固态输送ZrCl4低压化学气相沉积制备ZrC涂层的特征

采用ZrCl4-CH4-H2-Ar反应体系、固态输送ZrCl4粉末低压化学气相沉积(CVD)制备ZrC涂层。研究温度对低压化学气相沉积ZrC涂层物相组成、晶体择优生长、涂层表面形貌、断面结构、涂层生长速度和沉积均匀性等方面的影响。结果表明:不同温度下沉积的涂层主要由ZrC和C相组成;随着温度的升高,ZrC晶粒(200)晶面择优生长增强,颗粒直径增大,表面致密性增加,沉积速率上升;涂层断面结构以柱状晶为主;随着离进料口距离的增加,涂层的沉积速率逐渐减小;1 500℃时,沉积系统的均匀性比1 450℃时的差。     

气体流量对LPCVD ZrC涂层结构和沉积机理的影响

利用低压化学气相沉积(LPCVD)工艺,采用Zr-Br2-C3H6-H2-Ar反应体系,在1200℃下,于石墨基底表面制备了ZrC涂层。研究了气体流量对ZrC涂层微观形貌和沉积机理的影响。结果表明,随着气体流量由200 mL/min向1000 mL/min增大,涂层的沉积速率先增大后减小,在800 mL/min时达到极值,极大值为3.37×10-3g·cm-2·h-1。同时,涂层的择优取向发生了明显的变化,在600~800 mL/min范围内,涂层具有稳定且强烈的(200)晶面择优取向。XPS分析结果表明,沉积产物中的C/Zr比也随气体流量的增大,相应的由0.85快速地升高到1.49。当气体流量为200 mL/min时,涂层致密光滑,ZrC晶粒具有典型的等轴晶结构特征;当气体流量为400~800 mL/min时,涂层光滑平坦,ZrC晶粒具有规则的四面体结构;当气体流量为1000 mL/min时,涂层表面存在着大量不规则的岛状、弓状颗粒。基底表面边界层厚度的变化是影响涂层沉积过程的主要因素。     

低压化学气相沉积制备ZrC涂层：原位溴化工艺

本研究设计了一种溴化装置,用于合成并稳定控制ZrBr4蒸汽的流量。采用低压化学沉积技术,以Zr-Br2-C3H6-H2-Ar为体系,1200°C在石墨基底上制备了ZrC涂层。研究了气体组分(源气C/Zr比)对ZrC涂层微观形貌及生长机制的影响。源气C/Zr比为1.5时,涂层的沉积过程为由表面反应机制为主,ZrC涂层较为疏松。源气C/Zr比为0.5~1时,扩散动力学是涂层的主要生长机制,所制备的ZrC涂层具有致密均匀ZrC涂层,并沿(200)晶面择优取向。同时,源气C/Zr比为0.5时,制备的ZrC涂层无自由碳存在并具有近化学计量比。     

氢气浓度对常压化学气相沉积ZrC涂层的影响

采用ZrCl4-CH4-H2-Ar体系在C/C材料基体上进行常压化学气相沉积(APCVD)制备碳化锆(ZrC)涂层.通过X射线衍射技术(XRD)和扫描电镜(SEM)对不同H2浓度下制备的ZrC涂层进行分析.对H2在沉积过程中的作用机制进行了讨论.结果表明:H2浓度对涂层的相组成、晶体的择优取向和结构形态有重要影响;无H2或H2浓度较低时,涂层含有大量的热解碳,由ZrC和碳两相组成,涂层呈多孔颗粒状;当H2浓度(体积分数)增加到30%以上时,涂层的相成分变为单一ZrC相;当H2的浓度增加到90%时,ZrC晶体取向由(111)、(200)转变为强烈的(220)择优取向,晶粒形貌变为纳米针状.     

金属有机物化学气相沉积法制备铱涂层的形貌与结构分析

采用金属有机物化学气相沉积法，在不通入活性气体的条件下，研究了三乙酰丙酮铱先驱体挥发温度对铱涂层显微结构的影响。在500℃的金属铌和陶瓷石英基片上制备出亮银白色的多晶相铱涂层。分析表明：铌和石英基片上沉积的铱涂层均由两层不同结构的薄膜构成，220℃挥发先驱体沉积出由纳米级颗粒疏松堆积构成的涂层，185℃挥发先驱体沉积出致密的涂层。铱涂层表面光滑均匀，无明显缺陷。     

石墨表面化学气相沉积SiC及C涂层的制备

以C3H8和CH3SiCl3（MTS）为先驱体原料,用化学气相沉积法在石墨基体表面分别制备了C涂层、SiC涂层。采用X射线衍射仪和扫描电镜分析了两种涂层的成分和表面微观形貌,研究了温度和气体流量对涂层微观形貌的影响。结果表明,当C3H8＋N2流量为140 L/h,沉积温度为1300℃时,石墨基体表面可获得致密度较高的C涂层,而且涂层比较平整、均匀,而流量为160 L/h时涂层比较粗糙。当MTS＋H2流量为60 L/h、沉积温度1100℃时在石墨基体表面可以形成致密的SiC涂层,1300℃时生长的SiC晶体形貌发生改变,涂层厚度增加,表面有较多圆形凸起。当MTS-H2气体流量增大可使SiC涂层晶粒尺寸增大,但大流量易产生涂层剥落。采用C和SiC共沉积涂层作过渡层,涂层与石墨基体界面结合增强;SiC涂层与石墨基体之间存在厚度较大的过渡区域,过渡区域平均厚度约2μm。     

喷射沉积Al-Si-Ni-Cu-Mg合金的显微组织和相组成

利用喷射沉积技术制备了Ａ１Ｓｉ２０Ｎｉ４Ｃｕ３Ｍｇ合金,分析了合金沉积态、挤压态和Ｔ６热处理态的微观组织,结果表明,组织中存在三种含Ｎｉ的金属间化合物,在挤压和Ｔ６热处理时,它们能够有效地阻碍Ｓｉ原子的扩散,抑制初晶Ｓｉ的长大。此外,起常常强化作用的Ｃｕ与Ａｌ,Ｓｉ一起形成的金属间体例物,影响了合金在Ｔ６热处理时的沉淀强化作用。     

温度对CVD-TaC涂层组成、形貌与结构的影响

利用TaCl5-C3H6-H2-Ar反应体系,用化学气相沉积法(CVD)成功地在C/C复合材料表面沉积TaC涂层及C-TaC复合涂层.研究了温度对TaC涂层的相组成和表面形貌的影响以及CVD-TaC涂层的沉积机理.结果表明:在1373～1673 K温度范围内能够在C/C复合材料表面制备碳化钽涂层,它由TaC和游离碳组成.提高沉积温度和H2/C3H6的流量比,TaC涂层中游离碳的含量减少;随着沉积温度的升高,TaC涂层的颗粒尺寸增大,均匀程度下降;在1 573 K时颗粒间出现明显的烧结界面,结构致密无裂纹.制备出成分波动的C-TaC复合涂层,该涂层与基体间具有良好的机械相容性.分析了低应力、无裂纹TaC复合涂层的形成机制.     

超音速激光沉积制备7075/Al2O3复合涂层的显微组织及性能研究

超音速激光沉积是将超音速冷喷涂和激光辐照加热有机结合的一种新型复合材料表面处理技术,具有可制备硬质金属复合涂层、沉积效率高等优点。本工作利用超音速激光沉积技术在7B04铝合金基体上制备硬质铝合金7075与陶瓷颗粒Al₂O₃的复合涂层,系统研究激光功率对涂层的沉积特性和力学性能的影响规律。采用场发射电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计等仪器,对涂层的显微组织、相成分和显微硬度进行表征分析,结果表明：随着激光功率的增加,涂层的厚度、致密度、沉积效率、硬度以及涂层中Al₂O₃颗粒的分散性和相对沉积效率逐渐增加。当激光功率为600 W时,涂层的沉积厚度达1543μm,孔隙率为0.05%,涂层中Al₂O₃粉末颗粒的相对沉积效率达到峰值65%,HV硬度达到1911 MPa。当激光功率提升至900 W时,涂层的厚度、沉积效率增速放缓,孔隙率显著增加,涂层发生氧化相变,Al₂O₃粉末的相...     

Effect of SiC/ZrC ratio on the mechanical and ablation properties of C/C–SiC–ZrC composites

The effect of SiC/ZrC weight ratio on the mechanical and ablation properties of carbon/carbon composites modified by SiC nanowires reinforced SiC–ZrC ceramics (C/C–SiC–ZrC) was studied. Results showed that C/C–SiC–ZrC composites with a SiC/ZrC ratio of 1:1.5 exhibited good mechanical and ablation properties. The flexural strength and modulus were 201 ± 20 MPa and 18 ± 1 GPa, respectively. After ablation for 120 s, the linear and the mass ablation rate were 0.012 mm/s and 0.0019 g/s. The good performance is attributed to a higher density, the reinforcing effect of SiC nanowires and the proper SiC/ZrC ratio.     

Preparation and oxidation protection of CVD SiC/a-BC/SiC coatings for 3D C/SiC composites

An amorphous boron carbide (a-BC) coating was prepared by LPCVD process from BCl₃-CH₄-H₂-Ar system. XPS result showed that the boron concentration was 15.0 at.%, and carbon was 82.0 at.%. One third of boron was distributed to a bonding with carbon and 37.0 at.% was dissolved in graphite lattice. A multiple-layered structure of CVD SiC/a-BC/SiC was coated on 3D C/SiC composites. Oxidation tests were conducted at 700, 1000, and 1200 °C in 14 vol.% H₂O/8 vol.% O₂/78 vol.% Ar atmosphere up to 100 h. The 3D C/SiC composites with the modified coating system had a good oxidation resistance. This resulted in the high strength retained ratio of the composites even after the oxidation.     

玻璃陶瓷复合材料的制备、微结构和性能

采用电子陶瓷工艺制备了一系列玻璃/锶长石陶瓷复合材料,并对复合材料进行X射线衍射分析、扫描电镜观察和性能测试。结果表明:复合材料的介电常数、热膨胀系数和显微硬度随着锶长石含量的增加而增加,而介电损耗随锶长石含量的增加而减小。锶长石含量大于50%(质量分数)的复合材料中α石英和方石英的析出增加了材料的热膨胀系数,但对材料的介电性能影响不大。所制备的复合材料具有低的介电常数(5.2~5.8)、低的介电损耗(0.10%~0.25%)、低的热膨胀系数(4.4×10-6~6.2×10-6℃-1)和低的烧结温度(≤900℃),有望用于电子封装领域。     

Ablation in different heat fluxes of C/C composites modified by ZrB2–ZrC and ZrB2–ZrC–SiC particles

Carbon/carbon composites modified by ZrB₂–ZrC–SiC particles (C/C–Z–SiC), C/C–Z and C/C were ablated by oxyacetylene torch using two different heat fluxes to investigate the effect of doped ceramic particles. Results indicated that C/C–Z–SiC had the best ablation property in heat flux of 2.38 MW/m² whereas their ablation rates increased fastest when heat flux rising from 2.38 to 4.18 MW/m². C/C composites had the poorest ablation property in the lower heat flux and their ablation rates increased slowest. Thermal mismatch of Z, SiC and C and evaporation of SiO₂ induced the various ablation behavior.     

原位反应纳米TiB2/Cu复合材料的制备和微结构

利用原位反应技术 ,通过控制反应物B2 O3 和石墨的含量制备了原位生长纳米TiB2 增强Cu基复合材料。用XRD ,EDS ,TEM对TiB2 /Cu原位复合材料进行微结构分析 ,研究表明铜基体中弥散分布着 5 0nm的TiB2颗粒 ,并对Cu基体有良好的增强作用。     

SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层的抗氧化和耐烧蚀性能研究

碳/碳化硅复合材料(C/SiC)在使用时经常受到高温氧化和烧蚀作用。本文采用化学气相沉积(CVD)和浆料刷涂-烧结法制备了双层SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层,对比研究了无涂层,单层SiC涂层和双层SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层C/SiC复合材料在1500℃下的氧化和在4.2 MW/m2热流密度下的烧蚀性能。结果表明,制备态ZrB2-SiC-B4C涂层致密、完整,表面平均粗糙度约为1 μm,孔隙率约为4.2 %。在1500℃氧化30 h后,SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层C/SiC复合材料的质量损失率约为10%,涂层表面氧化膜致密,无明显裂纹。高温烧蚀20 s后,SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为1.0±0.3 μm/s和1.1±0.2 mg/s,与单层SiC涂层相比分别降低了75.0 %和50.0 %,SiC/ZrB2-SiC-B4C涂层烧蚀后形成的ZrO2-SiO2氧化膜可以减缓火焰对复合材料的机械剥蚀作用。     

Pyrolysis mechanism of ZrC precursor and fabrication of C/C-ZrC composites by precursor infiltration and pyrolysis

C/C-ZrC composites were prepared by precursor infiltration and pyrolysis using the organic zirconium as precursor. The conversion mechanisms of the precursors such as the thermal behavior, structural evolution, phase composition, microstructure, composition of the precursors and products were analyzed by thermal gravimetric analyzer, Fourier transform infrared spectrometer, X-ray diffraction and scanning electron microscope. The results indicate that the ZrC precursor transforms to inorganic ZrO₂ from room temperature to 1200 °C, then reduces to ZrC at 1600 °C through the carbothermal reduction reaction. The microstructure of the C/C-ZrC composites was also investigated. The composites exhibit an interesting structure, a coating composed of ZrC ceramic covers the exterior of the composite, and the ZrC ceramic is embedded in the pores of the matrix inside the composite.     

C／C坯体对RMI C／C—SiC复合材料组织的影响

以PAN基炭纤维（Cf）针刺整体毡为预制体，用化学气相渗透（CVI）、浸渍炭化（IC）方法制备了不同炭纤维增强炭基体的多孔C／C坯体，采用反应熔渗（RMI）法制备C／C—SiC复合材料，研究了渗Si前后坯体的密度和组织结构。结果表明：不同C／C坯体反应溶渗硅后复合材料的物相组成为SiC相、C相及单质Si相；密度低的坯体熔融渗硅后密度增加较多；密度的增加与开口孔隙度并不是单调增加的关系，IC处理的坯体开口孔隙度低，但渗硅后复合材料的密度增加较多；IC坯体中分布分散的树脂C易与熔渗Si反应，CVI坯体中的热解C仅表层与熔渗Si反应，在Cf和SiC之间有热解C存在；坯体密度相同时，IC处理的坯体中SiC量较多，单质Si相含量少且分散较好，而CVI坯体中SiC量较少，单质Si相的量较多；制备方法相同时，高密度的C／C坯体，渗硅后C相较多。     

载气对CVI C/C材料密度和热解炭结构分布的影响

采用定向流动热梯度CVI工艺,以丙烯作炭源气,以针刺炭纤维整体毡作预制体分别研究了加氢气和氮气作载气对C/C复合材料密度和热解炭结构分布的影响。结果表明,载气对热梯度CVI C/C材料密度和热解炭结构沿径向分布的均匀性有重要影响。当其它工艺条件相同时,经过400 h的沉积,采用N2作载气时所得炭盘的平均体密度为1.54 g/cm3,炭盘密度沿径向分布的偏差Δρ为0.24 g/cm3,在炭盘的外侧易形成SL结构热解炭;而采用H2作载气时,可以得到平均体密度为1.67 g/cm3、热解炭结构分布高度均匀的全RL结构PyC基C/C复合材料,且炭盘密度沿径向分布的偏差Δρ仅为0.11 g/cm3,密度分布均匀性提高一倍以上。不管是采用N2还是H2作载气,炭盘的密度沿周向分布都十分均匀(Δρ≤0.02 g/cm3),且炭盘的较低密度部位均位于中间偏内侧。     

Co包覆纳米Al2O3/TiC复合材料的制备及其显微结构研究

采用Co包覆Al2O3/TiC纳米级粉料进行了不同Co含量、不同烧结温度的热压烧结实验。对综合力学性能最佳的nATC8复合材料进行了工艺参数的优化,得出其优选工艺参数为,烧结温度1650℃,保温30min,热压30MPa。采用优选工艺参数制备的纳米复相陶瓷材料的硬度为92.7HRA,弯曲强度fσ为782MPa,断裂韧性KIC为7.81MPa.m1/2。通过对其断口的观察,发现形成了晶内型结构,并观察到了裂纹曲折的扩展路径以及裂纹的分叉、偏转、桥联,这些有助于材料强度和韧性提高的现象。