非晶Si-B-C-N陶瓷的电学特性研究

采用高温热裂解法制备出Si-B-C-N陶瓷样品,在1100℃和1400℃退火5h后XRD结果显示两个样品均保持非晶状态.采用电流-电压直流测试方法,确定了样品在室温至1100℃温度范围内的直流电导率,材料的电导率在整个温度范围内均随着温度的升高而增大,呈现出非晶半导体的特性.退火温度升高导致电导率显著增大,这与高温退火过程中H的失去有关.     

Si-B-C-N-Ti机械合金化陶瓷的组织结构与力学性能

Si-B-C-N作为一种新型的四元结构陶瓷,以其独特的组织结构和优异的高温性能引起了国内外学者的广泛关注。为了改善Si-B-C-N系陶瓷的韧性,本文采用机械合金化法将Ti B2、Ti C增强相引入到Si-B-C-N陶瓷中,通过反应热压烧结制备出力学性能较好的Si-B-C-N-Ti陶瓷,并对其组织结构及力学性能等进行了研究。     

Al2O3-ZrO2非晶陶瓷高压析晶研究

非晶陶瓷的研究为实现陶瓷塑性变形提供了一条新途径。本实验研究了高压对非晶陶瓷晶化起始温度的影响。发现随压力的增大,非晶态更容易晶化,晶化起始温度降低。500℃时,600MPa下热压陶瓷仍处于非晶态,而1GPa下析晶非常明显。1GPa下热压,起始晶化温度降至300℃。而200℃/1GPa下得到的非晶陶瓷相对密度达95%,在既保持非晶态的同时又极大地提高了样品的致密度。     

前驱体法制备SiBONC陶瓷及其组织结构

以高含氢甲基硅油、乙二胺和三氯化硼为主要原料,通过前驱体法制备了一种SiBONC五元体系陶瓷,并对陶瓷粉体和陶瓷材料的物相及微观结构进行了分析研究.SiBONC先驱体在600℃至1000℃内实现了由有机向无机的完全转化.在氮气气氛保护下,先驱体在1000℃裂解制得一种非晶态陶瓷粉末,该陶瓷粉末在1700℃经热压烧结制得非晶陶瓷,陶瓷密度2.01g/cm3,抗弯强度185.15 MPa、断裂韧性2.55 MPa-m1/2、维氏硬度3.70 GPa.     

热处理温度对非晶晶化法制备ZrO2-Mullite纳米复相陶瓷结构与力学性能的影响

采用非晶原位晶化法从Si-Al-Zr-O(SAZ)系非晶中制备ZrO2-mullite纳米复相陶瓷.用XRD、IR和SEM技术对前驱体非晶以及晶化后试样进行表征,并着重研究热处理温度对ZrO2-mullite纳米复相陶瓷结构与力学性能的影响.结果表明,前驱体SAZ非晶经960℃热处理开始析出t-ZrO2晶体,1000℃时莫来石晶相形成.试样经低温950～1000℃和高温1100～1250℃梯度热处理后,t-ZrO2、mullite成为主晶相,同时生成c-SiO2.其中低温阶段的核化温度对陶瓷试样的显微结构和断裂韧性产生重大影响.当核化温度由950升至1000℃时,纳米颗粒明显增大,断裂韧性急剧下降;而高温阶段的晶化温度对力学性能影响相对较小.随着晶化温度的升高,试样的断裂韧性和抗弯强度均先略有增加随后下降.试样经950℃核化、1150℃晶化后取得最佳力学性能:断裂韧性5.13 MPa·m1/2和抗弯强度521 MPa.     

多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料动态压缩性能研究

通过压力-浸渗法制备多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料。利用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)、S-4800场发射扫描电镜等测试分析手段,探究复合材料制备保温时间和多孔碳化硅性能对多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料动态压缩性能的影响,并揭示了其变形机制。结果表明:保温时间和多孔碳化硅性能对多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料的动态抗压强度都有较大影响,当多孔碳化硅孔隙率为23.77%,平均孔径尺寸为26.72μm时,在复合材料制备浸渗温度为860℃,浸渗后保温6.0 min时,复合材料具有最高的动态抗压强度,为1757 MPa。多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料动态压缩断裂为脆性断裂,断口微观形貌特征包括SiC陶瓷相上形成具有不同特征的解理台阶,Zr基非晶合金相形成不同形态的脉状花样,非晶相保持相对完整。Zr基非晶合金相能有效阻碍裂纹的扩展,导致非晶相周围的碳化硅碎裂并挤压非晶相整体运动,从而提高了多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料动态抗压强度。     

氮化硅陶瓷的低温液相烧结

选择Mg-Al-Si系统和Ca-Al-Si系统作为氮化硅陶瓷的烧结助剂.通过组分设计,选择相图中最低共熔点时的化学组成,对氮化硅陶瓷的低温烧结进行研究,发现氮化硅陶瓷的烧结温度可以降低到1 600℃左右,抗折强度可达600MPa以上,硬度HRA可达900MPa.     

NiAl-Cr(Mo)-Ho-Hf共晶合金的高温磨损特性

采用滑动磨损实验测试了NiAl-28Cr-5.6Mo-0.25Ho-0.15Hf(原子分数,%)共晶合金与SiC陶瓷配副在600-1000℃下的摩擦磨损特性.结果表明,在700-900℃下合金表现出优异的自润滑耐磨性能,这种特性源于共晶合金摩擦表面生成了1-3 μm厚的玻璃陶瓷润滑膜,该润滑膜可向SiC表面转移,形成玻璃陶瓷/玻璃陶瓷的摩擦状态.随着温度的升高,共晶合金与润滑膜的强度降低,SiC微粒压入润滑膜,导致润滑膜的剥落加剧、共晶合金磨损率升高.共晶合金在600℃下由于未形成润滑膜而面发生较严重的磨粒磨损,摩擦系数和磨损率很高.     

Cu-Ni-Ti非晶钎料钎焊Si3N4陶瓷的界面结构及连接强度

采用Cu-Ni-Ti非晶钎料钎焊Si3N4陶瓷,利用SEM、EDS等分析手段研究了其钎焊界面的微观结构.结果表明:反应层由两部分组成,其中紧靠Si3N4陶瓷的反应层Ⅰ由TiN化合物组成,Ti-Si化合物构成了反应层Ⅱ.在1100℃×10 min下钎焊时,其接头强度有最大值284.6 MPa.在相同的钎焊工艺条件下,非晶钎料接头强度高于同成分晶态钎料.     

合金元素对Ti-Ni-Cu系钎料性能的影响

本实验设计一系列不同成分的Ti-Ni-Cu系钎料,研究合金元素B、Si、Zr等对钎料非晶形成能力和性能的影响.结果表明:微量B、Si元素均能显著改善Ti-Ni-Cu系钎料对Si3N4陶瓷的润湿性;在相同试验条件下,添加0.2%B的Ti40Ni15Cu钎料铺展面积最大;不含zr元素的Ti-Ni-Cu系钎料合金的非晶形成能力均很差.本实验设计的Ti40Zr20Ni20CuB0.2、Ti40Zr20Ni25CuB0.2两种钎料既具有良好的润湿性,又具有良好的非晶形成能力;与Ti40Zr25Ni15Cu非晶钎料钎焊Si3N4陶瓷的接头相比,Ti40Zr20Ni20CuB0.2、Ti40Zr20Ni25CuB0.2非晶钎料钎焊Si3N4陶瓷接头的室温强度变化不大,但高温强度有明显提高.