Al_2O_3/TiC-Al_2O_3/TiC/CaF_2自润滑叠层陶瓷的机械和摩擦磨损性能EI北大核心CSCD

采用真空热压烧结制备了Al_2O_3/TiC Al_2O_3/TiC/CaF_2自润滑叠层陶瓷材料,其平均维氏硬度为20.7GPa,断裂韧性为4.5 MPa·m^(1/2),在垂直于叠层方向和平行于叠层方向上的抗弯强度差别不大,分别为323 MPa和353 MPa。在环盘式摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损实验,研究了该材料在干摩擦条件下与淬火45#钢配副时的摩擦磨损规律。用扫描电镜(SEM)及能量弥散X射线谱(EDS)观察了材料磨损前后的微观形貌并分析其成分组成及其磨损机理。结果表明:Al_2O_3/TiCAl_2O_3/TiC/CaF_2自润滑叠层陶瓷材料磨擦系数和磨损率均随着转速和载荷的升高而下降;具有自润滑特性;Al_2O_3/TiCAl_2O_3/TiC/CaF_2复合叠层陶瓷材料的磨损机理主要是磨粒磨损和黏着磨损。     

以硝酸铝为前驱体制备Al_2O_3薄膜及其表征

为了改善Al_2O_3薄膜的制备工艺,本文以硝酸铝为前驱体,采用溶胶-凝胶法,通过研究不同添加剂对溶胶性能的影响,最终选择引入甲基纤维素制备Al_2O_3薄膜,并讨论了不同干燥过程对凝胶膜表面形貌的影响.通过TG-DTG、XRD、BET、SEM等分析手段,对Al_2O_3薄膜进行了热稳定性、微观结构、化学组成等方面的测试和分析.实验结果表明,选用20%(质量分数)甲基纤维素时,其溶胶性能最好;常压、环境温度为60℃,相对湿度70%的环境下,可获得完整的、无裂痕的氧化铝凝胶膜;440℃以后薄膜没有质量损失;随着热处理温度的升高,Al_2O_3薄膜的物相发生了转变;薄膜表面均匀平整,平均孔径为15.97nm.     

高质量分数Al_2O_3/Al复合材料的硬度和耐磨性能

现有的Al_2O_3颗粒增强铝基复合材料中的Al_2O_3质量分数低于10%,对于加入10%以上Al_2O_3的增强铝基复合材料的研究报道较少。以粉末冶金法制备了Al_2O_3(~40%)增强铝基复合材料,采用现代表面分析技术和ML-10型摩擦磨损试验机研究了这一复合材料的显微硬度和耐磨性。结果表明:在Al_2O_3粒度为10μm,质量分数为40%时,复合材料的显微硬度达到55.3 HV;在Al_2O_3粒度为10μm,质量分数为30%时,相对磨损最小值,为0.728%,空隙率也达到最小;复合材料中的Al_2O_3粒度和质量分数与紧密堆积理论要求的粒度和质量分数配比一致。     

碳纤维增强SiO2气凝胶复合材料的制备及保温性能研究

以正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体,无水乙醇和去离子水为溶剂,采用溶胶-凝胶法制备了SiO₂气凝胶,再以不同含量(0,1%,3%和5%（质量分数）)短切碳纤维为增强材料,在胶凝完成后,经过表面改性,采用常压干燥工艺,制备了碳纤维增强SiO₂气凝胶复合材料。采用XRD、SEM、FT-IR和孔径测试等方法对制备所得复合材料的微观结构、形貌、孔径分布和导热性能进行了测试分析。结果表明,碳纤维增强SiO₂气凝胶复合材料为典型的非晶态结构,属于毛细凝聚特征的介孔材料,碳纤维的掺杂并没有改变SiO₂气凝胶的晶态结构;未掺杂碳纤维的SiO₂气凝胶的颗粒相互堆搭,掺入碳纤维的SiO₂气凝胶颗粒的孔隙明显减小,孔洞结构较为完整,碳纤维的掺入填充了大尺寸孔隙,有助于气凝胶孔径分布区间的收窄,当碳纤维的含量为3%（质量分数）时,颗粒分布最佳;随着碳纤维含量的增加,复合材料的导热系数呈现出先降低后升高的趋势,当碳纤维的含量为3%（质量分数）时,样品的导热系数最低为0.019 W/（...     

碳纤维表面涂覆氧化物膜的研究

采用溶胶-凝胶工艺在预处理的碳纤维表面涂覆了SiO_2与Li_2O-Al_2O_3-SiO_2(LAS)膜。研究了纤维表面的不同预处理及溶胶性质对溶胶与碳纤维润湿的影响。借助扫描电镜观察了涂膜前后碳纤维的表面形貌。研究表明:所得氧化物膜与碳纤维结合良好,膜厚约≤1μm。由溶胶-凝胶工艺制的LAS/C_1复合材料,其断裂强度与韧性分别为615MPa与18.5MPa·m~(1/2)。     

原位Al_3Ni颗粒增强A356基复合材料的显微组织与耐磨性能研究

通过Al-Ni_2O_3体系熔体反应法制备Al3Ni颗粒增强A356基复合材料,并研究了材料显微组织和耐磨性能。结果表明,Al_3Ni颗粒在5%(质量分数)Al_3Ni/A356复合材料中的形貌为细小的点状,在10%(质量分数)Al_3Ni/A356复合材料中呈不规则的块状和弯曲的条状,在20%(质量分数)Al_3Ni/A356复合材料中的形貌为圆球形,其中,5%(质量分数)Al_3Ni/A356复合材料中,Al_3Ni颗粒的尺寸最小。Al_3Ni/A356复合材料的磨损率随着增强体质量分数的减少而降低,且所有复合材料的磨损率均低于A356合金。复合材料的磨损机制为磨粒磨损和剥层磨损。     

连续碳纤维增强阴离子聚酰胺6热塑性复合材料的制备与性能

采用树脂传递模塑工艺(RTM)制备了阴离子聚酰胺6树脂和连续碳纤维(CF)增强阴离子聚酰胺6(APA6)热塑性复合材料,研究了催化剂配比对APA6树脂转化率、结晶度和力学性能的影响。进一步探讨了纤维体积分数对连续CF/APA6复合材料力学性能的影响,并采用扫描电镜(SEM)观察了复合材料的拉伸断裂形貌。结果表明,APA6树脂转化率和结晶度随着催化剂比例增大而降低;当纤维体积分数为40%时,连续CF/APA6复合材料的拉伸强度和弹性模量最高分别达到493 MPa和60 GPa;SEM分析表明,继续增加纤维体积分数(>40%),APA6树脂基体在碳纤维中的浸润性变差,弱化的界面使增强体作用难以发挥。     

多道次热挤压制备Al2O3/AZ31复合材料的微观组织与力学性能

采用多道次热挤压制备Al_2O_3颗粒增强AZ31镁基复合材料,利用OM,SEM,TEM对Al_2O_3/AZ31复合材料进行组织观察,利用维氏硬度仪、电子万能拉伸试验机对Al_2O_3/AZ31复合材料进行力学性能测试。结果表明:经过多道次热挤压后,Al_2O_3颗粒均匀地分散在AZ31镁基体中,Al_2O_3颗粒对基体组织的晶粒细化作用得到增强,复合材料的晶粒尺寸随着道次的增加而显著减小。经过4道次热挤压后,Al_2O_3/AZ31复合材料的力学性能显著提高,其硬度,抗拉强度和屈服强度分别达到89HV,305MPa和198MPa,相比于第1道次热挤压后,其硬度,抗拉强度和屈服强度分别提高了19.2%,14.8%和14.1%。     

机械合金化后注射成形制备Cu/Al2O3复合材料的显微组织与力学性能

采用机械合金化后注射成形制备10%(体积分数,下同)Cu/Al_2O_3复合材料,研究机械合金化时间、烧结温度对复合材料显微组织和性能的影响,并分析复合材料的增韧机理。结果表明:通过机械合金化10h后注射成形、脱脂、1550℃烧结工艺制备的10%Cu/Al_2O_3复合材料具有良好的抗弯强度和断裂韧度,分别为532MPa和4.97MPa·m^1/2;烧结温度低于1550℃导致原子在固态下扩散能力不足,烧结温度高于1550℃则使颗粒边界移动速率大于孔隙逸出速率,二者都造成复合材料孔隙率增加,而导致材料的强度和韧度下降;机械合金化时间延长使复合材料晶粒细化、Cu与Al_2O_3之间的结合强度提高,材料强度和硬度提高,但断裂韧度下降;Cu粉末弥散分布于Al_2O_3基体中,抑制烧结过程中Al_2O_3晶粒粗化,且使裂纹在扩展过程中遇到延性的Cu产生裂纹桥联和偏转,提高材料的韧度。     

汽车零部件包装用聚丙烯复合材料性能研究

目的研究纳米氧化铝(Al_2O_3)对聚丙烯(PP)/碱式硫酸镁晶须(MHSH)/氮-磷复配阻燃剂(N-P)复合材料力学性能和燃烧性能的影响。方法对MHSH和Al_2O_3进行表面改性处理,利用混合机将PP、MHSH、Al_2O_3和氮-磷复配阻燃剂进行混合,采用熔融共混法制备PP/MHSH/Al_2O_3/N-P复合材料。结果当Al_2O_3的添加质量分数为8%时,复合材料的力学性能较佳,随着Al_2O_3含量的继续增加,复合材料的力学性能逐渐降低;Al_2O_3质量分数为5%时,复合材料的极限氧指数(LOI)为23.6%,其阻燃性能明显得到提高,随着Al_2O_3填充量的继续增加,复合体系的LOI增长速度变缓;当Al_2O_3质量分数为8%时,复合材料力学和阻燃综合性能最佳。结论 Al_2O_3经表面改性处理后,其在PP基材中分散良好,对聚丙烯复合材料起到补强和增韧作用,复合材料的阻燃性能也得到了改善。     

SiO2玻璃原位反应合成Al/Al2O3复合材料

利用SiO₂玻璃具有易近成型、致密及各向同性的特点,通过SiO₂玻璃与铝熔体间的反应合成了Al/Al₂O₃复合材料,克服长期以来在合成Al/Al₂O₃复合材料时均采用颗粒反应物的局限。反应产物是一种组织均匀致密的Al 与Al₂O₃互为网络的Al/Al₂O₃陶瓷基复合材料。反应温度升高,整个反应产物中的Al的体积分数上升。Al/Al₂O₃复合组织在三维空间的真实形态中存在着Al相被Al₂O₃完全包围的形态,证明了网络状Al₂O₃组织形成的烧结机理。与合成Al/Al₂O₃的其它工艺相比,本工艺可在1000℃的较低温度进行,并具有反应速度快、断裂韧性和抗弯强度值高的特点。     

气压烧结Al2O3/TiCN复合材料的力学性能与显微结构

运用二步气压烧结工艺成功制备了Al2O3-30%(质量分数)TiCN复合材料.材料的相对密度达到99.5%,抗折强度为772MPa,硬度为19.6GPa,断裂韧性高达5.82MPa/m2.该材料的烧结过程为固相烧结,烧结过程中TiCN颗粒几乎没有长大,而Al2O3颗粒则长大为原来3倍左右.材料在冷却过程中由于Al2O3和TiCN的热力学性能的失配而引起的界面微应力增长到50MPa左右,不会在材料中导致晶界开裂,但却足以使晶粒发生位错,从而使材料的性能得以增强.     

反应烧结法制备(AlN,TiN)-Al2O3复合材料的研究

以Ti,Al,Al₂O₃为初始粉料,通过750~800℃氮气保护下的中温焙烧,然后在1420~1550℃在氮气氛下反应烧结,制备了不同配比的(AlN,TiN)-Al₂O₃复合材料。研究了组成及烧结工艺对复合材料力学性能、显微结构等的影响。用XRD,SEM等方法分析粉体及烧结体的相组成及微观结构。分析结果表明:AlN,TiN的形成,有助于材料的致密化并使其力学性能提高。组成为20wt%(Al,Ti)-Al₂O₃的粉体在1520℃、30MPa、保温、保压30min热压烧结条件下,与N₂气反应可得到硬度(HRA)为 94.1的高硬度的(AlN,TiN)-Al₂O₃复合材料,该材料的抗弯强度为687 MPa,断裂韧性(K_IC)为6.5MPa·m1/2。     

真空退火对原位Al2O3/Fe-Cr-Ni增强复合材料性能的影响

铁铬镍合金具有良好的高温强韧性和抗蠕变性,被广泛应用于制造航空发动机、工业燃气轮机等设备。利用原位合成和热压烧结工艺制备Al2O3/Fe-Cr-Ni复合材料。为减少脆性相对复合材料性能的影响,将热压烧结试样在1000℃下真空保温2h后退火。采用XRD和SEM等测试方法,研究热处理后Al2O3/Fe-Cr-Ni复合材料的微观结构和常温力学性能。结果表明:Al2O3/Fe-Cr-Ni复合材料主要由Fe-Cr-Ni合金相、Fe-Cr相和Al2O3陶瓷增强相组成。热压烧结试样的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧度分别为4.16GPa、298.31MPa和8.04MPa·m1/2。经1000℃高温热处理后,复合材料中Fe-Cr相发生奥氏体转变和合金基体晶粒长大,导致硬度下降至2.98GPa。Fe-Cr-Ni合金基体中韧性相含量和基体连续性增加,使该复合材料的抗弯强度和断裂韧度明显上升,其值分别为459.33MPa和12.81MPa·m1/2。     

原位反应热压烧结SiC/MoSi_2复合材料的力学性能研究

采用原位反应热压烧结工艺成功制备了不同SiC体积分数的SjC/MoSi2复合材料,研究了SiC/MoSi2复合材料的室温抗弯强度、断裂韧性随SiC体积分数变化的规律,分析了SiC/MoSi2复合材料的强韧化机理.结果表明,SiC的加入显著提高了MoSi2基复合材料的室温力学性能,SiC/MoSi2复合材料的抗弯强度和断裂韧性均优于纯MoSi2,并且随着SiC体积分数的增加而增大;SiC/MoSi2复合材料的强化机制主要是弥散强化和细晶强化,韧化机制主要是微裂纹增韧.     

Preparation of TiC/Ni3Al Composites by Upward Melt Infiltration

To whom correspondence should be addressedE-mail: yipan@public.hz.zj.cn1. IntroductionThe intermetallic compound Ni3AI is an attractive structural material for high temperature application because of a high modulus, good oxidation resistance and excellent creep resistanced]. One of themajor problems in the application of binary Ni3AIis its poor room-temperature ductility. Single crystal Ni3AI is ductile, but polycrystalline Ni3AI is brittle due to a severe illtergranular breakage at ambi…     

热压与放电等离子体烧结两种工艺制备Al2O3/Cu复合材料

由机械合金化法(MA)制得纳米级Al₂O₃颗粒弥散镶嵌于微米级Cu颗粒表面的复合粉末, 利用球形化工艺改善所制得复合粉的形貌及粒度范围, 分别采用热压法(HP)和放电等离子体烧结(SPS)法制备Al₂O₃/Cu复合材料。通过测试密度、 电导率、 抗弯强度及SEM复合粉形貌和烧结体断口分析、 微区成分分析, 对比研究了Al₂O₃质量分数分别为0%、 0.5%、 1.0%、 1.5%时Al₂O₃/Cu复合材料的物理、 力学和电学性能。结果表明: 不同制备工艺下随着Al₂O₃含量增加, 材料的抗弯强度先增后降, 电导率除受杂质影响外, 还受材料缺陷的影响, 故变化规律不明显, 对于Al₂O₃含量相同的Al₂O₃/Cu复合材料, 采用SPS法制备的复合材料的致密度、 抗弯强度及电导率均高于HP法; 在弯曲应力下两种制备方法所得复合材料均发生延性断裂。      

Effect of metal volume fraction on the mechanical properties of alumina/aluminum composites

The influence of metal volume fraction on the mechanical properties of Al₂O₃/Al composites with constant diameter of metal ligaments was studied. Alumina/aluminum composites with interpenetrating networks and metal content between 12 and 34 vol.% were fabricated by gas-pressure infiltration technique. The fabricated composites exhibited good mechanical properties, e.g. the bending strength of 740 MPa for samples containing 12 vol.% of Al. The bending strength of the composites decreased with increasing volume fraction of metal phase. High strength of the fabricated composites was explained by strong interfacial bonding between alumina and aluminum. The fracture toughness of the composites increased, however, with increasing volume fraction of aluminum. The highest fracture toughness values of 6 MPa m were measured for the composites containing 25 vol.% of Al. Fractographic analysis of fractured surfaces showed deformed metal ligaments which demonstrated that crack bridging by plastic deformation of the metal phase is the main toughening mechanism in Al₂O₃/Al composites.     

TiC与TiC-WC的添加对FeAl/Al2O3复合材料力学性能的影响

在FeAl/Al2O3复合材料基体中分别加入TiC或TiC-WC固溶体可显著提高其抗弯强度。当添加20％TiC和20％TiC-WC固溶体时，复合材料的抗弯强度分别达到1028．46MPa和1328．72MPa，但其断裂韧性分别降低约40％和30％。当TiC-WC固溶体加入量为5％时，可同时提高复合材料的抗弯强度和断裂韧性。