有机无机转化法制备超高温陶瓷基复合材料技术研究

超高温陶瓷基复合材料是以连续碳纤维为增强体、超高温陶瓷为基体的一类复合材料,具有密度低、韧性好、耐高温、抗氧化及耐烧蚀等优异性能,在新型高速飞行器热结构应用方面有着不可替代的作用。碳纤维增强体和陶瓷基体是超高温陶瓷基复合材料的两个重要组成部分,对复合材料使役性能起着决定性作用,但是,碳纤维与陶瓷基体的理化性质差异大,如何将碳纤维与陶瓷基体进行有效复合,以便充分发挥碳纤维轻质、高强韧特性与陶瓷基体抗氧化、耐烧蚀特性,是超高温陶瓷基复合材料基础研究和工程应用需要解决的主要问题。本文论述了有机无机转化法制备超高温陶瓷基复合材料技术的发展思路,介绍了超高温有机陶瓷前驱体的设计与合成、C/ZrC-SiC和C/HfTaC-ZrC-SiC复合材料的研究结果,探讨了解决新型高速飞行器高温气动/燃气环境氧化烧蚀问题的材料技术方案,为连续纤维增强超高温陶瓷基复合材料的技术发展和工程应用提供借鉴。     

高熵合金强韧化方法及力学性能的研究进展

自高熵合金被首次报道以来,其优异的力学性能引起了国内外学者的广泛关注.高熵合金的高强度、高硬度、高耐磨性、耐腐蚀性以及其在极端温度下的服役能力,都表明高熵合金在未来工业应用中具有巨大潜力.随着对高熵合金的深入研究,从元素比例的改变到元素种类的改变再到新组元的添加,每一次高熵合金力学性能的优化与发展均伴随着结构的改变.尽管如此,高熵合金的力学性能依旧有很大的提升空间.因此,如何合理设计高熵合金的微观结构、提升其力学性能是当前研究的热点问题.在高熵合金中,已存在的强韧化方法有细晶强化、固溶强韧化、共晶组织强韧化、孪生诱导塑性(Twinning induced plasticity,TWIP)效应强韧化、相变诱导塑性(Transformation induced plasticity,TRIP)效应强韧化和第二相强韧化等.其中,细晶强化与第二相强化在绝大多数高熵合金中都存在且很容易通过热机械处理来实现.因此,如何在强化机理、组织特征、力学性能三者之间建立联系,是当前亟待解决的问题.本文归纳了高熵合金强韧化方法的研究进展,从高熵合金的优秀力学性能入手,分别介绍了固溶强化、短程有序(Short-range ordering,SRO)强化、γ'相强化、晶粒异构强韧化等结构设计理念,并且讨论了各种结构对高熵合金变形机制和力学性能的影响,分析了当前高熵合金的发展前景,以期为后续关于组织特征与力学性能建立有效联系提供参考.     

超高温陶瓷材料抗热冲击性能及抗氧化性能研究

研究了多种强韧化方法以提高超高温陶瓷材料抗热冲击性能,包括碳化硅晶须增强增韧、石墨软相增韧和氧化锆相变增韧.同时,还研究了碳化硅含量对超高温陶瓷材料的抗氧化性能影响.研究结果表明:碳化硅晶须和氧化锆的添加显著提高了材料的抗热冲击临界温差,而石墨软相的引入对抗冲击临界温差的影响不大,但显著提高了裂纹扩展阻力和强度保持率.高SiC含量超高温陶瓷材料在1 800℃以下具有的优异的抗氧化性能,在更高的温度下,高与低的SiC含量对超高温陶瓷材料的抗氧化性能均不利,通过优化材料的组分以降低材料表面温度是提高超高温陶瓷材料的抗氧化性能的一个非常有效的途径.     

高熵合金中的第二相强韧化

高熵合金是由多种元素以等原子比或近等原子比合金化所形成的一类新型金属材料。不同于传统的以一元或二元为主的合金设计思想,高熵合金颠覆性的合金设计理念使得其具有独特的原子结构特征,因而呈现出许多优异的力学、物理及化学性能。但其力学性能还有需继续提高之处,FCC结构的高熵合金通常塑性较好但强度偏低,而BCC结构的高熵合金强度较高但塑性较小。第二相强韧化已经被应用在高熵合金中以改善其强韧性,目前已经开发了大量高性能第二相强韧化高熵合金。然而,由于高熵合金独特的结构和性能特点,其强韧化行为特点和机制与传统合金并不完全相同。从高熵合金第二相强韧化的研究现状出发,简要介绍了高熵合金中的第二相种类及其强韧化机理,并对高熵合金第二相强韧化的研究进行了简单的展望。     

耐热高熵多主元合金及其强韧化研究现状

航天、航空、船舶等工业的飞速发展对耐热合金提出了更高的要求.传统的耐热合金经长期深入发展,其高温性能已经挖掘至接近极限,亟待开发新的耐热合金体系.近年来提出的多主元高熵合金颠覆了传统固溶体合金的设计理念,显著拓宽了合金设计的成分范围,有望利用这一新的合金设计理念开发出性能更加优异的耐热合金体系.已提出的多种耐热多主元合金体系表现出各自独特的性能特点,也存在各自的不足.其中,体心立方结构的难熔多主元合金具有很高的高温强度,但室温韧性较差;而面心立方结构的多主元合金具有优异的韧塑性,但高温强度较低.针对这些问题,研究人员研究了多种强韧化方法,产生了显著的强韧化效果.本文总结了已有的耐热多主元合金体系,分析了不同合金的微观组织特点和强韧化机理,展望了耐热多主元合金的发展方向,以期为突破新型耐热合金体系开发的学术研究和工程应用提供一定的参考.     

强韧微合金非调质钢的研究动向

叙述了国内外微合金非调质钢的发展应用现状与趋势,探讨了微合金非调质钢强韧化途径,并从微合金制备工艺的变革、控锻－控冷技术的一切、成本调整及新型Ｆ－Ｂ和Ｆ－Ｍ型复相微合金非调质钢的提出、计算机模拟技术在微合金非调质钢研究上的运用以及微合金非调质钢制件应用领域的拓展等几个方面,阐述了强韧微合钢的研究会动向。     

Nb-Ti-Cr-Si基超高温合金的室温断裂韧性研究进展

Nb-Ti-Cr-Si基超高温合金具有良好的高温强度和高温抗氧化性能,但室温断裂韧性较差。为了提高该合金的室温断裂韧性,分析了该合金室温断裂韧性较低的原因,对有坩埚整体定向凝固技术、整体定向凝固+高温均匀化处理和热压烧结法等工艺对Nb-Ti-Cr-Si基超高温合金的室温断裂韧性的影响做了评述,指出了提高该合金室温断裂韧性将来努力的方向。     

钨及钨合金的研发和应用现状

介绍了钨及钨合金材料的研究进展及动向,包括纯化技术、细化研究、强韧化研究、复合材料的研究等,并对当前研究较多的钨合金材料,主要是耐震钨丝、纳米钨合金、钨电极材料、钨基复合材料等的制备工艺、合金性能及应用开发现状进行了阐述.     

Nb基超高温合金定向凝固组织及其共晶凝固机理研究进展

Nb-Si基共晶体系超高温合金是目前最有希望应用于超高温环境的材料之一.目前的研究还仅仅停留在合金化改善其综合性能及抗氧化涂层的制备等方面,而对其共晶凝固机理等更深层次的研究还较少.从Nb基超高温合金铸态、定向凝固态组织及相组成等角度入手对该合金的微观组织变化规律进行了分析和总结;并对Nb基超高温合金共晶凝固机理的研究进展进行了综述;此外,还讨论了该合金目前仍需解决的问题.     

Al-Li合金强韧化机理及途径

概述了Al-Li合金强韧化的内部机理和外部机理，并在此基础上阐述了提高Al-Li合金强韧性的主要途径。     

聚合物/热塑性弹性体/纳米无机粒子三元复合材料的增韧增强研究进展

介绍了聚合物/热塑性弹性体/纳米无机粒子三元复合材料的形态结构及增韧机理,分析了热塑性弹性体、纳米无机粒子、加工工艺、界面性能4个方面对聚合物/热塑性弹性体/纳米无机粒子三元复合材料形态和性能的影响。热塑性弹性体和纳米无机粒子对聚合物有协同增韧增强作用,加料顺序是形态结构的最主要影响因素,聚合物的力学性能非常依赖热塑性弹性体和纳米无机粒子在聚合物中的存在形态。最后,展望了该体系未来的研究方向。     

铱的合金化改性研究现状

铱具有极高的熔点、优异的高温强度以及极佳的抗氧渗透性能,通过合金化改性得到的二元铱合金的综合性能较纯铱已有显著提升。不同二元铱合金体系具有突出的高温抗氧化性能、高温力学性能或抗电弧烧损性能,被应用于高温抗氧化材料、高温结构材料、贵金属电接触材料等领域。为进一步提升性能、降低成本,在二元铱合金基础上发展出的多元铱合金充分发挥出添加元素的晶粒细化强化、弥散强化、阻挡保护等作用,展现出令人满意的成果,极具发展潜力和可设计性。     

A12O3陶瓷复合材料的研究进展

介绍了Al2O3陶瓷增韧技术和A12O3陶瓷增强金属基复合材料的研究进展,指出复合增韧是未来A12O3认陶瓷增韧技术的发展方向;金属表面自生Al2O3防护层技术是提高金属耐蚀性,降低成本的有效方法;三维网络Al2O3陶瓷/金属复合材料具有更优良的力学性能;仿生设计和计算机模拟技术是开发新型网络Al2O3陶瓷骨架的重要手...     

SiCp/MoSi2原位反应高温热压复合工艺的研究

运用乙醇湿法混合和氩气保护原位反应高温热压方法制备了不同配比的SiCp/MoSi2复合材料,研究了原位生成的SiC颗粒对MoSi2基体材料显微结构和室温力学性能的影响.结果表明:原位反应高温热压制备SiCp/MoSi2的工艺是可行的,反应生成的适量SiC颗粒细化了基体晶粒,改善了其力学性能;与该工艺下制备的纯MoSi2相比,含40vol%SiCp的SiCp/MoSi2复合材料室温抗弯强度提高了260%,含50vol%SiCp的SiCp/MoSi2复合材料室温断裂韧性提高了50%;该种工艺的强化机制为细晶强化和弥散强化,韧化机制为细晶韧化.     

低合金钢亚温淬火强韧化研究

借助扫描电镜，透射电镜，Ｘ射线衍射仪等对低合金钢２７ＳｉＭｎ亚温淬火的强韧机理进行了研究。结果表明，位错强化，固溶强化，细晶强化及铁素体韧化等综合作用合金钢亚温淬火后强韧化效果较好。     

MOSi2材料的强韧化研究进展

综述了近年来MoSi2材料的强韧化研究进展,主要包括复合化Si3 N4、ZrO2、SiC、TiC、La2O3、多种增强体和合金元素Al、Re、Nb对MoSi2性能的影响及强韧化机理,并展望了MoSi2材料的强韧化发展趋势.     

Al-Li合金强韧化技术研究进展

阐述了关于Al—Li合金改善其应变局部化问题的合金化技术及加工热处理技术进展情况;详细介绍了微量杂质元素在合金中的存在形式与有害作用及其改善的技术方法与途径。评述了Al—Li合金研究的发展趋势。     

泡沫玻璃强化技术的研究进展

改善泡沫玻璃力学性能直接、有效的手段是对其进行增强处理。评述了泡沫玻璃的微晶化增强、纤维增强、高密度增强等技术的优势与不足,指出了它们亟待解决的技术难点,总结了泡沫玻璃几种新强化技术的发展状况,深入探讨了目前泡沫玻璃增强技术中存在的问题和进一步研究的方向。     

实现Ti(C,N)基金属陶瓷强韧化的技术路径

Ti(C,N)基金属陶瓷因具有高强度、高硬度、耐高温、耐酸碱、耐磨损等优良性能而被广泛应用于刀具、模具等。在高温切削加工时,金属陶瓷刀具不但具有优良的抗粘附性和热稳定性,还拥有比硬质合金刀具更好的高温红硬性、耐磨性和抗氧化性,并且具有自润滑性能。在日本,金属陶瓷刀具的应用占全部刀具的35%以上,欧美等国也达到20%以上,而在我国,金属陶瓷刀具和陶瓷刀具主要依靠进口,金属陶瓷刀具的使用量仅占刀具总量的3%。由此可见,我国金属陶瓷刀具的研发与生产应用远远落后于发达国家。为实现把我国建设成为全球制造业强国的梦想,必须加快我国金属陶瓷刀具研发、生产与推广应用,以改善加工业的加工精度和产品表面光洁度,提高加工业的加工效率,保证制造业零部件的高质量,全面提高我国制造业水平。虽然Ti(C,N)基金属陶瓷刀具比传统的硬质合金刀具有更好的高温红硬性、耐磨性和抗氧化性,但是冲击韧性、断裂强度较差及高温强度不够是其致命的缺点。为此,国内外学者在Ti(C,N)基金属陶瓷的强韧性方面展开大量的研究工作,并取得了一定的研究成果。研究工作主要集中在:(1)陶瓷相与金属相的成分;(2)烧结工艺;(3)引入纳米增强体。近两年来,由于钼、钴的资源短缺与价格上涨,从实际生产成本和高性能等方面考虑,一些学者还对无钼无钴、掺高熵合金Ti(C,N)基金属陶瓷的性能进行了研究。本文采用比较法,对有关Ti(C,N)基金属陶瓷材料强韧化的研究成果进行了分类、归纳与总结,从而得出了影响Ti(C,N)基金属陶瓷材料强韧化的三个因素——组成成分、显微结构和烧结工艺,并就此展开讨论;介绍了当前增强增韧Ti(C,N)基金属陶瓷的三种主要方法——纳米颗粒改性增韧法、晶须增韧法和纤维增韧法;最后提出关于今后Ti(C,N)基金属陶瓷材料的强韧化研究亟待解决的问题与发展方向。     

过渡族金属轻元素化合物薄膜强韧化的研究进展

由于过渡族金属具有极高的电子密度和抗压缩能力,而轻元素的共价键网络能强力抵抗形变,综合它们所长形成的化合物多为硬质(维氏硬度＞ 20 GPa)甚至超硬材料(维氏硬度＞40 GPa).基于此,过渡族金属轻元素化合物薄膜为切削刀具、钻具、耐磨涂层和发动机部件等关键技术领域提供了重要的材料基础.然而,高硬度通常伴随着高脆性(...