20wt% SiO2/Al-Mg复合材料的界面反应及其微结构

采用粉末冶金法制备了20wt%SiO2/Al-Mg复合材料。研究了SiO2和基体元素Al,Mg反应机制,研究表明:在原SiO2颗粒内,形成MgAl2O4,MgO,Mg2Si和少量Al和Si。MgAl2O4呈不规则形状,而且MgAl2O4往往和Al相邻;MgO和Mg2Si形成片层状共析体;经620℃烧结30min,SiO2被完全反应掉。反应生成物Si多数被排到Al基体中;原Al-Mg基体中主要物相为:Al,Mg2Si和Si,Mg2Si颗粒的尺寸小于0.2μm。原Al-Mg基体中,单质Mg已不存在,Mg反应形成Mg2Si。     

Mg-α-SiAlON/MgO复合材料中Mg-α-SiAlON的原位合成

为改善低品位Mg基材料高温性能,采用烧结Mg砂、金属Al粉、单质Si粉和Al₂O₃粉为主要原料,制备了Mg-α-SiAlON/MgO复合材料。通过XRD、SEM及EDS等检测手段,研究了不同原料质量分数及氮化温度条件下Mg-α-SiAlON/MgO复合材料中Mg-α-SiAlON的原位合成,结合热力学分析确定了合成Mg-α-SiAlON的气氛条件并分析了合成Mg-α-SiAlON的反应机制。结果表明：1 550℃时的氮、氧分压满足合成Mg-α-SiAlON的热力学条件。当烧结Mg砂粉、Al粉、Si粉和Al₂O₃粉的质量分数之和为40wt%时,1 550℃保温3 h氮化后的Mg-α-SiAlON/MgO复合材料中板片状Mg-α-SiAlON相生成量最高可达32.1%,且相互交错构成骨架,将低熔点物相包裹其中。利用烧结Mg砂原位氮化制备Mg-α-SiAlON/MgO复合材料,有利于提高Mg基材料的抗热震性能。     

Mg-sialon/MgO复合材料中Mg-sialon片晶的形成和表征

为研制新型镁质耐火材料,采用金属铝粉、硅粉和电熔镁砂细粉为原料,通过XRD、SEM及能谱分析(EDS)等检测手段,分别对在氧化性条件、还原性条件和氮气条件下经1 350℃和1 550℃保温2h烧后的MgO、Al和Si原料中生成的Mg-sialon多形体进行研究,并结合热力学分析解释在各气氛条件下煅烧时材料中Mg-sialon多形体的形成机制。实验结果表明,在三种气氛条件下烧成时,MgO、Al和Si原料中的Al和Si主要通过气-固/液反应原位生成Al_2O_3、AlN和SiO_2,这些生成物与原料中的MgO相互固溶形成Mg-sialon多形体。三种气氛条件下烧后Mg-sialon/MgO试样中生成的Mg-sialon多形体形貌均为板片状,生成位置分别为氧化性条件下烧后试样的封闭气孔中、还原性条件下烧后试样金属相熔融反应后形成的孔洞中和氮气条件下烧后的整个试样中。     

超细高能燃料无定形硼粉的自蔓延制备与表征

采用自蔓延高温合成(SHS)法,用高活性金属Mg粉还原B2O3粉,通过镁热还原反应B2O3 3Mg→2B 3MgO制备出超细高能燃料无定形硼粉,研究镁热还原工艺对还原产物的影响.采用X射线衍射仪对盐酸溶浸后的还原产物进行物相分析.结果表明:还原过程中生成的酸不溶物MgB6、BxO、Mg2SiO4、FeB49是影响硼粉纯度的主要杂质.利用费歇尔粒度测试仪(F.S.S.S)检测无定形硼粉的平均粒径和比表面积.通过优化制备工艺,在B2O3/Mg(质量分数,%)为3.0、反应体系温度为850℃的条件下,可制备出纯度高于94%、比表面平均粒径为0.5～0.7μm、比表面积达4～6m2/g的超细无定形硼粉.     

热处理温度对C/C-SiC摩擦材料组织结构的影响

以短切炭纤维为增强相,采用温压-原位反应法制备C/C-SiC材料,研究了热处理温度对C/C-SiC材料组织结构的影响,以及Si(1)-C原位反应机理.结果表明:试样中硅粉均匀分布于素坯内部,Si-C原位反应只需Si近程扩散即可.Si粉熔化后迅速在就近的炭源表面铺展,并与之反应生成SiC.Si(1)-C反应相对于Si(s)-C反应速度更快,反应更完全.温度越高,生成的SiC也就越多,残留Si相应减少.1500 ℃热处理后复合材料的SiC含量达到62.7%,残留Si仅为1.4%.     

Si3N4基复相陶瓷材料的制备及力学性能

基于高马赫数导弹天线罩为应用背景,以Si粉、BN粉、SiO2粉为主要原料,采用反应烧结法制备Si3N4基复相陶瓷材料,探讨了原料组成以及制备工艺对力学材料性能的影响规律,采用SEM观察了材料的断口形貌.结果表明:当原料中Si、BN和SiO2的含量分别为55%、30%和10%时,采用分段升温烧结工艺制备的材料力学性能最好,强度达到94.3MPa,断裂韧性1.69MPa·m1/2,模量45.2GPa.     

Mg-Mg17Al12-MgO复合材料的自组织生长合成

以纯Mg粉、Al(NO3)3·9H2O粉及Al2O3粉为原料,采用原位自组织生长的方法制备成以MgO纳米线和Mg-Mg17Al12共晶体增强的镁基复合材料.采取超声波搅拌法和一般球磨法混料,通过对试样的示差扫描分析,发现Mg与Al3O3在350℃左右发生反应.当试样在550℃烧结后冷却,两相共晶Mg-Mg17Al12自组织生长形成.采用透射电镜、扫描电镜和能谱分析对烧结后试样的微观形态做表征和分析,并测试其机械性能.结果显示:超声波搅拌混合法制得的生坯组织更为致密、维氏硬度更高.文中初步建立了增强相的原位自生长动力学模型.     

工艺条件对碳化稻壳镁热还原产物组成的影响

以同时含有碳源和硅源的稻壳制备碳化稻壳,采用镁热法还原其中的SiO2,借助XRD对还原产物进行分析,探讨了镁热还原工艺对产物组成的影响。结果表明:碳化稻壳中的SiO2在490℃可以发生镁热还原反应,当还原温度低于700℃时,还原产物是Si或Mg2Si;当还原温度超过700℃时,还原产物中形成SiC;当还原温度高于800℃时,产物中有Mg2SiO4生成。镁热还原温度在600~700℃之间时,通过控制Mg与碳化稻壳中的SiO2的质量配比,可以制备出Si/C复合材料。     

反应结合刚玉基耐火材料结构与性能的研究

以板状刚玉为主原料,热固性树脂为结合剂,研究了铝粉的添加量,以及复合加入硅粉及碳化硅粉对刚玉基耐火材料结构与性能的影响.对在空气气氛下以不同温度处理后的试样常温物理性能及高温强度进行检测,并用XRD和SEM对其物相组成和显微结构进行了分析表征.结果表明:铝粉氧化生成高活性的Al2O3,可以促进烧结;此外,铝粉还可以与碳及氮气反应生成Al4C3和AlN晶须,对制品起到增强增韧的作用,但铝粉的加入量控制在8％较好;复合加入硅粉及碳化硅时,高温处理后氧化生成的Al2O3与SiO2原位反应生成莫来石相,有利于改善材料高温性能.     

氮化温度对MgO-C耐火材料结构和性能的影响

为了优化MgO-C耐火材料的性能,以电熔镁砂、鳞片石墨和负载硝酸铁的硅粉为主要原料,热固性酚醛树脂为结合剂,经高温氮化制备了MgO-C耐火材料,并研究了催化剂的添加及不同氮化温度对MgO-C耐火材料结构和性能的影响.结果表明:氮化温度为1200℃时,与不含催化剂的试样相比,催化剂的添加促进了α-Si3N4、SiC和Mg2SiO4的生成,并显著改善了材料的机械强度,含1％催化剂的试样中生成的α-Si3N4呈颗粒状和晶须状,并交织生长,Mg2SiO4以块状形貌存在;随着氮化温度升高到1300℃,有少量的针状Mg2SiO4生成,且块状Mg2SiO4晶粒长大,此时材料表现出较好的机械强度,其常温抗折强度和常温耐压强度分别为10.82 MPa和55.17 MPa.     

20wt% SiO2/Al-Mg复合材料的界面反应及其微结构

采用粉末冶金法制备了20wt% SiO₂/Al-Mg复合材料。研究了SiO₂和基体元素Al,Mg反应机制,研究表明:在原SiO₂颗粒内,形成MgAl₂O₄,MgO,Mg₂Si和少量Al和Si。MgAl₂O₄呈不规则形状,而且MgAl₂O₄往往和Al相邻;MgO和Mg₂Si形成片层状共析体;经620℃烧结30min,SiO₂被完全反应掉。反应生成物Si多数被排到Al基体中;原Al-Mg基体中主要物相为:Al,Mg₂Si和Si,Mg₂Si颗粒的尺寸小于0.2μm。原Al-Mg基体中,单质Mg已不存在,Mg反应形成Mg₂Si。     

硅酸铝短纤维增强镁基复合材料的界面反应及其热力学分析

用晶化的硅酸铝短纤维作增强体, 用磷酸铝作黏结剂制得预制体, 用AZ91D作基体金属, 通过挤压浸渗工艺制备镁基复合材料。通过光学显微分析、 XRD衍射分析、 SEM扫描分析等, 初步观察研究了硅酸铝短纤维增强镁基复合材料的界面反应规律和反应产物。结果表明: 用硅酸铝短纤维增强AZ91D镁合金通过浸渗挤压法制备镁基复合材料是可行的; 镁与磷酸铝黏结剂反应后在界面上生成一定数量的MgO颗粒和少量的MgAl₂O₄颗粒, 致使硅酸铝增强纤维和镁合金基体之间形成较强界面结合; 另外, 在硅酸铝短纤维的晶化处理过程中, 由于非晶态SiO₂的析出, 导致Mg₂Si脆性相在界面附近产生, 从而对该复合材料的力学性能产生一定影响。      

二氧化硅加入量对AZ80A镁合金硬度及强度的影响

在熔融镁合金中加入SiO2颗粒，原位反应制备颗粒增强镁基复合材料。用SEM-EDX及衍射仪对制备的复合材料进行相分析。结果表明，SiO2颗粒与镁基复合材料中的镁发生反应，生成增强相Mg2Si，提高了镁基复合材料的硬度和强度，当SiO2加入量在8％范围内时，随着SiO2加入量的增加，镁合金的硬度和强度也相应的增加。     

Comparisons between TiO2- and SiO2-flux assisted TIG welding processes

This study investigates the effects of flux compounds on the weld shape, ferrite content, and hardness profile in the tungsten inert gas (TIG) welding of 6 mm-thick austenitic 316 L stainless steel plates, using TiO2 and SiO2 powders as the activated fluxes. The metallurgical characterizations of weld metal produced with the oxide powders were evaluated using ferritoscope, optical microscopy, and Vickers microhardness test. Under the same welding parameters, the penetration capability of TIG welding with TiO2 and SiO2 fluxes was approximately 240% and 292%, respectively. A plasma column made with SiO2 flux exhibited greater constriction than that made with TiO2 flux. In addition, an anode root made with SiO2 flux exhibited more condensation than that made with TiO2 flux. Results indicate that energy density of SiO2-flux assisted TIG welding is higher than that of TiO2-flux assisted TIG welding.     

BSTO/Mg2SiO4/MgO复合材料的介电性能研究

采用传统的电子陶瓷制备工艺制备了BSTO／Mg2SiO4／MgO复合材料，并对样品的结构及其介电性能进行了表征与分析，讨论了Mg2SiO4／MgO掺杂对BSTO／Mg2SiO4／MgO复合材料结构和性能的影响．结果表明，与前其他掺杂改性的BSTO复合材料相比，BSTO／Mg2SiO4／MgO复合材料不仅可以在较低的温度烧结致密，而且在介电常数降低的同时，仍能保持较高的可调性，如BSTO／39wt％Mg2SiO4／17wt％MgO的介电常数εr为-80．21，在2kV／mm的直流偏置电场下，其可调性达到-12％，介电损耗为-0．003．     

真空硅浴熔融还原白云石炼镁的实验研究

通过往煅烧白云石中添加适量的Al2O3和SiO2,使其在1500～1600℃之间形成熔融炉渣,并在真空下采用硅铁还原液态渣中的MgO。研究了造渣剂对MgO还原率的影响,结果表明,在能够获得熔融炉渣的情况下,增大Al2O3/SiO2比能够极大地提高渣中MgO的还原率,理想的炉渣成分为32.0%CaO-23.0%MgO-35.0%Al2O3-10%SiO2。同时,对该炉渣进行了正交实验,通过分析得出影响MgO还原率因素的顺序依次是:反应温度、还原剂硅铁添加量、反应时间、催化剂CaF2添加量。在熔融还原工艺参数为:反应温度1600℃,还原剂硅铁添加量n(Si)/n(2MgO)=1.2,反应2h,催化剂CaF2添加量3%条件下,渣中的MgO还原率高达97.3%。     

常规铸造工艺条件下SiCp/Al-Si复合材料中的界面反应

采用搅拌复合法制备了10%SiC／Al—5Si—Mg，10%SiC／Al—7Si—Mg(体积分数)复合材料，研究了在常规铸造工艺条件下重熔后复合材料中的界面反应。通过透射电镜和能谱分析可知，SiC界面基本上都是单一的SiC／Al及SiC／Si界面，部分界面上有MgAl2O4颗粒相形成，由于基体合金中Si的存在，生成Al2C3的有害界面化学反应得到了抑制。对不同文献中抑制Al4C3产生所需临界Si含量实验测定结果的差异进行了分析。     

硅酸铝短纤维增强AZ91D复合材料的界面微观结构及力学性能

以晶化的硅酸铝短纤维（Al₂O₃-SiO₂ ）_sf为增强体、用磷酸铝为预制体粘结剂,通过挤压浸渗工艺制备了（Al₂O₃-SiO₂ ）_sf /AZ91D镁基复合材料。通过光学显微镜、TEM和HREM分析研究了复合材料的界面微观结构和界面反应产物。结果表明：用挤压浸渗法制备的硅酸铝短纤维增强AZ91D镁基复合材料的界面厚度约为100 nm,界面上除有一定数量的MgO颗粒和少量的MgAl₂O₄和Mg₂Si颗粒外, 还有少量的MgP₄等反应产物存在;硅酸铝增强纤维与镁合金基体之间形成了较强界面结合,界面微观结构比较理想。力学性能测试表明,与AZ91D基体合金相比,复合材料的室温抗拉强度提高了约18%,弹性模量提高了约58%。