晶须增韧陶瓷基复合材料的设计与制备

介绍了晶须增韧陶瓷基复合材料的设计准则与制备工艺，指出晶须增韧陶瓷基复合材料的设计准则是要处理好晶须与基体在化学物理性质上的相互匹配；其制工艺的关键，是处理好晶须在基体中的均匀分散，材料的致密化以及晶须／基体的界面结合。     

晶须与颗粒混合增强陶瓷基复合材料的相平均应力及微区应力分布特征分析

采用三维有限元法在MSC-MARC软件中模拟不同性质的晶须和颗粒混合增强陶瓷基复合材料时微区应力分布特征,并计算增强相及基体平均应力。结合Eshelby夹杂理论和Mori-Tanaka方法推导增强相及基体的平均应力的理论公式,将两种方法所得的结果进行比较。结果表明,理论模型与有限元法得到的各相平均应力非常吻合,不同形状的增强相分担的应力差异很大,晶须增强相能够分担大部分的平均应力,对降低基体应力、提高多相混合增强陶瓷基复合材料的强度起主要作用。数值模拟结果同时给出微区应力场分布特征,显示晶须位置变化和晶须弹性模量变化对微区应力分布均有一定影响,有利于对多相增强复合材料进行失效分析。颗粒增强相具有调节晶须分布位置,有效改善微区应力分布特征的作用。     

SiC晶须含量对ZTA陶瓷基复合材料力学性能和抗热震性能的影响

采用国产ＳｉＣ晶须制备ＳｉＣｗ－ＺＴＡ陶瓷基复合材料，研究了ＳｉＣ晶须含量对复合材料的抗弯强度、断裂韧性和抗热震性能的影响，并分析了晶须增韧和ＺｒＯ２相变增韧两种机制协同作用的条件。     

原位复合反应制成TiB对提高管道耐磨性的研究

将自蔓延和离心铸造的方法相结合,制备了原位TiB晶须增强钛基复合材料;采用扫描电子显微镜分析了复合材料的显微组织,结合磨损表面、剖面显微组织.分析探讨了复合材料表面的磨损机制;评价了复合材料的耐磨性能.结果表明：TiB晶须尺寸细小、长径比大、在基体中分布均匀;与基体合金相比,钛基复合材料的耐磨性能显著提高,这是由于TiB晶须具有增强作用和承载作用所致.     

纳米SiC晶须增强Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织与力学性能

采用真空烧结法制备了纳米SiC晶须增强Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料,用XRD、FESEM、EDS、万能试验机及维氏硬度仪等手段研究了纳米SiC晶须对复合材料显微组织和抗弯强度及断裂韧度的影响。结果表明:复合材料的显微组织具有典型的芯-壳结构,主要由黑色的硬质核心相,灰色的环形相,灰白色的粘结相以及部分分布于外环形相/粘结相界面、部分弥散分布于粘结相中的白色增强相组成;随着纳米SiC晶须添加量的增加,粘结相的体积分数减小,增强相的体积分数增大;与未添加晶须的金属陶瓷相比,复合材料的抗弯强度和断裂韧度均有显著提高,当纳米SiC晶须的体积分数为7.5%时,复合材料的力学性能最佳,抗弯强度为2 346 MPa,断裂韧度为16.82 MPa·m~(1/2)。     

晶须及增强纤维的强度和纤维增强复合材料

自本世纪中期以来,随着尖端技术发展的需要,人们越来越重视发展以晶须或纤维增强的复合材料。晶须或纤维增强复合材料是指在树脂基体或金属基体内,埋入一种细丝状(如晶须、纤维或细金属丝等)的强化组元,使基体得到强化的一种材料。以金属或合金为基体的叫纤维增强金属基复合材料。金属基复合材料既具有很高的抗拉强度,又兼有优异的韧性。此外,晶须或纤维,尤其是陶瓷型的强化组元增强的金属基复合材料,还具有优异的高温强度、耐热震性,耐蚀性等等特殊的性能。它们的比强度和比刚度也显著地优于普通的材料。本文简要地介绍了晶须的获得及其机械性能和晶须及纤维增强复合材料的制造方法等有关的问题以供机械设计、制造和材料科学工作者参考。     

偶联剂处理碳酸钙晶须对聚醚醚酮摩擦磨损性能的影响

使用耐高温SPEEK偶联剂对碳酸钙晶须进行表面处理,利用热压成型方法制备质量分数为0~30%的碳酸钙晶须增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料,在MM-200型磨损试验机上测试复合材料与45#钢环配副的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌,分析磨损机制。结果表明,SPEEK偶联剂改善了晶须与PEEK基体的界面结合,提高晶须的力学增强效果,复合材料的减摩和耐磨性能显著提高。填充10%~25%晶须,复合材料具有较好的摩擦磨损性能。碳酸钙晶须提高了复合材料承载能力,减少摩擦副表面粘着,阻止树脂的热塑性变形,复合材料磨损以磨粒磨损和疲劳磨损为主。     

体分比对单向晶须增强复合材料力学性能的影响

在单向晶须增强树脂基复合材料的三维单胞模型的基础上,利用细观力学有限元分析方法研究复合材料中SiC晶须体分比的变化对材料整体力学性能的影响.研究表明:在单向SiC晶须增强树脂基复合材料中,晶须体分比对晶须应力作用明显大于对基体的影响;随着晶须体分比的增加,界面剪切应力分布曲线下移;晶须体分比的变化对轴向弹性模量的影响远大于对横向弹性模量的影响.     

金属基复合材料的摩擦学研究现状

金属基复合材料(MMC)的研究开始于本世纪60年代初期。70年代末期,开发了用廉价稻壳为原料制造β-SiC晶须的新技术,促进了SiC晶须增强铝基复合材料(SiC_w/Al)以及SiC颗粒增强铝基复合材料(SiC_p/Al)的研究。80年代初期,日本首次将纤维增强铝基复合材料试用于制造柴油发动机活塞,这使得金属基复合材料的开发应用开始了一个新阶段。航空、航天工业对新材料的要求,又进一步推动了MMC的发展。现在已开始应用于汽车工业、仪表工业及其它一些民用工业之中。但是,许多MMC仍处于研制开发阶段。 金属基复合材料是以金属为基体,添加颗粒、晶须或纤维作为增强相,通过特定方法复合而成。目前使用的金属基体有铝、钛、镁、铜、锰以及一些金属间化合物等,其中铝基复合材料研究最多,应用范围最广。所用增强相物质有碳化硅、碳化硼、碳化钛和氧化铝的颗粒;碳化硅、氮化硅、氧化铝和钛酸钾晶须;硼、石墨、碳化硅、氧化硅、氧化铝和氧化硼纤维;钛、钼、钨、不锈钢和铍金属丝以及金属条带如铍条带等。表1列出了MMC增强剂     

Y2O3加入量对SiCw／ZrO2（Y2O3）复合材料力学性能的影响

采用热压法制备出２０Ｖｏｌ％ＳｉＣ晶须增强的具有不同Ｙ２Ｏ３含量的ＺｒＯ２基复合材料。试验结果表明,含有２ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３的ＳｉＣｗ／ＺｒＯ２（Ｙ２Ｏ３）复合在断过程中有２９％和ｔ－ｍ相变增量,由于ＺｒＯ２相变与ＳｉＣ晶须的共同补强增韧,能获得较佳的力学性能。晶须增韧机制为晶须拔出,晶须桥接与裂纹偏转 。     

SiC晶须增韧Al2O3—（Ti,W）C陶瓷材料增韧机理的研究

改善陶瓷材料的脆性是陶瓷研究领域里急待解决的关键性课题。本文在Ａｌ２Ｏ３－（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ复相陶瓷中加入不同含量的ＳｉＣ晶须以提高基体材料的断裂韧性。研究表明，ＳｉＣ晶须增韧Ａｌ２Ｏ３－（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ复相陶瓷的断裂韧性与烧结密度、晶须含量等因素有关，增韧效果与晶须和基体的复合密切相关，增韧机制主要是裂纹偏转和裂纹桥接机制，同时，Ａｌ２Ｏ３与（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ形成的双骨架结构亦使断裂韧性得到提高。     

SiC晶须增韧Al_2O_3－（Ti，W）C陶瓷材料增韧机理的研究

改善陶瓷材料的脆性是陶瓷研究领域里急待解决的关键性课题。本文在Ａｌ２Ｏ３－（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ复相陶瓷中加入不同含量的ＳｉＣ晶须以提高基体材料的断裂韧性。研究表明，ＳｉＣ晶须增韧Ａｌ２Ｏ３－（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ复相陶瓷的断裂韧性与烧结密度、晶须含量等因素有关，增韧效果与晶须和基体的复合密切相关，增韧机制主要是裂纹偏转和裂纹桥接机制，同时，Ａｌ２Ｏ３与（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ形成的双骨架结构亦使断裂韧性得到提高。     

金属/陶瓷复合材料的原位合成及其结构研究

以铝镁合金、高纯石英棒为原料，采用原位合成法在1473K氮气氛下保温2h制备了Al（Si）／AlN／MgAl2O4复合材料。采用XRD、SEM和EDX等方法分析了所得材料的相组成与显微结构。结果表明：复合材料的物相为MgAl2O4、Al-Si、AlN、Mg2Si和Si；在铝与SiO2界面上形成的Al2O3与基体合金中的镁反应生成块状的MgAl2O4尖晶石晶体，在复合材料内部发现均匀分布的AlN晶须，部分氧、铝、镁、铁形成化合物与硅一起均匀弥散分布于复合材料中。     

热氢处理对（TiB，TiC）／Ti110复合材料显微组织和相变点的影响

对原位反应制备的（TiB，TiC）／Ti1100复合材料进行了热氢处理，用XRD对不同氢含量复合材料进行了物相分析，用光学显微镜研究了氢元素的加入对复合材料显微组织的影响，并测定了相变温度。结果表明：随着氢含量的增加，α-Ti和β-Ti相的衍射峰有向低角度偏移的趋势，晶界处逐渐析出氢化物，复合材料的相变温度逐渐下降，并...     

晶须长径比对树脂基复合材料力学行为影响的数值模拟

在单向晶须增强树脂基复合材料的轴对称模型和已有研究成果基础上,利用有限元分析方法,研究该类复合材料中晶须长径比的变化对材料整体力学行为的影响.结果表明:晶须长径比对晶须应力作用明显大于对基体的影响;晶须的长径比h/r≤30时,随着晶须长径比的增大,发生在晶须端部处的集中应力急剧增加;但当长径比h/r＞30时,长径比的进一步增加对集中应力影响不大;随着晶须长径比的增大,界面剪切应力减小,分布曲线下移;但当长径比h/r＞30时,长径比的进一步增加对剪切应力影响不大;随着晶须长径比的增加,复合材料的拉伸强度逐渐增大.     

(TiB+TiC)/TC4钛基复合材料电解加工基础试验研究

针对钛基复合材料及其基体材料展开电解电化学特性研究,测量了TC4及(TiB+TiC)/TC4复合材料在NaNO3溶液中的极化曲线和电流效率.研究发现,(TiB+TiC)/TC4复合材料相较于TC4分解电压更高,电流效率更低.选用合适的加工参数进行(TiB+TiC)/TC4复合材料的电解铣磨粗、精加工.结果表明:粗加工后平整性较差,有明显的接刀痕,反应面存在大量未脱落的晶须状增强相,表面粗糙度Ra为5.262μm.精加工后具有较好的平整性,可以观察到金属光泽与磨削的痕迹,表面粗糙度Ra减小至0.702μm.     

(TiB+TiC)/TC4钛基复合材料电解加工基础试验研究

针对钛基复合材料及其基体材料展开电解电化学特性研究,测量了TC4及(TiB+TiC)/TC4复合材料在NaNO3溶液中的极化曲线和电流效率.研究发现,(TiB+TiC)/TC4复合材料相较于TC4分解电压更高,电流效率更低.选用合适的加工参数进行(TiB+TiC)/TC4复合材料的电解铣磨粗、精加工.结果表明:粗加工后平整性较差,有明显的接刀痕,反应面存在大量未脱落的晶须状增强相,表面粗糙度Ra为5.262μm.精加工后具有较好的平整性,可以观察到金属光泽与磨削的痕迹,表面粗糙度Ra减小至0.702μm.     

界面结合状态对晶须树脂基复合材料力学行为的影响

采用有限元法对晶须增强树脂基复合材料的应力/应变场,随界面结合状况的变化进行探讨.结果表明,界面结合力越强晶须端面应力集中现象越明显;界面结合完好时,晶须上承受的轴向应力较大,界面结合较弱时,晶须上承受的轴向应力明显减小,基体上承受的轴向应力受界面结合状况的影响不明显;当界面结合增强时,晶须上承受的界面剪切应力变大.     

ZnOw填充铸型尼龙复合材料滚动摩擦磨损行为

研究ZnOw填充铸型尼龙(MC)复合材料的滚动摩擦学性能.结果表明,ZnOw/MC复合材料的拉伸强度随氧化锌晶须含量增加而升高,而断裂伸长率随氧化锌晶须含量的增加而降低;ZnOw/MC复合材料的摩擦因数和磨损率均随氧化锌晶须含量增加而降低;随着氧化锌晶须填充量的增加,磨损.ZnOw/MC复合材料的磨损机制由黏着磨损变为疲劳     

温度和形变对Mullite/Al-4.5Cu复合材料及其基体合金时效行为的影响

用挤压铸造方法制备Mullite/Al-4.5Cu复合材料及其基体合金。用硬度测试（HB）、差示扫描量热仪（DSC）和透射电镜（TEM）等手段，研究了温度和形变对复合材料及其基体合金时效行为的影响。结果表明：无论是复合材料还是基体合金，随时效温度的升高，峰值硬度降低，时效析出过程加快；莫来石纤维除了能明显提高Al-4.5Cu合金的时效硬度外，还能加速其时效析出过程；固溶淬火后立即形变，能十分明显地加速复合材料及其基体合金的时效析出过程；纤维和形变都能明显抑制GP区的形成，但二者对θ相析出反应的影响存在差异。