原位生长碳纳米管增强SiC_f/SiC复合材料的力学性能

碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiCf/SiC)是航空航天和聚变能源等高技术领域理想的高温结构材料,改善纤维与基体的界面结合是提高其力学性能的关键。本文采用化学气相沉积法在纤维表面原位生长碳纳米管,以达到改善纤维与基体的结合同时对复合材料进行二次增强的目的。结果表明,采用碳纳米管增强的SiCf/SiC复合材料的力学性能有不同程度的提高,特别是当碳纳米管的体积分数为5.31%时,复合材料的断裂韧性提高106.3%。纤维表面的碳纳米管层与纤维结合较弱,能够促进纤维的拔出,从而促进复合材料断裂韧性的提高;另外,碳纳米管的拔出对复合断裂韧性的提高也有一定的促进作用。     

纳米SiCp/108Al复合材料的组织与性能

采用粉末冶金法制备了不同体积分数SiC颗粒增强的纳米SiCp/108Al复合材料。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对复合材料的微观组织及拉伸断口形貌进行了表征,测定了复合材料的相对密度、硬度、抗拉强度、屈服强度及延伸率,分析了纳米SiC颗粒体积分数对复合材料组织及性能的影响。分析结果表明:添加纳米SiC颗粒的SiCp/108Al复合材料组织明显细化,性能得到提高。当纳米SiC颗粒体积分数为2%时,复合材料组织的晶粒最细小,缺陷较少,同时纳米SiC颗粒分布均匀,复合材料的性能最佳,相对密度达到98%。复合材料的硬度达到102HV,抗拉强度达到348MPa,屈服强度达到229MPa,分别比108Al基体提高了34%、26%和43%。当纳米SiC颗粒体积分数较大时,SiC颗粒会出现明显团聚现象,导致复合材料的性能降低。     

颗粒尺寸对SiCp/6061Al复合材料组织及性能的影响

选用冷等静压+烧结+热挤压的方法,制备了增强体Si C颗粒体积分数为35%时,4种不同Si C颗粒尺寸(7.5μm、15.0μm、25.0μm、40.0μm)的Si Cp/6061Al复合材料。测定了复合材料的热膨胀系数及力学性能。利用扫描电镜对复合材料微观组织进行了表征,探究了增强体颗粒尺寸对Si Cp/6061Al复合材料组织和性能的影响。由分析结果可知:复合材料中Si C颗粒分布比较均匀,且随着Si C颗粒尺寸的增大,其在基体中分布的均匀度得到提升。此外,当Si C颗粒尺寸逐步减小时,Si Cp/6061Al复合材料的抗拉强度值也逐渐增大,热膨胀系数也越低。当Si C颗粒尺寸为7.5μm时,复合材料的断裂主要以界面处撕裂和基体材料的开裂为主。当Si C颗粒尺寸为40.0μm的时候,复合材料断裂主要以Si C颗粒断裂为主。当颗粒尺寸处于两者之间时,复合材料界面撕裂和Si C颗粒断裂的共同作用决定复合材料的断裂。     

晶硅切磨废弃硅粉为原料的反应烧结Si_3N_4结合SiC复相陶瓷的正交实验研究

以磨切单晶硅废料Si粉和SiC为原料,Y2O3-Al2O3-Fe2O3为复合烧结助剂,反应烧结法制备Si3N4/SiC复相陶瓷材料。运用L9(34)正交设计,研究了原料中Si、助剂Al2O3、Y2O3和Fe2O3的含量对陶瓷材料力学性能的影响和优化。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对复合材料的相组成、断口形貌进行分析。结果表明,反应烧结后试样生成Si3N4结合SiC晶粒为主相,及少量SiALON与未反应的Si相的烧结体。Si含量对力学性能的影响最为显著,对于抗弯强度性能,正交试验获得的工艺优化参数:ω(Si):20%、ω(Al2O3):3.2%、ω(Fe2O3):0.8%和ω(Y2O3):2%。     

锆英石原位合成氧化锆——莫来石复相材料的研究

通过锆英石与α-Al2O3、γ-Al2O3和Al（OH）3之间的原位反应制备了氧化锆—莫来石复相材料,采用XRD、SEM和EDS等手段研究了合成温度、铝源种类对氧化锆—莫来石复相材料物相组成、显微形貌和性能的影响,探讨了锆英石和不同铝源之间原位反应合成氧化锆—莫来石复相材料的烧结机制。结果表明：原位反应合成氧化锆—莫来石复相材料的优化反应温度为1 600℃,优化氧化铝源为α-Al2O3,可获得高致密度的氧化锆—莫来石复相材料。     

调质工艺对Cr5钢组织和性能影响

用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉伸试验机和洛氏硬度计,观察和分析了Cr5钢调质处理前后的显微组织以及调质处理后的断口形貌、抗拉强度、延伸率和硬度。研究结果表明:调质处理前Cr5钢中碳化物类型有M7C3、M23C6和M3C2;调质处理后Cr5钢的显微组织得到明显改善,点状偏析基本消除,基体上弥散分布着细小的碳化物;断口形貌由小准解理刻面逐渐向韧窝转变;抗拉强度和硬度值随回火温度的升高而降低,延伸率有所提高;回火温度为540℃左右时,抗拉强度、延伸率和硬度值分别为1 429.9 MPa、2.90%和49.2HRC,有良好的力学性能。     

热处理对激光立体成形Ti_3Al/TC11连接界面组织性能的影响

通过对激光立体成形Ti3Al/TC11连接界面沉积态、去应力退火和固溶时效3种状态的组织进行对比研究,探索改善Ti3Al/TC11连接界面组织以提高其性能的新途径。研究表明,沉积态试样在两个基体与过渡区交界处组织形貌差异较大,经去应力退火后试样连接界面的组织形貌与沉积态相比变化不大,但针状α′相长度明显减小,Ti3Al侧β晶界厚度减小且变模糊。经固溶时效处理后,两个基体与过渡区交界处组织形貌差异较小,均为等轴、细小α相、α2相和转变β相的三重混合组织,β晶界消失,沿整个试样显微硬度值分布均匀,相比去应力退火态其显微硬度整体较高,这可能与弥散相的固溶强化作用有关。     

元素扩散对热障涂层/DZ125合金组织与显微硬度的影响

为研究元素扩散对CoCrAlY涂层与Ni基高温合金DZ125显微组织和显微硬度的影响,采用电子束物理气相沉积法在Ni基高温合金基体上制备了8YSZ/CoCrAlY热障涂层。运用Boltzmann-Matano算法以及X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、电子探针(electron probe micro-analyzer,EPMA)等方法对氧化前后涂层基体的元素质量浓度分布曲线、相转变及显微硬度进行分析。研究结果表明:在1 050℃热氧化中,Co的互扩散系数在10-16 m2/s量级;元素扩散引起黏结层β-CoAl相退化,且涂层与基体界面处会形成互扩散区(inter-diffusion zone,IDZ)与二次反应区(second reaction zone,SRZ);IDZ的组织主要为富含Al的β相和富含Cr与W的γ相;SRZ中的拓扑密排相(topologically close-packed phase,TCP)削弱了γ'的位错阻碍作用,导致SRZ的显微硬度远低于合金基体硬度。     

浆料组成对相转变方法制备陶瓷基体孔结构的影响

为了制备孔结构适于浸渍的固体氧化物燃料电池(SOFC)陶瓷基体,本文以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂、聚苯醚砜(PESF)为黏结剂,与Gd0.1Ce0.9O2-δ(GDC)粉体混合,然后经流延成型后浸入非溶剂中(水、水和NMP的混合溶液),通过相转变反应形成基体素坯,在1 400℃烧结得到GDC陶瓷基体。通过扫描电子显微镜、阿基米德排水法及压汞仪等,研究了PESF和NMP含量,以及非溶剂的组成对GDC陶瓷基体的孔形貌、孔分布和孔隙率的影响。试验结果表明:采用质量分数为10%的PESF(m(PESF)∶m(GDC))和质量分数为60%的NMP(m(NMP)∶m(GDC)),且非溶剂为水时,可以得到孔隙率(>40%)、孔形貌(直通孔)和孔分布(1~10μm)都适于SOFC电极浸渍要求的直通孔陶瓷基体。     

热处理温度对颗粒增强45钢基表面复合材料组织的影响

通过自蔓延高温合成法和真空消失模铸渗法制备出了Ti B2和Ti C颗粒增强45钢基表面复合材料,研究了热处理温度对表面复合材料组织的影响。结果表明:经过热处理后复合材料的复合层与基体呈良好的冶金结合,没有宏观和微观缺陷。Ti B2和Ti C颗粒形貌发生改变,生成的Ti B2和Ti C颗粒数量减少、尺寸减小。