炭／炭复合材料SiC／Mo（Six，Al1-x）2涂层形成机理与抗高温氧化性能

采用高温包渗技术在炭／炭复合材料表面制备了SiC／Mo（Six,Al1-x）2复合涂层,采用两步反应法研究了复合涂层的生成机理。发现复合涂层是由Si、Al2O3、SiC、MoSi2原始粉末材料与基体炭材料经过复杂化学反应生成的SiC、Mo（SixAl1-x）2以及微量Mo4．8Si3C0．6固溶体组成。在较低温度下（〈1750℃）,单质硅与基体碳的液-固相反应,经过2小时后可以在炭／炭复合材料表面和内部孔隙表面生成致密的SiC过渡涂层;在较高温度下（≤2000℃）,SiC、Al2O3和MoSi2间的反应较为复杂,其主要过程为SiC与Al2O3间生成液体硅、液体铝和气态SiO、Al2O的多相反应,该反应生成的液体铝能够与MoSi2颗粒发生置换反应,生成熔点降低的Mo（Six,Al1-x）2转移涂层;同时,生成的液体硅与CO反应生成晶须状β—SiC,并与Mo（Six,Al1-x）2形成增强型复合涂层。本文还研究了过量单质Si和SiC对Mo（Six,Al1-x）2的还原反应,化学反应推论与实验结果相吻合。以新提出的涂层生成机理为指导,以粉末原料质量组成为Si10％,Al2O3 10％,SiC54％和MoSi226％时所制得了致密并且无粘结的复合涂层材料,并研究了封孔处理后复合材料的抗氧化性能。     

化学气相反应法制备SiC涂层

采用化学气相反应法,以3种不同工艺在C／C复合材料表面制备了SiC涂层,并检测了其抗氧化性能．以工业用Si和辅助剂SiO2为原料,在高温、惰性环境中反应产生SiO蒸气,将其引入反应室与C／C复合材料在不同温度下进行气相反应,在试样表面生成一层致密的SiC涂层。X射线衍射分析表明：涂层是由β-SiC组成。从试样截面的扫描电镜可知：不同工艺制得的SiC涂层界面过渡带颗粒的微观形貌各异。经最优工艺制备的涂层过渡带很窄,有β-SiC纳米晶须生成,且其抗氧化性能最佳。     

多孔隔热炭材料用SiC复合涂层的制备及抗氧化性能研究

多孔炭毡是优异的高温隔热保温材料,但使用过程中的微氧化问题将直接导致材料的氧化失效。本文采用刷涂反应法,在炭毡表面依次制备了预炭层及SiC复合涂层,借助X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析涂层的物相组成以及微观结构,探究了在1 200℃、1 400℃反应烧结制备的SiC复合涂层的结构和抗氧化性能差异。结果表明:在大气环境进行加速老化的抗氧化测试中,800℃氧化25 min后,炭毡的失重率为40%,1 200℃制备的SiC涂层具有较好的抗氧化性能,失重率仅为14.9%;1 000℃氧化25 min后,炭毡的失重率达70%,1 200℃、1 400℃制备的SiC复合涂层抗氧化性能差别不明显,氧化失重率约为16.9%。     

熔烧温度对Al-SiC硅酸盐基陶瓷涂层性能的影响

以硅酸盐溶液为基料,添加金属Al粉、SiC、TiO₂、玻璃料等陶瓷骨料,采用高温熔烧法在304不锈钢表面制备了硅酸盐基陶瓷涂层,使用扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TG)、X射线衍射仪(XRD)等研究了熔烧温度对涂层性能的影响。结果表明,涂层在700~1 100 ℃熔烧过程中,陶瓷涂层与金属基体之间呈冶金结合,伴随有Al₂O₃和TiO₂的晶相转变;涂层厚度为150 μm,并在800 ℃熔烧固化时,结合强度最高,为23.3 MPa;涂层经1 000 ℃高温熔烧后剩余固体含量为76.7%,表现出良好的耐高温性。     

AlN陶瓷基板在空气中的热氧化行为探讨

利用二次离子质谱(SIMS)并结合X射线衍射分析(XRD)研究了AlN陶瓷基板在850-1 100 ℃空气中退火时的初始氧化行为. 结果表明,未退火AlN陶瓷基板表面区存在很薄的富氧层. 在退火10 min的条件下,随着退火温度的增加,富氧层迅速增厚. 在1 100 ℃退火20 min的条件下,AlN陶瓷基板表面区有连续的氧化层生成. 最后,结合化学热力学,探讨了AlN陶瓷基板表面的初始氧化机理.     

电泳沉积和反应结合制备羟基磷灰石/氧化铝复合涂层

在金属表面用电泳沉积(electrophoretic deposition, EPD)法制备羟基磷灰石(hydroxyapatite, HA)涂层的主要问题是结合强度较低.为了提高HA涂层与基体的结合强度,先采用EPD在钛表面制得羟基磷灰石/铝(hydroxyapatite/aluminum, HA/Al)复合涂层,然后采用反应结合方法(reaction bonding process)制备羟基磷灰石/氧化铝(hydroxyapatite/aluminum oxide, HA/Al2O3)复合涂层,并与相同条件下制备的HA单一涂层进行比较研究.用扫描电镜表征涂层的表面和横截面形貌.用能量散射X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)谱分析HA/Al2O3复合涂层的化学组成.用XRD仪研究涂层的物相组成和热稳定性.通过黏结-拉伸实验测定HA涂层与基体的结合强度.结果表明:通过850℃热处理,HA/Al复合涂层中的Al粉发生氧化反应生成Al2O3,经反应结合得到HA/Al2O3复合涂层;反应结合提高了HA涂层的致密化程度且降低了基底钛表面的氧化程度;与单一HA涂层相比,HA/Al2O3复合涂层与基底间的结合强度得到明显提高.     

氧化铝陶瓷表面化学气相沉积钛涂层的制备及性能

利用卤化物还原原理,以Ti粉和I2粉为反应原料,通过化学气相沉积的方法在Al2O3陶瓷基体上制备了金属Ti涂层。考察了原料配比、加热温度及保温时间等工艺参数对涂层沉积的影响。通过X射线衍射仪分析了涂层的物相组成。利用扫描电子显微镜及能谱仪对涂层的微观组织形貌及成分进行了分析。采用座滴法考察铜与沉积了涂层的氧化铝陶瓷间的润湿性。研究结果表明,化学气相沉积法在氧化铝陶瓷表面制备Ti涂层的适宜工艺参数为:Ti与I2的质量比=1∶3,沉积温度为1 100℃,沉积时间为60min。所获得的Ti涂层纯度较高,具有明显的(110)晶面择优取向性,涂层与陶瓷结合良好。铜与涂层间的润湿角在1 113℃时为57°。     

BaTiO3基无铅陶瓷介电温度稳定性研究

通过固相合成法制备了xBi(Zn,Zr)O₃-(1-x)(Ba,Ca)(Ti,Zr)O₃(BCTZ-xBZZ,x=0,0.005,0.02,0.04,0.06)无铅陶瓷体系，结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、介电等表征，探讨了Bi(Zn,Zr)O₃陶瓷体系对(Ba,Ca)(Ti,Zr)O₃陶瓷的晶相、微结构、介电以及其温度稳定性的影响。研究结果表明：当预烧温度高于850℃时BCTZ-xBZZ合成粉体已基本形成单一的钙钛矿结构。在较低的烧结温度(1200～1300℃)下BCTZ-xBZZ陶瓷可以很好地烧结。所有BCTZ-xBZZ陶瓷都具有纯钙钛矿相，与此同时，陶瓷体系晶相经历了从四方晶相向伪立方相过渡。Bi(Zn_0.5Zr_0.5)O₃显著影响了(Ba,Ca)(Ti,Zr)O₃陶瓷体系相变温度：铁电相-铁电相(T_FE)，铁电相-顺电相(T_c)。并且陶瓷体系存在弛...     

SiC纳米线增强反应烧结碳化硅陶瓷的性能研究

以单晶SiC纳米线作为增强体,碳化硅-碳为陶瓷基体,在1550℃下,采用反应烧结制备碳化硅基陶瓷复合材料(SiCnf/SiC).结合X射线衍射、万能试验机和扫描电镜等检测和分析,研究SiC纳米线对复合材料的微结构和力学性能的影响.研究表明:与未加入SiC纳米线的反应烧结碳化硅陶瓷相比,添加SiC纳米线的复合陶瓷的抗弯强度和断裂韧性都得到显著的提高,抗弯强度提高了52％,达到320 MPa(SiC纳米线含量为12wt％),断裂韧性提高了40.6％,达到4.5 MPa· m1/2(SiC纳米线含量为15wt％);反应后的SiC纳米线仍然可以保持原有的竹节状结构,且随着SiC纳米线的加入,复合陶瓷的断口可以观察到SiC纳米线拔出现象.但由于SiC纳米线“架桥”的现象,添加过量的纳米线会降低复合陶瓷的密度和限制复合陶瓷力学性能的提高.同时还讨论了SiCnf/SiC的增强机理.     

SiC陶瓷基体及抗氧化涂层

介绍了5种主要SiC基体的成型方法,分别是化学气相渗透(CVI)、聚合物先驱体浸渍-裂解法(PIP)、液相硅渗透法(LSI)、反应烧结法、化学气相反应法(CVR)。阐述了各种基体的组织结构、致密效率及陶瓷基复合材料的性能,其中CVI+PIP/LSI的复合成型技术可达到优化的制备过程,提高基体的组织结构和致密化效率;C/C及C/SiC复合材料表面化学气相转换法SiC涂层及多层涂层技术是提高CMC抗氧化性能的有效途径,并已得到工程实际验证。     

反应烧结碳化硅研究进展

对有关反应结合碳化硅(RBSC)材料的研究进展作了综述,并对存在的问题和今后可能的发展方向提出了自己的见解,包括:进一步提高性能;降低游离硅含量,提高使用温度;提高材料的可靠性和稳定性;低成本化.     

SiC/金属界面固相反应与控制的研究进展

SiC／金属界面固相反应的研究是材料科学领域内一个极重要的理论研究课题。SiC／金属界面固相反应及界面状态决定着SiC／金属复合材料、SiC／金属复合构件、SiC／金属固相扩散焊接件的力学性能和使用性能。对SiC／金属界面固相反应进行了分类，就SiC／金属界面固相反应研究在反应热力学，反应区的组成、结构和性能，反应动力学及反应微观机制等方面取得的成果进行了综述。并归纳总结了几种类型的SiC／金属界面固相反应控制的方法。     

Reactive Infiltration of Si-Mo Alloyed Melt into Carbonaceous Preforms of Silicon Carbide

A MoSi₂/reaction-bonded SiC composite was prepared from a preform of petroleum coke and commercial SiC powders (in weight ratios of 0.5 and 0.6), following reactive infiltration of a Si-Mo melt (molybdenum concentration of 7–29 wt%) made from elemental powder. The resulting material had a relative density of >90% of the theoretical density and, on a microstructural scale, contained SiC and MoSi₂, in addition to unreacted carbon and silicon. The SiC and MoSi₂ boundary was smooth and sharp, with no sign of any reaction. The occasional presence of an intermediate zone between SiC and MoSi₂ was detected; this zone contained silicon, iron, and aluminum, the formation of which may be related to the presence of impurities in the silicon and SiC.     

The effect of microwave heating on the microstructure and the mechanical properties of reaction-bonded boron carbide

Reaction-bonded boron carbide composites were fabricated by both microwave (under Ar/10% H₂) and conventional heating (under vacuum or Ar/10% H₂). Silicon carbide (SiC) formation occurred in all cases and was slightly favored in the case of microwave heating under Ar/H₂. The resulting microstructures were influenced by the heating process and atmosphere; the SiC existed in the form of needles with conventional heating under vacuum. SiC small polygonal grains were present after microwave heating under Ar/H₂. Both the atmosphere and the electromagnetic field influence the SiC morphology. Despite this difference, the hardness and toughness of composites obtained by both heating techniques were similar.     

Reaction-bonded B4C/SiC composites synthesized by microwave heating

The reaction-bonding technique was used to synthesize boron carbide (B₄C) - silicon carbide (SiC) composites by microwave heating. Preforms of porous B₄C were obtained by compaction followed or not by partial densification. Then, the material was infiltrated by molten silicon under a microwave heating. The influence of the thermal cycles (T: 1400-1500°C, t: 5-120 minutes) is low. The hardness of boron carbide is comparable to that of alumina (15-19 GPa) for a much lower density (≈2.5 g/cm³ for B₄C-based material instead of 3.95 g/cm³ for alumina). These properties make this composite, obtained by microwave heating, a good candidate for ballistic applications.     

用低纯碳化硅微粉烧结碳化硅陶瓷

用工业尾料低纯W3.5 μm SiC微粉为原料,在N2保护下烧结碳化硅(SiC)陶瓷.研究了低纯SiC微粉中杂质对SiC陶瓷力学性能的影响,对比了微粉提纯后材料的性能与结构.通过扫描电镜、金相显微镜分析材料的显微结构.结果表明:微粉杂质中SiO2、金属氧化物在SiC烧结温度下的放气反应是影响陶瓷材料力学性能的主要因素.由低纯SiC粉制得的材料的烧结密度达到(3.15±0.01)g/cm3,抗折强度达到(441±10)MPa.     

Preparation of submicron boron carbide powder through gas-solid reaction method

Boron carbide submicron powder was synthesized with boron oxide and graphene as starting materials by gas-solid reaction method using two different apparatuses. The effects of calcination temperature and holding time, apparatus type and B₂O₃/C ratio of the starting materials on the phase composition and morphology of the synthesized powders were evaluated. A newly formed residual carbon morphology distinct from original graphene were present in samples synthesized at a higher B₂O₃/C ratio or temperature. The synthesis temperature of ∼1500 °C was found to be more suitable to obtain boron carbide powder without the existence of residual carbon. The new type of apparatus enabled the synthesis of boron carbide phase at a relatively lower temperature, due to its more efficient use of B₂O₃ vapor.     

Titanium carbide by the SHS process ignited with aluminothermic reaction

We explored the ignition of Ti + C → TiC reaction with another highly exothermic thermite reaction, Fe₂O₃ + 2Al → 2Fe + Al₂O₃, used as a match. In order to decrease the combustion temperature and thus to avoid explosion mode, we studied the effect of alumina diluent on the thermite reaction. In order to ensure the stability of front propagation, we also tested the reactions involving enriched and non-enriched iron ores. The evolution of phase composition, grain size, and density of products during SHS reaction was determined by XRD and IR filming.      

硼酐碳热法合成碳化硼的研究

用Ｘ－射线衍射分析方法，研究了温度及反应物中Ｂ２Ｏ３摩尔量对碳热合成Ｂ４Ｃ粉末中残留含量的影响，同时探讨其反应机理，实验表明，碳化硼粉末中的残留碳含量不仅取决于反应而且与Ｂ２Ｏ３的摩尔量有关。在碳管炉内合成Ｂ４Ｃ的反应以液固反应为主，在反应时间一定条件下Ｂ２Ｏ３摩尔量为５－６ｍｏｌ的反应物料，在１６５０℃Ａｒ气氛中反应，其残留碳含量最低，其相对量为１０％左右。     

CaC2与CsF活化环己酮与乙腈反应合成环己烯乙腈

电石是一种煤化工产品，其强碱性对很多碱催化反应具有潜在的促进作用。本文首次报道了电石和氟化铯对环己酮与乙腈反应的促进作用，考察了反应时间、温度和氟化铯用量对反应的影响。结果表明，氟化铯与环己酮具有强络合作用，可以提高羰基的反应活性；碳化钙不但可通过其去质子化作用来提高乙腈的亲核反应活性，还可促进目标产物的形成。在碳化钙和氟化铯的共同作用下，可实现环己烯乙腈的高效合成，而碳化钙则定量转化为乙炔。在100℃和物料比n _氟化铯∶n _碳化钙∶n _环己酮∶n _乙腈=1∶5.7∶10∶35.5条件下常压回流3h，环己酮的转化率和环己烯乙腈的收率分别达97.5%与87.9%，远高于其他合成方法。本研究提供了一种绿色、高效的1-环己烯乙腈合成新方法，对于研究电石作为强碱性物质促进乙腈与其他羰基化合物反应具有重要借鉴意义。