金刚石/碳化硅复合材料的近净成形研究

采用金刚石/碳/硅预制坯成形以及真空气相反应渗硅工艺实现了金刚石/碳化硅复合材料的近净成形制备。对复合材料的显微结构以及性能进行了研究,讨论了反应渗透过程中复合材料体积变化的影响因素及影响机理。结果表明:采用真空气相反应渗硅工艺制备的金刚石/碳化硅复合材料主要由金刚石,碳化硅以及少量残留硅组成,复合材料内部各相分布均匀,致密度达到99%以上,抗弯曲强度达到260MPa。由于硅碳原位反应生成碳化硅是一个体积膨胀过程,预制坯体在渗透过程中呈现5%～20%的体积膨胀。原料配方中金刚石含量越高,硅碳比越低,预制坯体开孔率越高,渗透过程中复合材料的体积膨胀率越低。为了避免样品变形,实现金刚石/碳化硅复合材料近净成形的最佳硅碳比为1:1。     

应用纳米金刚石提高碳化硅基复合材料的强度

本文对高温高压下 ,用硅与金刚石微粉的浸渗压制及其相互作用所制得的复合材料的密度、强度和结构进行了研究。研究表明 ,往浸渗层中添加纳米金刚石的成分 ,可提高符合技术条件要求的试样的合格率 ,同时(在从 1.7- 2 .2GPa的压缩实验中 )可增加复合材料极限强度的平均值。硅与金刚石颗粒相互作用的产生与碳化硅的分散度的提高 ,和复合材料中没有结合的硅数量的减少有关     

金刚石/碳化硅/铝复合材料的热膨胀性能

采用气压浸渗法制备金刚石/碳化硅/铝复合材料,研究复合材料的断口形貌以及界面反应,测试复合材料的热膨胀性能。结果表明:金刚石表面Ti镀层使得其选择性粘附不同于未镀钛金刚石的,而在各个面上均粘附有Al,金刚石与基体间有着良好的界面结合,断裂方式以基体断裂为主,其界面反应后,Ti以Al3Ti和Ti-Al-Si等金属间化合物的形式析出,提高金刚石/铝界面的结合强度,降低复合材料的热膨胀系数;随着金刚石颗粒粒径的增大,金刚石和碳化硅颗粒间粒径比的增大增加了整个复合材料的体积分数,从而降低了其热膨胀系数;金刚石颗粒粒径增大导致热膨胀系数升高。这两方面共同影响复合材料的热膨胀系数,但前者起主导作用;金刚石和碳化硅在不同配比下的热膨胀系数随着复合材料中碳化硅含量的增加逐渐增大,Terner模型与Kerner模型的计算平均值能较好地预测实验结果。     

高导热金刚石/铝复合材料的真空热压制备

以纯铝粉末和金刚石为基体材料,采用真空热压固相烧结方式制备出热导率为677 W/(m·K)的高导热金刚石/铝复合材料.利用激光导热仪、热膨胀仪对金刚石/铝复合材料性能进行表征,并通过对制备温度、保温时间及金刚石基本颗粒尺寸的调控来优化制备工艺.研究发现:随制备温度升高,金刚石/铝复合材料的密度及致密度均有所提高,其热导...     

真空热压烧结法制备金刚石/Al-Cu基复合材料

采用真空热压烧结法成功制备了金刚石/Al-Cu基复合材料。研究表明,少量Cu粉的添加,能优化金刚石/纯Al复合材料的热膨胀系数、热导率等热性能。在室温~300℃,金刚石体积含量为50%的复合材料热膨胀系数为(7.3~11.3)×10-6/℃。在室温下,热导率为325 W/(m·K)。     

高温高压下金刚石/碳化硅体系烧结反应机理研究

本文研究了微米级金刚石与硅粉在高温(800~1 200℃)高压(5.1 GPa)下的反应机理。通过对金刚石与硅粉反应过程的研究,发现微米级金刚石与硅粉在硅熔点以下发生了反应;并指出高温高压下微米金刚石与硅粉的反应分为两个阶段:硅未熔化前的金刚石与硅的反应,硅熔化后的金刚石与硅、石墨与硅的反应。最后提出了一种新的合成金刚石/碳化硅复合材料的工艺,即采用高压熔渗法合成金刚石/碳化硅复合材料时,在温度略高于硅熔点之后保温一段时间,再升温到合成材料的设定温度,可以合成出结构更加均匀的、高质量的金刚石/碳化硅复合材料。     

自蔓延烧结法制备Al_4C_3涂覆金刚石复合材料

采用Ti/Al/石墨/金刚石粉体为原料,通过自蔓延高温烧结技术制备铝-碳化钛基结合金刚石复合材料,制备了Al-TiC结合剂金刚石复合材料,在金刚石表面合成了碳化铝涂层。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)结合能谱仪(EDS)分析试样。研究结果表明:各种原料经自蔓延高温烧结后,产物主相为Al、TiC和金刚石。同时,在金刚石表面形成了致密的Al4C3涂层,当Al质量分数较高时(80%),Al4C3涂层组织细小,约为1~5μm;随着Al质量分数减少至60%,Al4C3涂层组织粒度逐渐变大,同时析出较多5~20μm的花蕾状析出物。但是当Al质量分数较少(40%)时,金刚石易发生碎裂现象。     

过滤阴极真空电弧制备非晶金刚石红外保护膜

采用过滤阴极真空电弧技术,通过施加不同衬底偏压制备了非晶金刚石薄膜.利用纳米压痕仪和光谱椭偏仪测试薄膜的力学性能和光学性能,利用KLA-Tencor台阶仪测试硅衬底在薄膜沉积前后的曲率半径,并根据Stoney方程计算薄膜应力,利用可见光拉曼光谱和电子能量损耗谱研究了薄膜的微结构.实验表明:当衬底负偏压为80 V时,薄膜的硬度、弹性模量、光学带隙和折射率均达到最大值,随着偏压的升高或降低,各参量分别降低;此时,薄膜的sp3杂化含量最高,斜坡系数却最小;在宽红外波段范围内,薄膜的消光系数趋近于零,即红外透明;另外,薄膜具有接近金刚石的高硬度和高模量,并且其微结构以及光学和力学性能可调,因此是一种优异的红外光学窗口增透保护薄膜材料.     

纳米金刚石膜真空窗口的制备

使用自制的微波等离子体化学气相沉积装置,以乙醇为碳源在（100）硅表面制备了金刚石膜;然后用浓硝酸和氢氟酸的混合溶液腐蚀硅,制备出金刚石膜窗口。使用场发射扫描电镜（SEM）、X射线衍射、拉曼光谱（Raman）、原子力显微镜（AFM）表征和分析金刚石膜,并以自制的漏气率测量系统测量金刚石膜窗口的漏气率。结果表明:金刚石膜的厚度为15 μm,平均粗糙度值R_a为39.5 nm,晶粒的尺寸大小为30 nm,漏气率为8.8×10-9 Pa·m3/s。      

液相烧结法制备金刚石-WC-Co硬质合金复合材料性能影响因素的研究

本文采用常规液相烧结,在1340℃的共晶温度以上制备金刚石-WC-Co硬质合金复合材料。研究了钴含量、钨添加量和烧结温度、烧结压力对金刚石-WC-Co硬质合金复合材料性能的影响。结果表明：烧结温度越高对金刚石损伤越大,烧结温度低易出现欠烧,最优烧结温度1 390℃;金刚石石墨化导致出现渗碳相,添加亚细W粉后,合金组织可以重新回到两相区;增大烧结压力有助于降低孔隙,提升合金致密度,10 MPa时4%钴含量（质量分数,下同）接近全致密;钴含量低致密度较差、结晶度差,钴含量高对金刚石损伤很大,钴含量优选4%;采用4%Co、1.6%W、0.5%镀Ti金刚石、93.2%WC的配比,在1390℃、10 MPa的烧结工艺下,合金金相组织正常无渗碳相与脱碳相,接近全致密,耐磨性提升至2倍以上。通过低成本生产工艺制备高性能金刚石-WC-Co硬质合金复合材料有利于推进金刚石-硬质合金复合材料产业化应用。     

碳化硅衬底沉积高取向金刚石薄膜

采用直流辉光放电等离子体设备在单晶碳化硅表面沉积高晶取向金刚石薄膜,研究了预处理方法、基片温度以及甲烷浓度(甲烷与氢气的体积比)对金刚石薄膜晶粒取向的影响。用SEM、Raman等测试方法对金刚石薄膜进行表征。结果表明:研磨处理可以提高金刚石形核密度,高的形核密度有利于金刚石薄膜的沉积;过高或过低的基片温度会使得金刚石薄膜表现出(111)面生长的趋势;高甲烷浓度和低甲烷浓度也会使得金刚石薄膜晶粒取向发生改变。最终采用850℃以及5%甲烷浓度这一沉积参数进行金刚石薄膜的沉积,制备出了取向度非常好的(100)面金刚石薄膜。     

冷压-溶解-真空烧结法制备泡沫铝的工艺研究

介绍了以NaCl粒子为造孔剂利用冷压-溶解-真空烧结法制备泡沫铝的新工艺。研究了该方法制备泡沫铝的关键工艺过程，分析讨论了试验工艺条件和工艺参数对泡沫铝形成及质量的影响。结果表明，该方法工艺简单，可制备出孔分布较均匀，且孔结构及孔隙率易于控制的通孔泡沫铝。压制压力250MPa、烧结温度540℃保温2h为最佳的制备工艺参数。     

CuSnTiNi钎料真空钎焊金刚石

采用两种不同比例CuSnTiNi混合单质金属粉,对金刚石在1 040℃保温5 min进行了真空钎焊试验.利用SEM,EDS及XRD对金刚石焊后界面微结构和钎料的微观组织进行了测试分析.结果表明,适合钎焊金刚石的活性成分为BCu70Sn15Ti10Ni5（质量分数,%）,该钎料能够在钎焊时首先合金化,在金刚石表面形成了断续的TiC,实现了金刚石的高强度连接,金刚石的热损伤较小,钎料组织由α-Cu固溶体、δ-Cu₃₁Sn₈等相组成,该钎料显微硬度为130~180 HV0.1,比CuSnTi有较高的硬度.     

机械合金化-真空烧结法制备致密细晶钛合金

采用机械合金化-真空烧结方法制备出致密细晶钛合金（Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo），并研究了球磨时间、烧结温度等制备条件对烧结材料密度和显微组织的影响规律。结果表明，随着球磨时间的增加，钛合金烧结材料的密度逐渐升高，显微组织从初生α相＋针状的转变β组织逐步转化为细等轴状的α＋β组织，并且其晶粒尺寸逐渐减小。当球磨时间为40h，烧结温度为1200℃时，烧结材料的相对密度达到99．1％，平均晶粒尺寸仅为2μm。     

碳化硅粒度对修整陶瓷金刚石研磨盘的影响

为研究碳化硅粒度对陶瓷金刚石研磨盘的修整效果的影响,使用不同粒度的碳化硅修整环对粒度为M20/30的陶瓷金刚石研磨盘进行修整,分析修整后陶瓷金刚石研磨盘的表面形貌、耐用度、加工效率等。结果发现:在修整参数为上盘转速12 r/min,下盘转速12 r/min,内环转速12 r/min,预压力0.2 MPa的条件下,用240#碳化硅修整环（碳化硅粒度尺寸61 μm）进行修整,其出刃高度与金刚石颗粒的间距相当,修整后的磨盘锋利度最好、表面保持性最好。      

Ni-Cr合金真空钎焊金刚石的热损伤分析

钎焊金刚石工具具有高的出露和连接强度,但金刚石磨料在钎焊过程中所受的热损伤对其寿命影响较大,因此文中对钎焊金刚石的热损伤作了分析.采用Ni-Cr合金对金刚石进行钎焊试验,利用SEM,EDS对金刚石的表面形貌进行观察分析,采用拉曼光谱仪对金刚石表面进行石墨化分析及热应力分析.结果表明,经Ni-Cr合金钎焊后金刚石表面有较多的碳化物(Cr3C2,Cr7C3)生成,同时发现金刚石表面有少量石墨化和化学侵蚀,其顶部的拉应力大约为110MPa,底部的压应力大约为520MPa.     

SiC粒子真空处理对铸造铝基复合材料制备过程的影响

研究了真空烘烤ＳｉＣ粒子对铸造铝基复合材料制备过程的影响。用四极质量分析仪分析了ＳｉＣ表面吸附的气体。提出了ＳｉＣ表面吸附的是防碍它的铝合金熔体中均匀发散的主要原因的观点。     

高温高压下新型金刚石/碳化硅热沉材料的热导率研究

本文针对国内外对高导热、低热膨胀系数的热沉材料需求,以金刚石为基体、硅粉为添加物,用国产六面顶压机在5.1 GPa,1 350～1 650℃的条件下,采用高压固液渗透法合成出金刚石/碳化硅陶瓷热沉材料,并对高压烧结体的相组成、密度与热导率进行了分析.研究结果表明:初始材料中硅含量、烧结时间与温度对烧结体的成分以及密度有...     

放电等离子烧结法制备Cu/金刚石复合材料的性能与显微组织

由于具备较高的热导率,铜/金刚石复合材料已成为应用于电子封装领域的新一代热管理材料。采用放电等离子烧结工艺（SPS）成功制备含不同金刚石体积分数的Cu/金刚石复合材料,研究复合材料的相对密度、微观结构均匀性和热导率（TC）随金刚石体积分数（50%、60%和70%）和烧结温度的变化规律。结果表明：随着金刚石体积分数的降低,复合材料的相对密度、微观结构均匀性和热导率均升高;随着烧结温度的提高,复合材料的相对密度和热导率不断提高。复合材料的热导率受到金刚石体积分数、微观结构均匀性和复合材料相对密度的综合影响。     

CVI-PIP法制备连续纤维增韧碳化硅基复合材料的研究

CMC-SiC是航空航天等高科技领域不可缺少的材料。先驱体浸渍热解(PIP)和化学气相渗透(CVI)是制备CMC-SiC较为理想的方法。采用PIP和CVI相结合的技术制备了CMC-SiC。结果表明,制备CMC-SiC的最好工艺是初始进行短期的CVI过程,随后再进行反复的PIP循环。