陶瓷颗粒增强扩散合金化钢复合材料的微观结构和力学性能

采用传统粉末冶金工艺制备了陶瓷颗粒增强Fe?0.5Mo?1.75Ni?1.5Cu?0.7C扩散合金化钢复合材料,选用的陶瓷颗粒为SiC、TiC和TiB₂。采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了烧结材料微观结构,并对烧结材料的硬度、强度和摩擦磨损性能进行了测试。结果表明,由于SiC和TiB₂与基体的化学相容性好,陶瓷颗粒与基体界面结合良好;由于TiC颗粒具有极高的化学稳定性,TiC颗粒与基体界面结合情况不理想。随着陶瓷相含量（质量分数）的增加,添加SiC和TiC的烧结试样相对密度降低;添加TiB₂的烧结试样相对密度先增加后降低,当添加TiB₂质量分数为0.9%时达到最大值。随着陶瓷含量增加,添加SiC和TiB₂烧结试样的硬度增大,当陶瓷相质量分数超过1.2%时,硬度增加缓慢;添加TiC烧结试样的硬度先增加后降低,当添加TiC质量分数为0.9%时达到最大值。随着陶瓷相含量增加,添加SiC和TiC烧结试样的强度降低,少量添加SiC对强度没有明显损害;添加TiB₂烧结试样的强度先增加后降低,当添加TiB₂质量分数为0.6%时达到最大值（971.7MPa）,比基体提高了14.1%以上。添加陶瓷相对烧结钢性能的积极影响依次是TiB₂、SiC和TiC。     

TiC含量对TiCp/M2高速钢复合材料性能的影响

采用高能球磨法制备了TiCp/M2高速钢复合粉末,并利用放电等离子烧结(SPS)技术制备出不同TiC含量的颗粒增强M2粉末冶金高速钢复合材料(TiCp/M2)。测试了粉末粒度分布,观察了粉末形貌及其烧结试样的显微组织,检测了烧结试样的密度、硬度、抗弯强度及摩擦磨损性能,并探讨了复合材料的磨损机理。结果表明:球磨20h后,粉末形态由近似椭球形转变为不规则形状;放电等离子烧结后复合材料的显微组织均匀细小,晶粒平均尺寸小于2μm,M6C型碳化物平均尺寸小于1μm;致密度、抗弯强度随TiC含量的提高而有所降低,硬度在TiC含量为10%时达到最大值59HRC;TiCp/M2试样的磨损量随着TiC含量的增加呈现先下降后上升的趋势,当TiC含量为10%时复合材料具有最佳的耐磨性能,其磨损量约为基体材料的1/3。     

SiC粒径比对SiC_p/Al基复合材料组织及性能的影响

采用高压扭转(high pressure torsion)法将粒径比分别为1:1,1:7,1:21的SiC颗粒和纯铝粉末的混合物固结成金属基复合材料。利用金相显微镜、显微维氏硬度计、万能试验机和扫描电镜研究不同SiC粒径比对SiCp/Al复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明,与SiC粒径比1:1的试样相比,粒径比为1:7和1:21的试样中SiC颗粒分布更加均匀,颗粒间无明显团聚现象;大颗粒加入后对材料硬度的影响较为复杂,1:21试样硬度值最低;材料伸长率分别提高130%和113%,致密度也高于1:1的试样,材料断裂形式为韧性断裂。SiC粒径比为1:7试样的致密度、伸长率高于粒径比为1:21试样,综合性能较好。     

热等静压原位合成SiC–TiC复相陶瓷的微观组织与性能研究

采用纳米级β-SiC粉末、Si粉末、C粉末以及微米级TiH_2粉末为原料,利用热等静压原位合成工艺制备了SiC–TiC复相陶瓷,研究了不同原位合成反应和烧结工艺对复相陶瓷微观组织及力学性能的影响。结果表明:以SiC、TiH_2、C粉末为原料的原位合成反应,无明显副反应发生,更有益于制备成分符合预期、致密度良好且性能优秀的SiC–TiC复相陶瓷。在1600℃,120 MPa,4 h等静压烧结工艺下原位合成得到的体积分数为SiC–32%TiC复相陶瓷具有最好的致密度、硬度、三点弯曲强度以及良好的断裂韧性,分别达到98.7%、21.2 GPa、428 MPa和5.5 MPa·m1/2。提高热等静压压力有助于提高材料的烧结扩散活性,从而提高材料的致密度,有益于力学性能的提升。     

包覆法制备Gp/SiC 复合材料的显微结构和性能

以不同粒径的石墨颗粒和SiC粉体为原料,采用SiC粉体包覆石墨颗粒的方法,于2000℃热压制备了石墨/碳化硅(Gp/SiC)复合材料.利用扫描电子显微镜(SEM,EDS)分析了材料的金相和断口显微结构.研究表明,石墨粒径较小且质量分数较少的复合材料比石墨粒径较大且质量分数较多的复合材料在热压工艺中更致密.石墨颗粒呈岛状紧密地镶嵌在SiC基体中,石墨与SiC界面处C和Si的扩散不明显.复合材料的相对密度、抗折强度,断裂韧性和硬度随石墨粒径和质量分数的减少而增加.断口形貌表明SiC陶瓷基体为脆性,石墨为韧性断裂.当石墨粒径为125μm、SiC与石墨的质量比为3.5时,复合材料的综合性能最佳,开口气孔率为0.3%,相对密度为97.9%,抗折强度为75±15 MPa,断裂韧性为5.4±0.5 MPa.m1/2,硬度为26.8±3GPa.     

聚碳硅烷对注射成形Fe-2Ni基复合材料显微组织和力学性能的影响

采用粉末注射成形工艺,以聚碳硅烷(PCS)为先驱材料,制得SiC颗粒增强的Fe-2Ni基复合材料;研究PCS对Fe-2Ni合金的致密度、显微组织、力学性能及断口的影响.结果表明:PCS裂解生成的SiC增强相颗粒细小,在基体材料中分布均匀,加入5%～10%(体积分数)PCS可使材料抗拉强度提高43%～62%,洛氏硬度提高40%～47%,但伸长率下降,由韧性断裂转变成脆性断裂;Fe-2Ni基复合材料的强度和硬度达到了MIM协会的标准,优于SiC颗粒增强的Fe基复合材料.     

微波烧结原位合成(Ti_5Si_3+TiC)/TC4复合材料组织性能研究

通过Ti-SiC反应体系,选择粒径为45μm的基体TC4,5μm的增强相SiC(质量分数为5%和10%),经过低能球磨混粉后,微波烧结原位合成颗粒增强钛基复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对制备的钛基复合材料进行组织结构分析,并对钛基复合材料的致密度、显微硬度、压缩强度、抗拉强度、耐磨性和抗氧化性进行测试研究。结果表明,钛基复合材料主要由增强相TiC,Ti_5Si_3及基体Ti_3种物相组成。TiC呈颗粒状,有明显的棱角,而Ti_5Si_3呈熔融状颗粒,但是颗粒没有明显的棱角,增强相呈准连续网状分布,随着SiC含量的增加,网状结构不清晰,部分增强相团聚在一起。复合材料的相对密度、显微硬度和压缩强度随SiC含量的增加而增加,分别达到98.76%,HV729和2058MPa,但是复合材料的室温拉伸强度随SiC含量增加而降低。引入增强相后,复合材料的抗氧化性和耐磨性均高于基体,且耐磨性和抗氧化性随SiC含量增加而增加,其室温磨损机制主要为粘着磨损。     

SiCp/Cu复合材料的SPS烧结及组织性能

以化学镀Cu包覆SiC粉末和高压氢还原法制备的Ni包SiC复合粉末为原料,用放电等离子体烧结法制备了SiCp/Cu复合材料.分析了增强相含量和烧结温度对致密化的影响,比较了非包覆粉末和包覆粉末制备的复合材料的界面结合状况.然后对SiCp/Cu复合材料的热膨胀行为和力学性能进行了研究.结果表明:包覆粉末能够促进材料的致密化并且能获得良好的界面结合,所得SiCp/Cu复合材料的致密度达96.7%,抗压强度达1061 MPa.SiCp/Cu复合材料的热膨胀系数介于7.5×10-6～11.4×10-6·K-1之间,并且随SiC体积分数的增加而降低.材料在热循环过程中出现热滞现象,热滞现象受增强相的含量及界面结合状况的影响.     

烧结温度和复压复烧对温压制备Cu-Ti_3SiC_2材料的影响

以Cu和表面镀有Cu的Ti3SiC2粉末为原料,采用温压压制成形和复压复烧技术制备一系列Cu-Ti3SiC2复合材料,研究不同烧结温度、Ti3SiC2含量以及复压复烧对材料性能的影响。采用XRD衍射仪、环块式摩擦磨损试验机等测试手段,研究Cu-Ti3SiC2复合材料的物相组成和摩擦磨损行为。研究结果表明:以800℃烧结可制得不含杂质的纯Cu-Ti3SiC2复合材料;而以1 000℃烧结制得的复合材料中含有TiC和TiSi2杂质,这些杂质可影响材料的导电性能和减摩能力。复压复烧可使材料的密度、硬度以及导电性能得到不同程度的提高,尤其对于高Ti3SiC2含量的材料,其作用更为明显。     

无压浸渗制备SiC_p/Al复合材料的力学性能研究

采用无压浸渗法制备出不同SiC粒度组成和硅含量的SiCp/Al复合材料,并对其性能进行测试分析。研究结果表明:SiCp/Al-7Si复合材料硬度比SiCp/Al-12Si复合材料的低,但抗弯强度和断裂韧性比SiCp/Al-12Si复合材料的高,对不同SiCp/Al复合材料的力学性能的影响程度各不相同;粒径小的SiC颗粒有利于SiCp/Al复合材料的硬度、抗弯强度和断裂韧性的提高。当SiC粒度为W7,铝合金中Si含量(质量分数)为7%时,SiCp/Al复合材料的抗弯强度为502MPa、断裂韧性为7.1MPa·m1/2、硬度为66HRA。