔽性能。最后,提出了聚合物基电磁屏蔽材料的未来发展方向。      

短切PAN基碳纤维水泥基复合材料的制备及性能研究

以硅酸盐水泥P.O 42.5为基础材料、短切PAN基碳纤维为增强相制备了分散均匀的碳纤维水泥基复合材料,研究了不同掺杂量(0,0.3%,0.6%和0.9%(质量分数))短切PAN基碳纤维的水泥基复合材料的物相结构、微观形貌、力学性能、耐磨性能和抗碳化性能。结果表明,短切PAN基碳纤维的掺杂加速了水化反应的进行,没有产生新的水化产物,碳纤维在水泥基复合材料中呈三维错落分布,构成网格结构,提高了水化产物之间的结合强度,提高了水泥基复合材料的致密性,从而提高了水泥基复合材料的力学性能、耐磨性能和抗碳化性能。随着短切PAN基碳纤维掺杂量的增加,水泥基复合材料7和28 d的抗压强度和抗折强度均表现出先增大后降低的趋势,而质量损失率和碳化深度则表现出先降低后升高的趋势。当短切PAN基碳纤维的掺杂量为0.6%(质量分数)时,质量损失率达到最小值0.34%,养护7和28 d后,抗压强度达到了最大值69.3和86.4 MPa,抗折强度也达到了最大值11.1和14.1 MPa,而碳化深度达到最低值0.35和2.53 mm。综合分析可知,短切PAN基碳纤维的最佳掺杂量为0.6%(质量分数)。     

镍基含硼钎料钎焊IC-6合金接头近缝区硼化物研究

研究了采用镍基含硼钎料钎焊IC -6合金时 ,接头近缝区出现的硼化物相的形貌、成分及结构 ,结果表明主要存在两种成分的硼化物相 ,r(Ni) :r(Mo)分别近似为 1 :1和 1 :2 .硼化物取向有一定规律 .对接头近缝区与合金中硼化物的形貌、成分进行了对比 .     

陶瓷基复合材料中氮化硼界面相研究进展

界面相对陶瓷基复合材料的力学性能有极其重要的作用,其主要作用包括载荷传递、力学熔断、缓解残余应力和保护增强纤维,在此基础上提出了界面相的设计原则。氮化硼具有类似热解炭的层状晶体结构和优于热解炭的抗氧化性能,此外还具有优异的耐高温和化学惰性,氧化产物(B2O3)具有裂纹弥合作用,因此发展成为重要的耐高温陶瓷基复合材料的界面相材料。阐述了氮化硼界面相的结构和功能特点,介绍了氮化硼界面相在SiCf/SiC、Cf/SiC、金属基复合材料、玻璃陶瓷基复合材料中的研究现状,总结了界面相的组成、结构和厚度等因素与材料性能的关系规律。综述了氮化硼界面相制备方法,并分析了各种方法的优缺点。最后指出,构建完善的氮化硼界面相对材料性能影响的物理模型,将是氮化硼界面相在今后的发展方向,获得特定结构的氮化硼界面相涂层是今后研究的难点和重点。     

铌镁酸铅(PMN)基压电陶瓷制备进展

铌镁酸铅(PMN)基陶瓷具有较高的介电常数和机电转化效率,在传感器、驱动器等方面具有广泛的应用。但在制备PMN基陶瓷过程中容易形成稳定的烧绿石结构相,降低了其介电性能与机电转化效率。综述了制备纯钙钛矿结构PMN基压电陶瓷的研究进展,分析了各种制备方法的优劣。     

Ti（C,N）基金属陶瓷中碳化物的界面行为

讨论了Ti(C,N)基金属陶瓷中碳化物的组织结构、界面行为,以及微量元素和工艺因素对碳化物界面行为的影响,并结合所从事科研的进展,提出了Ti(C,N)基金属陶瓷相界面层微晶结构形成的必要条件:①碳化物相的微晶化;②冷却过程中的成分过冷。从而在微晶化过渡层形成理论及控制方法的指导下,使金属陶瓷的韧性得到提高,性能稳定性得到改善。     

非晶增强铝基复合材料的微观结构及腐蚀性能

利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及电化学腐蚀等测试手段对搅拌摩擦加工制备获得的新型非晶增强铝基复合材料的微观组织结构及腐蚀性能进行实验研究.实验结果表明,新型非晶增强铝基复合材料呈现典型的层状结构,且组织呈现一定的纳米级的超细晶结构,主要由α-Al及α Al非晶结构组成的并伴有Al-Cu-Mg系析出相存在,与母材相比抗拉强度得到了较大的提高,而添加非晶形成的复合材料的电化学腐蚀性能相比未添加非晶基体材料加工后的腐蚀性能有所提高,但两种加工条件下材料的抗腐蚀性能均低于母材.     

萘基中间相沥青制备碳纤维

采用3种不同反应程度的萘基中间相沥青制备碳纤维,通过元素分析、族组成、热重、红外光谱、扫描电镜等,对其性能、结构进行剖析.同时对沥青聚合反应程度、可纺性、碳纤维(1000℃)性能与结构三者内在联系进行探讨.结果表明,各向异性含量80%～100%的萘基中间相沥青存在一热稳定温度区间,随着聚合反应的加深,此区间变化不大,但...     

SAP对高性能水泥基材料水化及性能的影响

高吸水树脂(SAP)粒径变化会改变到其吸-释水过程,可能含影响到胶凝材料水化和混凝土的性能。本研究采用两种粒径差异较大的SAP,研究高性能水泥基材料自收缩和干燥条件(60%RH)强度的变化,并通过水化和孔结构分析,探讨了强度变化的原因。研究结果表明,SAP粒径增大降低了高性能水泥基材料自收缩,且在总水胶比相同时提高了强度。这些影响与硬化浆体水化程度提高和大孔数量减小有关。     

新型三元硼化物基金属陶瓷的研究

用反应液相烧结法在1280℃下真空烧结成功制备出三元硼化物基金属陶瓷(TBBC),其硬度可达92.4HRA,密度为8.2g/cm³,热膨胀系数为8.0×10^-6/K.用扫描电镜、X射线衍射和能谱对其微观结构进行了分析,结果表明:此种金属陶瓷是由三元硼化物基硬质相(MoFeCrNi)₃B₂和铁基粘结相α-Fe组成,硬质相和铁基粘结相分散均匀,硬质相占有相当大的比重,约占体积比的80％.磨损实验表明此种金属陶瓷具有良好的耐磨性.     

HNBR/聚甲基丙烯酸丁酯互穿聚合物网络的微观形态研究

采用序列法制备氢化丁腈橡胶(HNBR)/聚甲基丙烯酸丁酯(PBMA)互穿聚合物网络,考察了第一网络(HNBR)交联密度,微观形态及阻尼性能的关系.在第一网络交联密度较小时,两相呈海岛结构,第一网络为连续相,第二网络(PBMA)为分散相.随着第一网络交联密度逐渐增加,相畴尺寸减小,两相逐渐呈双相连续形态.微观形貌与阻尼性能有很大关系,当两相呈明显的海岛结构时,阻尼曲线呈双峰形态,随着相畴尺寸逐渐减小,阻尼曲线逐渐由双峰过渡为单峰形态,阻尼峰宽度减小.     

Ti基非晶合金及其SiC陶瓷骨架复合材料动态压缩力学行为研究

为了验证Ti基非晶合金和陶瓷两种材料三维连通网状结构的复合优势,制备出具有优良抗冲击性能的复合材料,本文采用铜模吸铸法制备了Ti基非晶合金,并用渗流铸造法制备出孔隙率分别为30.86%、18.14%和15.28%的Ti基非晶合金/SiC陶瓷骨架复合材料。采用X射线衍射仪对纯Ti基非晶合金以及SiC陶瓷骨架复合材料进行相分析,确认了试件材料的非晶状态;在不同应变速率下,用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置对试样进行室温轴向动态压缩力学性能测试,并利用能谱型场发射扫描电镜(SEM)等设备观察了试件的微观组织和断面特征,对比分析了Ti基非晶合金和SiC陶瓷骨架复合材料的动态压缩力学性能和失效机理。研究表明,Ti基非晶合金/SiC陶瓷骨架复合材料内部的微裂纹最初萌生于应力集中的两相界面处,并在SiC相内部或两相界面处扩展,继续加载,SiC相失效后,Ti基非晶合金相在远超过其动态压缩强度的应力下迅速失效,复合材料整体失效。SiC相内的断裂形貌主要有微裂纹与解理台阶,Ti基非晶合金相内的断裂形貌有脉状花样、多重脊状条带、蜂窝状花样与光滑无特征区,其中以光滑无特征区为主。复合材料的抗压强度随Si...     

稀土对真空熔覆Ni基/WC涂层组织结构的影响

以往对稀土Ce La影响真空熔覆Ni基/WC涂层的探讨较少.采用真空熔覆的方法在45钢上获得添加有稀土的Ni基/WC复合涂层,借助X射线衍射、SEM及EDX研究了涂层的显微组织、化学成分和相结构.结果表明:稀土的加入改善了真空熔覆Ni基/WC复合涂层的组织,消除了针状相,使组织更加均匀致密;稀土还降低了Ni基/WC涂层各组成相中Fe元素的含量,减缓了Fe原子对Ni基合金涂层的"稀释"作用;稀土还使真空熔覆Ni基/WC涂层的(Ni,Fe)固溶体基体部分转变成了(Ni,Cr,Fe)固溶体基体,并析出了新的第二相NiB.     

SD成型剂对Ti(C,N)基金属陶瓷显微结构和力学性能的影响

采用低压烧结的方法制备Ti(C,N)基金属陶瓷材料,并结合C、N、O分析,XRD、BSE、EDS等测试手段研究了SD成型剂对Ti(C,N)基金属陶瓷合金的C含量、相组成及显微结构和力学性能的影响。结果表明,随着SD成型剂添加量的增加,脱胶后压坯的C含量逐渐增加,N含量逐渐减小;烧结后Ti(C,N)基金属陶瓷由(Ti,Me)(C,N)(Me=W、Mo、Ta)和Ni/Co固溶体相组成;显微组织以黑芯-白环结构为主,并伴随着少量白芯-灰环的结构。SD添加量为100mL/kg时,Ti(C,N)基金属陶瓷材料的抗弯强度达1929MPa,硬度为1588HV30,添加量为180mL/kg时,合金组织中石墨相的出现使其抗弯强度大幅度下降。