烧结助剂对Si3N4/BN层状复合陶瓷结构与性能的影响

研究了MgO—Y2O3—Al2O3体系(相应的层状复合陶瓷试样记为A)、Y2O3—Al2O33体系(相应的层状复合陶瓷试样记为B)及La2O3—Y2O3—Al2O3体系(相应的层状复合陶瓷试样记为C)烧结助剂对Si3N4／BN层状复合陶瓷结构与性能的影响．研究表明：在相同的烧结工艺下，试样A、B、C的抗弯强度分别为700、630、610MPa，断裂功分别为2100、1600、3100J／m^2．试样A、B以脆性断裂为主，裂纹偏转现象不明显，而试样C的载荷-位移曲线显示了明显的“伪塑性”特征，裂纹的偏转与扩展现象明显．试样A中Si3N4晶粒大小不均且长径比较小，而试样C中长柱状Si3N4晶粒发育完善，有较大的长径比．     

钛硅铝碳层间固溶体陶瓷的超结构现象

研究了钛硅铝碳（ Ti3Siy-xAlxCz）层间固溶体陶瓷材料的超结构现象。结果发现，用热压Ti、Si、Al和C（石墨）混合粉末原位反应合成的Ti3Si0．9Al0.3C1.93和Ti3Si0.8Al0.4C1.93层间固溶体块体样品的X射线衍射（XRD）谱中[00L]晶面的衍射峰极其微弱，只有[008]面有一个小的衍射峰，[002]、[004]和[006]面几乎没有衍射峰存在，而该块体样品的粉末的X射线衍射谱中所有[00L]晶面的衍射峰均存在。这种超结构现象表明，用热压原位反应合成的Ti3Si0．9Al0．3C1.93和Ti3Si0.8Al0.4C1.93实为层间无序固溶体。由于内应力的释放，取自该块体样品的粉末发生了从无序到有序的转变，所以粉末的X射线衍射谱中显现出强的[00L]面衍射峰。这种超结构相可能对Ti3Si0.9Al0.3C1.93和Ti3Si0．8Al0．4C1.93块体的性能产生重要影响。     

铁尾矿及其反应烧结多孔陶瓷的制备与性能研究

为拓展铁尾矿的资源化利用途径,本研究分别以细颗粒高硅铁尾矿、铁尾矿+石墨粉以及铁尾矿+石墨粉+碳化硅粉为原料,采用泡沫注凝成形-常压烧结、泡沫注凝成形-反应烧结和模压成形-反应烧结工艺制备了铁尾矿多孔陶瓷和三种以碳化硅为主晶相的多孔陶瓷。通过DSC-TG和XRD分析,研究了铁尾矿自身的烧结过程以及铁尾矿与石墨之间的碳热还原反应烧结过程,对比分析了四种多孔陶瓷材料的孔隙率、压缩强度、热导率等性能。结果表明,以铁尾矿为原料可制备具有较高孔隙率(87.2%)、压缩强度(1.37 MPa)和低热导率(0.036 W/(m·K))的铁尾矿多孔陶瓷,它是一种高效保温隔热材料;利用铁尾矿与石墨之间的碳热还原反应可获得碳化硅多孔陶瓷,其热导率显著提高,但强度偏低;而在原料中加入部分碳化硅,可以明显改善多孔陶瓷的压缩强度,获得具有高孔隙率(91.6%)、较高压缩强度(1.19MPa)和热导率(0.31W/(m·K))的碳化硅多孔陶瓷,它可作为轻质导热材料或复合相变材料的载体使用;与泡沫注凝成形工艺相比,采用模压成形工艺制备的碳化硅多孔陶瓷虽然孔隙率有所降低(79.3%),但热导率得到显著提升(1.15 ...     

载流条件下Ti3SiC2陶瓷材料的摩擦学特性

研究了三元层状化合物钛硅碳(Ti3SiC2)材料在载流滑动条件下的摩擦学特性.试验在盘一块式大功率载流高速摩擦试验机上进行,用A3钢盘作为对磨体;滑动速度为20～60 m/s,法向压强为0.4～0.8 MPa,电流强度为0,50和100 A.结果表明,在适当的速度和载荷条件下,Ti3SiC2陶瓷表现出良好的载流摩擦学特性.但载流条件下的摩擦系数和磨损率都比非载流条件下的大,且随电流强度的增大而增大.载流条件下,摩擦系数随法向压强和速度的增大而减小;磨损率随法向压强的增大呈下降趋势,随速度的增高而增大.SEM & XRD观察和分析结果表明,载流情况下Ti3SiC2摩擦面表层生成的TiC等硬质结晶相是导致摩擦系数增大的主要原因;而其磨损率增大主要由微电弧烧蚀与机械摩擦的交互作用及热-力耦合作用两部分共同影响所致.微电弧烧蚀作用引起Ti3SiC2表层氧化、熔融和分解,因而耐磨性发生改变.     

Ti3SiC2系材料的载流磨损特性及机理

研究了三元层状化合物钛硅碳（Ti3SiC2）和钛铝碳（Ti3AlC2）材料的载流磨损特性，探讨了在大电流、热应力和摩擦力的交互和耦合作用下Ti3SiC2系材料的支配性磨损机理。试验在盘一块式大功率载流高速摩擦试验机上进行，用A3钢盘为对磨体；滑动速度为20m／s，法向压强为0．4～0．8MPa，电流强度为0.50和100A。结果表明，在适当的速度和载荷条件下，Ti3SiC2系材料表现出良好的载流摩擦学特性。但载流条件下的磨损率都比非载流条件下的大，且随电流强度而增大。通过SEM＆EDS观察、分析，载流条件下的Ti3SiC2系材料的磨损主要由微电弧烧蚀与机械摩擦的交互作用及热-力耦合作用两部分共同影响。微电弧烧蚀作用引起Ti3SiC2系材料表层氧化、熔融和分解以及亚表层裂纹，因而耐磨性发生改变。通电条件下的电热效应和摩擦热的耦合作用也对Ti3SiC2系材料的耐磨性产生影响。力-电-热的交互和耦合作用哪部分占主导机制取决于Ti3SiC2系材料的物理参数及载荷、速度等外部条件因素。     

Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料的制备与性能

采用两种方法制备Al2O3／Ti3SiC2层状复合材料，一是原位-热压法，即Ti3SiC2是在层状材料的制备过程中同时被合成的；一是分步法，即制备过程分两步进行，首先制备出Ti3SiC2高纯粉，再采用热压法进行烧结制备层状材料。两种方法制备的Al2O3／Ti3SiC2层状复合材料强度保持在450MPa以上，断裂功达到1200-1560J／m^2，相对Al2O3块体材料提高十余倍。另外，不同的制备方法得到不同的组成和显微结构，决定了这两种Al2O3／Ti3SiC2层状复合材料性能的差异：前者强度较高韧性较低，后者强度较低而韧性较高。     

钛铝碳陶瓷载流滑动下的摩擦磨损行为

研究了高纯度Ti3AlC2块体材料载流滑动下的摩擦磨损行为.试验在盘一块式载流摩擦磨损试验机上进行,以低碳钢盘为摩擦配对物,滑动速度为20～60 m/s,法向压强为0.4～0.8 MPa,通电电流为0,50,100 A.结果表明:Ti3AlC2具有良好的载流摩擦磨损特性,但摩擦系数和磨损率都比无电流时的大,且电流密度越大,摩擦系数和磨损率越大.在滑动速度为20 m/s,通电电流为100 A,法向压强为0.4 MPa的条件下,摩擦系数达到最大值0.35.在速度为60m/s,法向压强为0.7MPa,电流为100A的条件下,磨损率达到最大值8.3×10-6mm3/(N·m).与相同速度和压强但不通电情况下的摩擦系数0.17和磨损率2×10-6mm3/(N·m)相比,分别增大了大约1.1倍和3.2倍.观察和分析的结果表明:载流条件下摩擦系数的增大与Ti3AlC2摩擦面上TiC和Fe2.25Ti0.75O4及AlFeO3结晶相的生成有关,而Ti3AlC2磨损率的增大主要归因于放电电弧的烧蚀作用.     

Cu/Ti3SiC2体系润湿性及润湿过程的研究

采用座滴法研究了温度及Ti₃SiC₂的两个组成元素Si和Ti对Cu/Ti₃SiC₂体系润湿性的影响。结果表明, Cu与Ti₃SiC₂之间有良好的润湿性, 且润湿过程属于反应性润湿。随着温度的升高, Cu与Ti₃SiC₂间的反应区扩大, 反应层深度增加, 润湿角减小, 温度超过1250℃后反应明显加快, 至1270℃时润湿角降至15.1°。物相分析与微观结构研究表明, Cu/Ti₃SiC₂界面区域发生了化学反应, 反应产物主要为TiC_x和Cu_xSi_y, 同时发生元素的互扩散, 形成反应中间层, 改变体系的界面结构, 促进了Cu和Ti₃SiC₂基体的界面结合, 从而改善了体系的润湿性。在Cu中添加Si抑制了Ti₃SiC₂的分解, 而添加Ti阻碍了Cu向Ti₃SiC₂的渗入, 均不利于Cu/Ti₃SiC₂体系润湿性的改善。     

热压合成Ti3Si0.9Al0.3C1.95固溶体材料

以单质的Ti,Si,Al粉和石墨粉为原料,用热压烧结法原位合成了单一相的Ti3Si0.9Al0.3C1.95层间固溶体材料.研究了合成温度和原料配比对合成产物相组成的影响,并对Ti3Si0.9Al0.3C1.95晶粒的超结构现象及其转变进行了讨论.结果表明:合成单一相Ti3Si0.9Al0.3C1.95固溶体的最佳原料摩尔配比为该相理论配比,相应的最佳热压烧结温度为1 600℃.Ti3Si0.9Al0.3C1.95晶粒具有与Ti3SiC2类似的板状晶外形,但各个晶面的X射线衍射(X-raydiffraction,XRD)峰的2θ与Ti3SiC2相比向小角度方向偏移.块体材料中Ti3Si0.9Al0.3C1.95晶粒的Si(Al)原子层存在原子无序排列的超结构现象,其XRD谱中没有或只有微弱的(OOI)晶面的衍射峰存在,但取自于同一块材料的粉末,其晶粒的Si(Al)原子层发生有序化转变,超结构现象消失.     

Ti_3AlC_2与Cu合金的电弧焊接

采用无焊料电弧焊方法对Ti_3AlC_2陶瓷与Cu(Mg)合金进行焊接.观察分析了接头组织结构和物相组成,测试了焊接试样的弯曲强度.结果表明,Ti_3AlC_2陶瓷和Cu(Mg)合金之间具有良好的可焊接性.在适当的焊接工艺下,接头具有典型显微结构:在靠近Cu(Mg)合金的区域,自生成的细小TiCx颗粒均匀弥散在Cu(Ti, Al, Mg)合金网络内;在靠近Ti_3AlC_2陶瓷的区域,形成TiC_x相与Cu(Ti, Al, Mg)合金相交替层叠的特殊结构.焊接试样的断裂发生在Ti_3AlC_2陶瓷部分,表明接头的抗弯强度高于被焊接的Ti_3AlC_2陶瓷材料.