梯度复合SiC/C面向等离子体材料的制备与表征

利用粉末冶金方法,完成了SiC和C两种难烧结物质的同步烧结,制备出了SiC成分分布从0％～100％的接近理论密度的SiC/C FGM,显微观察显示材料的成分和结构是呈梯度分布的。材料将SiC的良好的耐腐蚀性和石墨的良好的抗热冲击性结合在一起,并具有较高的有效热导和良好的抗热疲劳能力,化学溅射和Tokamak原位等离子体辐照结果显示材料具有良好的耐高温等离子体冲刷性能。     

圆板状SiC/C功能梯度材料残余热应力特征有限元分析

功能梯度材料残余热应力的大小及分布对其性能有效发挥及长期稳定使用有着较大的负面影响,为了尽可能充分发挥材料性能,增加材料的使用寿命,需尽可能减小残余应力以及使其合理分布.本文采用ANSYS有限元分析软件对不同叠层工艺参数的等离子体第一壁候选材料--SiC/C功能梯度材料(FGM)的残余热应力进行了数值模拟,获得了使热应力有效缓和的较适宜的工艺参数,对实际研发制备目标材料也可提供一些理论参照.相关结果表明,适量增加梯度叠层数及中间梯度层厚度可逐步有效缓和残余热应力,同时,针对本文今后应用的仍以炭材料为主体的炭基陶瓷保护层复合SiC/C FGM而言,纯SiC层厚度应取较小值,而叠层成分分布指数应取0.8～1.0为宜.     

热压烧结SiC/C功能梯度材料微观结构及热震性能研究

本文采用粉末冶金法中的叠层法在2000℃,40MPa的热压烧结条件下设计制备了无宏观缺陷的几类具有不同叠层数的块体SiC／C功能梯度材料（FGM）。所得样品结构的SEM图表明材料总体梯度特征显著,相比四层FGM样品,八层FGM样品梯度过渡趋于连续,其相邻层间界面相对模糊淡化,界面处的结合性能良好,十一层FGM样品梯度过渡更加连续线性,相邻层间界面已基本消失。500℃～室温循环淬水实验和有限元理论模拟均表明八层及大于八层的SiC／C FGM体系有效地缓和了内部热应力,具有良好的抗热震性能。     

B4C/C功能梯度材料制备及其性能研究

采用粉末冶金法中的叠层法在2000℃,40MPa的热压烧结条件下设计制备了B4C组分含量变化范围为10％～50％（质量分数）的B4C／C功能梯度材料（FGM）。同时,为了深入考察B4C／C FGM各叠层的性能,在相同的工艺条件下,制备了对应不同叠层的B4C／C均质复合材料。性能测试表明随着B4C含量的增加,对应B4C／C均质复合材料的密度、强度、电阻率、抗氧化性等性能均呈现单调递增的趋势;同时B4C／C FGM整体表现出低密度和高弯曲强度特征,分别可达2．16g／cm^3和138MPa。SEM图和XRD特征曲线表明B4C／C FGM梯度特征显著,抗氧化实验表明B4C／C FGM的抗氧化性也呈现比较明显的梯度变化特征,有望作为抗等离子体、单壁抗氧化等领域用材料。     

化学镀制备功能梯度材料的实验研究

提出采用低温化学镀工艺方法制备陶瓷/金属功能梯度材料的设想, 利用自制的化学镀装置对制备SiC/Ni-P FGM 进行了实验研究。结果表明, 通过优化化学镀工艺, 调整施镀时间和SiC 微粒的添加速度及添加量等参数, 可以合适地控制材料镀层的厚度和成分梯度分布。功能梯度材料的微观结构和力学性能等都与材料成分梯度分布之间有很好的对应关系。     

二维Al1100/Ti-6Al-4V/SiC FGM板瞬态热传导问题

引入二维Al1100/Ti-6Al-4V/SiC FGM结构进行研究,根据热传导理论,从计算传热学的角度,研究第一类加热边界条件下FGM板瞬态温度场问题的有限元算法。采用变分有限元法和有限差分法推导出瞬态热传导有限元基本方程。应用有限元方法,编写计算程序,通过数值计算和分析,研究采用二维Al1100/Ti-6Al-4V/SiC FGM的热力学物性参数时二维FGM金属/金属/陶瓷平板在第一类加热边界条件下瞬态温度场随mx的变化规律。     

高性能C/SiC刹车材料及其优化设计

对比分析了 C/ C和 C/ SiC刹车材料的力学性能和摩擦磨损性能。结果表明 , C/ SiC刹车材料的力学性能比 C/ C的高 , 而且 C/ SiC刹车材料克服了 C/ C静态摩擦系数低和湿态摩擦性能严重衰减的不足 , 说明 C/ SiC刹车材料是一种新型高性能刹车材料。以 C/ C复合材料为基础 , 在深入分析机轮刹车盘服役环境特点的基础上探讨了 C/ SiC刹车材料的力学性能、 热物理性能、 摩擦磨损性能、 复合材料结构和制造工艺等方面的优化设计途径和方法 , 为实现材料微结构2力学性能2摩擦磨损性能的协同设计与制造奠定基础。      

吸波材料的研究进展

主要阐述了隐身材料研究的重要性,综述了其研究现状并重点介绍了碳纳米管吸波材料、碳纤维吸波材料、SiC纤维吸波材料以及等离子体吸波材料,简要概述了其它吸波材料的研究进展,最后展望了隐身材料的发展方向。     

新型基片材料——C/SiC复合材料

阐述了目前常用的3大类基片材料,即塑料基、金属基和陶瓷基材料,比较了3类材料的性能,得出了陶瓷基材料是综合性能较好的基片材料的结论,并比较了目前陶瓷基片材料中的Al2O3、AlN、BeO、SiC的性能,认为SiC作为基片材料具有良好的发展前景;针对单相SiC陶瓷固有脆性导致难以大尺寸成型的问题,提出了使用C/SiC复合材料制备基片材料的可能性,并综述了C/SiC复合材料的制备工艺,比较了3种工艺(PIP、CVI、LSI)所制备的材料的性能,认为液相渗硅(LSI)C/SiC复合材料制备大尺寸封装基片材料是未来最具前景的发展方向。     

SiC-C/SiC复合材料进行硼离子注入的工艺研究

叙述采用等离子体源离子注入法(PSII),对带有SiC涂层的C纤维增强SiC基(SiC-C/SiC)复合材料进行硼离子注入的工艺研究.通过朗缪尔单探针测量了等离子的密度,对注入剂量进行了估算.对复合材料采用加金属网的工艺,来提高离子注入能量.用俄歇电子能谱检测分析了加金属网与未加金属网样品硼离子的成分深度分布.证明了加金属网工艺可以有效改善不良导体的注入效果.在空气中1300℃的高温条件下进行了氧化实验,实验结果说明对SiC-C/SiC复合材料注入硼有助于提高其抗氧化性能.     

Transient thermal stress analysis of an edge crack in a functionally graded material

An edge crack in a strip of a functionally graded material (FGM) is studied under transient thermal loading conditions. The FGM is assumed having constant Young's modulus and Poisson's ratio, but the thermal properties of the material vary along the thickness direction of the strip. Thus the material is elastically homogeneous but thermally nonhomogeneous. This kind of FGMs include some ceramic/ceramic FGMs such as TiC/SiC, MoSi₂/Al₂O₃ and MoSi₂/SiC, and also some ceramic/metal FGMs such as zirconia/nickel and zirconia/steel. A multi-layered material model is used to solve the temperature field. By using the Laplace transform and an asymptotic analysis, an analytical first order temperature solution for short times is obtained. Thermal stress intensity factors (TSIFs) are calculated for a TiC/SiC FGM with various volume fraction profiles of the constituent materials. It is found that the TSIF could be reduced if the thermally shocked cracked edge of the FGM strip is pure TiC, whereas the TSIF is increased if the thermally shocked edge is pure SiC.     

SiC/C功能梯度材料的制备和评价

以粉末冶金方法制备了块体SiC／Ｃ ＦＧＭ,该材料结合了SiC的耐腐蚀、抗冲刷和石墨的高抗热冲击性能,具备良好的抗热疲劳性能,拓展了ＳiC陶瓷的应用前景．     

Effect of CH4 and H2 on CVD of SiC and TiC for possible fabrication of SiC/TiC/C FGM

SiC and TiC coatings were deposited by CVD on graphite substrates and the effect of the variation of the methane (CH₄) and hydrogen (H₂) ratio on deposition was investigated. SiCl₄, TiCl₄ and CH₄ were used as sources of Si, Ti and C. In case of the SiC coatings, stoichiometric SiC was obtained when the ratios of CH₄/(SiCl₄ + CH₄)andH₂/(SiCl₄ + CH₄) are 0.4 and 10, respectively. Stoichiometric TiC was also obtained under similar conditions. In order to obtain non-stoichiometric materials for possible fabrication of functionally gradient materials (FGM), a change of microstructure and composition was observed with changes of the CH₄ and H₂ ratio. As a result, SiC, TiC and C contents were more easily controlled by a change of the H₂ ratio compared to the CH₄ ratio for SiC and TiC deposition. It has been verified that the change of the H₂ ratio is more desirable for possible manufacturing of SiC/TiC/C FGM.     

离心铸造SiCp／A356功能梯度材料的组织结构与耐磨性

采用离心铸造法制备了ＳｉＣｐ／Ａ３５６功能梯度材料并研究了其组织结构及耐磨性。结果表明，离心铸造ＳｉＣｐ／Ａ３５６梯度材料组织致密，ＳｉＣ粒子在材料中呈梯度分布；在离心力场的作用下，消除了ＳｉＣ粒子团聚常来的缺陷，使ＳｉＣ粒子与合金基体紧密结合，充分发挥了ＳｉＣ粒子的优良性能，从而较大地提高了材料的耐磨性。     

防氚渗透涂层制备技术的研究进展

在聚变堆研究中,聚变环境中涂层材料的防氚渗透问题是聚变堆材料研究的重要课题之一.主要介绍目前常用的几种防氚渗透涂层制备技术的研究进展,并提出利用双辉技术制备梯度氧化铝涂层在316L不锈钢表面形成Al2O3和SiC复合抗氚渗透层的新技术.     

Modelling of the deformation behaviour of FGM by fuzzy-logic

A lot of processes for the manufacture of functionally gradient materials (FGM) have their limitations (simple geometry of components, gradient limited in one dimension). A further treatment by forming processes would extend the field of applications of FGM because it would make it possible to manufacture shaped pieces and to influence the properties of the material.

For this it is necessary to predetermine the deformation behaviour by mathematical models. Conventional equations have only limited applications because many other influences have to be considered.

Therefore a new model based on mathematical methods of fuzzy-logic has been developed which can describe the plasto-mechanical behaviour of FGM during the deformation process. The main advantages are:

• no necessity to represent the mathematical equation between in- and output variables by functions;

• adaptable algorithms;

• almost no restriction of the number of influencing variables;

• simple solution of multi-dimensional approximation problems.

Experiments to determine the deformation behaviour have been carried out on different material systems (Al–Cu, 316L–430L, Al–SiC) by using the hot upsetting test. First results show that this kind of modelling is suitable to describe the deformation behaviour very accurately.     

硼离子注入对SiC-C/ SiC 复合材料抗氧化性影响

通过等离子体源离子注入法( PSII), 对带有SiC 涂层的C 纤维增强SiC 基(SiC-C/ SiC) 复合材料进行硼离子注入, 研究了硼离子注入对样品抗氧化性能的影响。通过俄歇电子能谱检测分析了样品成份的深度分布。在空气中1300 ℃的高温条件下进行了氧化实验。通过XRD 和扫描电镜分别对样品的化学组成和表面形貌进行了表征, 对样品的力学性能进行了测试。结果表明, 对SiC-C/ SiC 复合材料注入硼有助于提高其抗氧化性能。经过离子注入试样的弯曲性能与未经离子注入试样相比变化很小。      

熔盐辅助合成Dy3Si2C2包裹SiC粉体及其陶瓷的烧结行为

碳化硅陶瓷因自身优良的物理化学性能而具有广泛的应用前景.碳化硅的化学键结合特性决定了其难以烧结成型,因此如何制备高质量碳化硅陶瓷是领域内的难点之一.本研究以三元稀土碳化物Dy3Si2C2作为新型SiC陶瓷的烧结助剂,依据Dy-Si-C体系的高温相转变原位促进碳化硅的烧结致密化.采用放电等离子烧结技术,利用金属Dy与Si...