h-BN/Si3N4陶瓷复合材料的力学和摩擦性能

以亚微米级α-Si3N4,h-BN粉末为原料和Y2O3-Al2O3为助烧剂,采用热压烧结法制备了h-BN/Si3N4陶瓷复合材料.随着h-BN含量增加,柱状β-Si3N4晶粒的直径和长径比均减小,h-BN/Si3N4陶瓷复合材料的抗弯强度、断裂韧性略有下降,而弹性模量和硬度明显下降.添加10ψ/%h-BN后,弹性模量从293.5 GPa下降到236.6 GPa,同时硬度从14.5 GPa下降到10.9 GPa.随着h-BN含量增加,h-BN/Si3N4陶瓷复合材料的摩擦系数略有下降.     

钛合金表面激光熔覆Ti/Ni+Si3N4/ZrO2复合涂层组织与性能研究

目的 提高TA15合金的表面硬度,改善其耐磨性能.方法 以Ti/Ni+Si3 N4/ZrO2混合粉末为原料,利用激光熔覆技术,在TA15钛合金表面制备出以ZrO2颗粒和原位生成Ti5 Si3、TiN为增强相,以金属化合物TiNi、Ti2 Ni为基体的复合涂层.采用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪等手段分析激光熔覆涂层的显微组织及磨损表面,通过硬度测试、摩擦磨损实验,对熔覆层的显微硬度和耐磨性进行评估.结果 熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层组织中TiNi和Ti2 Ni金属化合物基体上弥散分布着Ti5 Si3、TiN树枝晶和ZrO2颗粒;与不含ZrO2熔覆层相比,含有ZrO2熔覆层组织的晶粒得到细化;熔覆层中原位生成的TiN桥接在裂纹上,具有增韧的作用;熔覆层的显微硬度分布在835~1050 HV区间内,约为基体硬度的3倍左右;在干滑动摩擦磨损下,熔覆层的磨损量约为钛合金基体磨损量的1/6,其主要磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损.结论 熔覆层中高硬度、耐磨陶瓷相和高韧性相的共同配合,显著提高了钛合金表面的硬度和耐磨性.     

TiN/Si3N4纳米多层膜硬度对Si3N4层厚敏感性的研究

通过反应磁控溅射制备了一系列不同Si3N4层厚的TiN/Si3N4纳米多层膜,利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和硬度,研究了其硬度随Si3N4层厚微小改变而显著变化的原因.结果表明,在TiN调制层晶体结构的模板作用下,溅射态以非晶存在的Si3N4层在其厚度小于0.7 nm时被强制晶化为NaCl结构的赝晶体,多层膜形成共格外延生长的{111}择优取向超晶格柱状晶,并相应产生硬度显著升高的超硬效应,最高硬度达到38.5GPa.Si3N4随自身层厚进一步的微小增加便转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低.     

MoSi2含量对原位生成MoSi2/Si3N4复合材料高温氧化性能的影响

摘要：研究了不同MoSi2含量的MoSi2/Si3N4复合材料的高温氧化行为，用XRD和SEM分析材料氧化以后的相组成及显微结构，探讨了该材料的氧化机理和氧化膜的破坏方式。结果表明，不同MoSi2含量的MoSi2/Si3N4复合材料在1400℃空气中氧化100h的氧化增量符合抛物线规律，随着MoSi2的含量的增加，材料的氧化活化能升高，氧化后的强度损失率减小。     

Al2O3/ZrO2快速凝固复合陶瓷显微结构与力学行为

通过在铝热剂中引入适量的ZrO2粉末,基于铝热氧化-还原反应、重力下陶瓷/金属液相分离,以大过冷条件下熔体共晶生长方式,制备出以ZrO2正方相纳微米纤维镶嵌于其上且长径比为8.0～12.0的蓝宝石棒晶及少量α- Al2O3片晶为基体的Al2O3/ZrO2自生复合陶瓷.通过材料力学性能测试与裂纹扩展路径观察,研究复合陶瓷显微结构与其力学行为之间的关系.结果表明,复合陶瓷的弯曲强度与断裂韧度分别达到1 256 MPa与13.2 MPa·m1/2;分布于蓝宝石棒晶上大量的面间距为纳微米尺度的Al2O3/ZrO2两相低能界面及残余压应力,使蓝宝石棒晶与陶瓷基体得以强化,迫使裂纹沿蓝宝石棒晶边界偏转;同时,因处于裂纹尖端尾部的蓝宝石棒晶桥接与拔出、α- Al2O3片晶桥接与摩擦互锁等效应,又使裂纹扩展呈现出强烈的稳定化倾向.     

Csf／Si3N4复合材料的力学性能和微波介电性能研究

采用热压烧结的方法，以α-Si3N4粉和短切碳纤维为主要原料，以Y2O3和La2O3为烧结添加剂，制备Csf／Si3N4复合材料，研究了其力学性能和微波介电性能。结果表明，该Csf／SiaN。复合材料的抗弯强度随纤维含量的增加呈现下降的趋势，是由于碳纤维氧化所产生的缺陷所致；当纤维含量较低时，断裂韧性随纤维含量增大而增大，由于纤维氧化产生的缺陷阻止了裂纹进一步的扩展或使裂纹发生了偏转。当纤维含量超过1％（质量分数）后，随着纤维含量的增大，氮化硅显微结构发生变化，氮化硅陶瓷本身断裂韧性减小，使Csf／Si3N。复合材料断裂韧性逐步降低。当碳纤维含量在0～1％（质量分数）时，随着碳纤维含量的增加，介电常数ε’，ε＂和介电损耗tanδ均随着纤维含量的增加而增大，而且所制得的复合材料表现出较强的频散效应：当纤维含量继续增加时，在相同的频率下，介电常数下降，材料的频散效应逐渐消失。     

Csf/Si3N4复合材料的力学性能和微波介电性能研究

采用热压烧结的方法,以α-Si3N4粉和短切碳纤维为主要原料,以Y2O3和La2O3为烧结添加剂,制备Csf/SiN4复合材料,研究了其力学性能和微波介电性能.结果表明,该Csf/Si3N4复合材料的抗弯强度随纤维含量的增加呈现下降的趋势,是由于碳纤维氧化所产生的缺陷所致;当纤维含量较低时,断裂韧性随纤维含量增大而增大,由于纤维氧化产生的缺陷阻止了裂纹进一步的扩展或使裂纹发生了偏转.当纤维含量超过1%(质量分数)后,随着纤维含量的增大,氮化硅显微结构发生变化,氮化硅陶瓷本身断裂韧性减小,使Csf/Si3N4复合材料断裂韧性逐步降低.当碳纤维含量在0～1%(质量分数)时,随着碳纤维含量的增加,介电常数ε',ε"和介电损耗tanδ均随着纤维含量的增加而增大,而且所制得的复合材料表现出较强的频散效应;当纤维含量继续增加时,在相同的频率下,介电常数下降,材料的频散效应逐渐消失.     

采用SiC/Si3N4陶瓷先驱体连接反应烧结SiC

采用SiC/Si3N4陶瓷先驱体聚硅氮烷连接反应烧结碳化硅陶瓷,研究了连接温度、连接压力、浸渍/裂解增强处理对连接强度的影响.结果表明：在1100℃～1400℃温度范围内,连接强度先升高后降低;连接过程中施加适当的轴向压力可提高连接层致密度;浸渍/裂解增强处理可大幅度提高接头强度.当连接温度为1300℃,连接压力为15kPa，经3次增强处理的连接件抗弯强度达最大值169．1MPa。这种连接件的断口表面粘有大量SiC母材。由XRD研究表明，随着温度的逐步升高，聚硅氮烷的裂解产物发生了由非晶态向晶态的转变。微观结构及成分分析显示：连接层为厚度2μm-3μm的SiCN无定形陶瓷，其结构较为均匀致密；连接层与基体间界面接合良好。     

Mechanism of toughening and strengthening of Si3N4／SiC／ZrO2 nanocomposites

1　INTRODUCTIONInnumerousceramicmaterials ,Si3N4 ceramiciscalled“omnipotentchampion”.Itisnotonlyagoodconstructionmaterialappliedinhightemperature ,butalsoanewfunctionmaterial[1,2 ] .Withthedevel opmentofnanocomposites ,theapplicationinvestiga tionofnewtypeSi3N4 ceramicconstructionmaterialshasenteredanewage .Ithasvastappliedperspec tive[39] .ButthelowtoughnessistheobstacleoftheapplicationofSi3N4 ceramicmaterials ,sohowtoim provethetoughnessofSi3N4 ceramicmaterialsisanurgentproblem .T…     

可加工Si3N4／BN复相陶瓷的制备及性能研究

采用化学溶液法混料，然后用氢还原氮化法制备出具有包覆结构的Si3N4／BN纳米复合粉体，复合粉热压后获得较高强度，同时又具有良好加工性能的复相陶瓷。扫描电镜(SEM)，X射线衍射(XRD)分析表明：复相陶瓷中氮化硼以六方晶(h-BN)均匀分布于以α-Si3N4为基体相的晶界与晶内，并抑制α-Si3N4的晶粒长大使基体晶粒细化。良好加工性能的获得是由于h-BN易沿其层间解理以及h-BN与α-Si3N4两相由于热膨胀失配产生的弱界面易在剪切方向剥层所致。     

无压浸渗制备Si3N4/AlN-Al复合材料的力学性能

采用优化的无压浸渗制备工艺(氮气气氛,950℃下浸渗4h)制备具有不同陶瓷含量的Si3N4AlN-Al复合材料,分析了复合材料力学性能随陶瓷含量变化的规律以及复合材料的断裂特征.结果表明,随着Si3N4多孔预制体陶瓷体积分数从30.2%增加到60.6%,无压浸渗制得的复合材料单轴压缩强度从620MPa增加到1728MPa,抗弯强度从429.8MPa增加到672.4MPa,硬度(HRA)从55增加到83,而断裂韧度则从10.55MPa·m1/2下降到2.26MPa·m1/2; Si3N4/AlN-Al复合材料内的裂纹主要在"残留的粗大Si3N4颗粒"、"疏松区"和"粗大的Mg2Si相"3种区域萌生.     

Si3N4基层状复合陶瓷材料的室温与高温性能

采用凝胶注模成型-浸涂-热压烧结工艺制备出了SiC晶须增韧Si3N4基层状陶瓷复合材料,并对这一材料的室温及高温力学性能、微观结构及增韧机理进行了研究.结果表明,采用层状结构可使陶瓷材料的断裂韧性大幅度提高,但抗弯强度有所下降.层状陶瓷复合材料的增韧机理主要是由于弱的界面层对裂纹扩展产生偏折,形成界面裂纹而使断裂路径大大增加.高温性能试验条件下,由于界面层中玻璃相的融化,界面对裂纹的偏折作用消失,造成材料性能的显著下降.     

CNTs的添加对纳米Si3N4陶瓷组织与力学性能的影响

采用热压烧结法制备了CNTs-Si3N4纳米复相陶瓷,研究了碳纳米管(CNTs)的添加对Si3N4陶瓷组织与力学性能的影响,用XRD分析了该复合材料的相组成,并对它的硬度、抗弯强度和断裂韧性进行了测试.结果表明,CNTs-Si3N4纳米复相陶瓷的相为a-Si3N4、β-Si3N4和Si2N2O;其抗弯强度和断裂韧性均随碳纳米管含量的增加呈先升后降的变化趋势,最大值分别在CNTs添加量为2wt%和4wt%时获得;CNTs添加量为2wt%时,硬度略有提高,然后随碳纳米管含量的继续增加而逐渐降低;CNTs-Si3N4纳米复相陶瓷的主要增韧机制为碳纳米管的拔出、桥联和裂纹偏转.     

直接氮化法制备Si3N4粉体过程研究

采用直接氮化的工艺方法,以Si粉为初始原料,采用Fe粉为催化剂,在高温下直接进行氮化,制备了Si3N4粉体.着重讨论了催化剂含量和氮化工艺条件对粉体的氮化率、粒径、形貌和相含量等方面的影响.实验结果表明催化剂含量,球磨工艺,烧结制度是影响Si3N4粉体最终性能的3个主要因素,并且在掺杂Fe为0.5%,球磨时间为2h,采用分阶段保温升温的方法,在氮化温度为1400～1350℃下氮化2～3 h,制备了氮化率95%左右,α相含量接近90%,形状为等轴状的Si3N4粉体.     

TiAl与Si3N4f/Si3N4复合材料钎焊接头界面结构及性能研究

采用AgCuTi钎料实现了TiAl与Si3N4f/Si3N4复合材料的钎焊,确定了钎焊接头的典型界面组织结构为TiAl/AlCuTi/Ag(s,s)/TiN/Si3N4f/Si3N4。钎焊过程中,液相钎料在Si3N4f/Si3N4复合材料表面发生较好润湿,钎料中活性元素Ti与Si3N4基体及纤维发生反应形成连续的TiN化合物层。过高的钎焊温度或过长的保温时间导致钎缝中脆性的AlCuTi化合物增加,且由于接头应力的作用在钎缝中产生微裂纹甚至开裂,严重地降低了钎焊接头性能。当钎焊温度T=850℃,保温时间为10min时,接头抗剪强度达到最大,为9.4MPa,超过Si3N4f/Si3N4母材层间抗剪强度的60%。断口分析表明:压剪过程中,断裂发生在Si3N4f/Si3N4复合材料一侧。     

Al3Ti-SiCp/Al-13Si复合材料力学性能研究

分析了利用原位反应和液态搅拌合成技术制备的Al3Ti-SiCp／Al-13Si复合材料的微观组织和增强相的微观结构，检测了该复合材料的力学性能，探讨了该复合材料的增强机理。研究结果表明：(1)T6态下该复合材料的室温、高温力学性能相对于基体材料分别提高了8％和20％，弹性模量提高了17％；(2)增强相主要是Al3Ti-SiCp；(3)增强机理是：细晶强化、颗粒增强和固溶时效强化。     

Wear Behavior of Plasma-Sprayed Al-Si/TiB2/h-BN Composite Coatings

In this study, mechanically alloyed Al-12Si/TiB₂/h-BN composite powder was deposited onto aluminum substrates by atmospheric plasma spraying. Wear performance of the coating was investigated with respect to the structural evolution of the composite powder coating. Non-lubricated ball-on-disk tests were used to examine the wear resistance of the coatings. The worn surfaces were examined using scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy to elucidate the wear mechanisms operating at the sliding interface. It has been observed that TiB₂ and in situ formed AlN and Al₂O₃ phases in combination with h-BN solid lubricant strongly affect the wear performance of the coating.     

涂层对SiO2/(Si3N4+BN)透波材料力学、介电性能的影响

采用硅树脂作为SiO2/(Si3N4+BN)复合材料涂层,并取得较好的防潮效果.将SiO2/(Si3N4+BN)复合材料涂层后弯曲强度提高约27%左右;介电常数和介电损耗角正切变化分别为0.02和0.2×10-3.     

多节状SiC晶须的特性及其增强Si3N4陶瓷复合材料的性能研究

以稻壳为原料,在非金属催化剂作用下合成了SiC晶须(简称SiCw),运用TEM、XRD研究了晶须的形貌特征及晶体结构,并对其应用于Si3N4陶瓷复合材料的力学性能进行了检测.结果表明SiCw的产率可达30%以上,晶须外观挺直、表面粗糙呈多节状,节间距为0.5μm～1.5μm,直径分布为0.53±0.28μm,长度分布为10.3±6.1μm,长径比分布为23.1±18.3,晶型以β-SiC为主,并有少量的α-SiC变体,两节之间具有孪晶关系;粗糙多节的晶须增加了与基体材料的接触面及摩擦效应,增强了"桥联"强度,其补强、增韧的Si3N4陶瓷复合材料室温强度为856±22 MPa,高温(1 300℃)强度为418.5±14.2 MPa,断裂韧性为11.3±1.0 MPa·m1/2.     

Microstructure, Mechanical Properties, and Pyroconductivity of NiFe2O4 Composite Reinforced with ZrO2 Fibers

NiO-Fe₂O₃-ZrO_2f composites were fabricated by a two-step sintering process. No phase transformation for ZrO_2f was observed. The as-prepared NiO-Fe₂O₃-ZrO_2f ceramic showed excellent mechanical properties because of the introduction of ZrO₂ fiber. The values for both the bending strength and fracture strength of 3 wt.% ZrO_2f-reinforced NiFe₂O₄ samples reached the maximum values of ~89.0 MPa and ~4.67 MPa m^1/2, respectively, The toughness mechanism is mainly attributed to fibers’ fracture, crack deflection, fibers’ pull-out, and fibers’ debonding. The conductivity of ZrO_2f-reinforced NiFe₂O₄ is dependent on temperature and ZrO_2f content. When the electrolytic temperature is up to 950 °C, the conductivity value of the sample reinforced with 4 wt.% ZrO₂ fibers is 0.63 S/cm, which has been improved by 37.8% compared with the conductivity value of 0.45 S/cm for the un-doped samples. The main conductive mechanisms of ZrO₂ fiber in the matrix are the one based on the substitution of Zr⁴⁺ ions to produce quasi-free electrons, and the other based on oxygen ionic conducting mechanism.