爆炸固结法制备MoSi2P/Nb高温复合材料的开发研究

采用爆炸固结法制备MoSi_2P/Nb高温复合材料,并对其微观组织及力学性能进行研究。结果表明:爆炸固结法制备的MoSi_2P/Nb复合材料有三种组织形貌,由外至里逐渐致密,心部能量汇聚产生熔化,出现铸态组织。随λ值的增加,MoSi_2P/Nb复合材料的致密性增加,相对密度高达95.4%。同时,复合材料的压缩强度也随λ值的增加逐渐提高。研究表明:爆炸固结法可用于制备MoSi_2P/Nb高温复合材料。     

碳/碳复合材料MoSi2涂层的防氧化研究

研究了碳/碳复合材料MoSi₂防氧化涂层的性能.结果表明,MoSi₂涂层系统具有1500℃长时间防氧化作用,在1500℃时,带涂层的碳/碳复合材料长时间氧化失重速率稳定在2.43×10-5g/m2·s,242小时的氧化失重为0.57%,该质量损失表现为涂层系统自身蒸发损耗;同时,MoSi₂涂层具有良好的自愈性和抗热震性.     

原位反应法制备Cf/SiC复合材料MoSi2-SiC-Si涂层

以C_f/SiC复合材料为基体, 采用原位反应法制备了MoSi₂-SiC-Si涂层, 借助XRD、扫描电镜及能谱对涂层的结构及组成进行了分析研究, 并考查了其高温抗氧化性能. 结果表明, 涂层总厚度约120μm, 主要由MoSi₂、SiC和Si组成. MoSi₂-SiC-Si涂层具有优异的高温抗氧化性能, 在1500℃静态空气中氧化96h, 涂层试样失重仅1.8%. 涂层试样失重的主要原因是由于氧气通过涂层中的贯穿性裂纹与C_f/SiC复合材料基体发生了反应.     

原始SiC颗粒表面及SiCP/Al复合材料界面化学状态的研究

本文采用X射线光电子谱(XPS)和俄歇能谱技术(AES)对原始SiC颗粒表面和粉末冶金法制备的SiC_P/Al复合材料界面的化学状态进行了研究.结果表明:原始SiC颗粒表面主要存在SiC、SiO₂、游离C、吸附氧、Fe₂O₃等;SiC_P/Al复合材料界面存在Mg偏聚和氧元素.由热力学分析可知,Mg元素能够向界面偏聚,并可能与界面处的氧反应生成MgO.     

纳米SiC晶须和SiC颗粒混合增韧ZrB2陶瓷性能

分别采用纳米SiC晶须(SiC_W)、SiC颗粒(SiC_P)及SiC_W与SiC_P共同增韧ZrB₂陶瓷,在1950℃、20 MPa压力、氩气气氛下热压烧结制备了致密的SiC/ZrB₂陶瓷材料。研究了SiC_W和SiC_P的添加量对于SiC/ZrB₂陶瓷材料的显微结构、力学性能的影响,并分析了SiC_W和SiC_P对ZrB₂陶瓷力学性能影响的协同作用和增韧机制。结果表明：含15 vol% SiC_W 的复合材料的韧性达到8.08 MPa·m1/2,含15 vol% SiC_P的复合材料的韧性达到8.515MPa·m1/2,共同添加15 vol% SiC_W和15 vol%SiC_P的复合材料的韧性最高达到9.03 MPa·m1/2。SiC/ZrB₂复合材料强度和韧性提高的原因在于SiC_W和SiC_P抑制ZrB₂晶粒长大,促进ZrB₂的致密化,此外,SiC_W和SiC_P的协同作用也有助于材料韧性的提高。     

碳/碳复合材料MoSi2/SiC涂层在动态氧化环境下的性能研究

为了考察MoSi₂/SiC防氧化涂层体系在动态氧化环境下的防护能力,对碳/碳复合材料MoSi₂/SiC涂层试样在1100~1500℃下进行了高温燃气高质流冲刷环境下的氧化试验。结果表明,在1100~1500℃的燃气动态环境下,具有稳定的氧化失重速率,氧化失重曲线近似呈直线关系,氧化失重和氧化失重速率均随着氧化温度的升高而降低,表现出该涂层抗高质流冲刷和氧化的能力随温度的升高而提高,在该温度区间内,随着温度的升高,具有更优异的抗氧化和抗高质流冲刷的能力。     

挤压铸造法制备可变形SiCP/Al复合材料的组织与性能

通过在SiC颗粒预制块中加入铝粉的方法制备了颗粒含量可控的SiC颗粒预制块,并用挤压铸造法制备了可变形SiC_P/Al复合材料。通过对颗粒体积含量为25%的SiC_P/Al复合材料进行热挤压变形,研究了挤压变形的可行性及其对复合材料组织与性能的影响规律。实验结果表明,用本文中提出的新工艺制备的25vol%SiC_P/Al复合材料可以成功地进行挤压比为25∶1的热挤压变形,并且热挤压变形可以明显提高复合材料的强度、刚度和塑性。     

C/C复合材料MoSi2-Mo5Si3/SiC涂层的制备及组织结构

采用化学气相反应法和料浆刷涂反应法, 在C/C复合材料表面制备了MoSi₂-Mo₅Si₃/SiC复合涂层, 借助X射线衍射仪、扫描电镜及能谱等分析手段, 对涂层的形成、组织结构进行了研究, 并初步考察了涂层的高温抗氧化性能. 结果表明: 制备的复合涂层厚度为400μm左右, 主要由β-SiC、MoSi₂及少量的Mo₅Si₃组成. 1350℃等温氧化10h后, 复合涂层试样的氧化失重率只有1.21%, 明显低于C/C复合材料SiC单涂层试样, 其高温抗氧化性能得到明显的提高. 因此, 与C/C复合材料SiC单涂层相比, 经封填改性制得的复合涂层结构更致密, 具有良好的高温抗氧化性能.     

SiCP/ZA22 复合材料界面反应层形成机制

通过电镜观察和扫描能谱分析, 发现在SiC_P/ ZA 22复合材料中,SiC 颗粒和ZA 22合金富铝相α-A l 两相界面上存在着层状反应物MgAl₂O₄, 并对其产生条件进行了分析。结果表明: 在该复合材料制备温度范围内满足产生MgAl₂O₄的热力学条件, 反应层厚度符合S = A t 规律, 最终反应物量主要与合金中的M g 含量以及SiC 颗粒表面的SiO₂层厚度有关。     

一种SiC/SixOyCz非连续增强陶瓷基复合材料的制备及性能

以聚硅氧烷类有机硅树脂YR3370(GE toshiba silicones)裂解生成的无定形Si_<em>xO_<em>yC_<em>z陶瓷为基质, 以0.8μm SiC颗粒为非连续增强介质, 制备了一种SiC/Si_<em>xO_<em>yC_<em>z非连续增强陶瓷基复合材料。含SiC颗粒50%的素坯在99.99%N₂气流中于1100~1300℃下保温1h, 所制备的陶瓷基复合材料密度可达2.27g/cm3, 维氏硬度可达741kg/mm2。通过结构模拟和强度计算分析了SiC/Si_<em>xO_<em>yC_<em>z陶瓷基复合材料的力学性能, 其结构特点是连续的无定形Si_<em>xO_<em>yC_<em>z陶瓷基质包围着分散的作为非连续增强介质的SiC颗粒, 基质与增强介质之间具有合理的热匹配, 并且可以改善单一陶瓷材料的脆性。     

原位反应热压烧结SiC/MoSi_2复合材料的力学性能研究

采用原位反应热压烧结工艺成功制备了不同SiC体积分数的SjC/MoSi2复合材料,研究了SiC/MoSi2复合材料的室温抗弯强度、断裂韧性随SiC体积分数变化的规律,分析了SiC/MoSi2复合材料的强韧化机理.结果表明,SiC的加入显著提高了MoSi2基复合材料的室温力学性能,SiC/MoSi2复合材料的抗弯强度和断裂韧性均优于纯MoSi2,并且随着SiC体积分数的增加而增大;SiC/MoSi2复合材料的强化机制主要是弥散强化和细晶强化,韧化机制主要是微裂纹增韧.     

等通道角变形对搅拌铸造SiC_P/AZ91复合材料显微组织与室温性能的影响

采用搅拌铸造法成功制备了SiC_P/Mg(AZ91)复合材料并对铸态复合材料进行了等通道角挤压变形(Equal channel angular pressing,ECAP)。结果表明,搅拌铸造态SiC_P/AZ91复合材料的基体组织致密,颗粒与基体结合良好,没有出现宏观团聚;SiC_P大部分聚集在晶界附近区域并呈"项链状"分布。ECAP变形可以有效地消除铸态SiC_P/AZ91复合材料中的SiC_P"项链状"分布,并且随着ECAP道次的增加,SiC_P分布更加均匀;在ECAP过程中,SiC_P发生了一定断裂但并不明显。SiC_P/AZ91复合材料基体晶粒随着变形道次的提高而逐渐细化。基体晶粒细化以及SiC_P分布均匀化是SiC_P/AZ91复合材料屈服强度和抗拉强度随着道次提升而逐渐增加的主要原因。     

保护气氛下反应烧结MoSi_2/Al_2O_3复合陶瓷

以金属Mo粉、Si粉和Al粉为原料,采用反应烧结法制备MoSi_2/Al_2O_3陶瓷复合材料,有效增强其室温韧性和强度,并揭示其电阻率随烧结温度变化规律。利用XRD和SEM分析不同温度烧结后MoSi_2/Al_2O_3复合材料试样的物相组成和微观结构;研究不同烧结温度下试样的力学和电学性能。结果表明:在氩气保护气氛下1 200℃时,MoSi_2/Al_2O_3陶瓷复合材料的各项性能较好,其显气孔率为20.7%,体积密度为4.8g/cm~3,断裂韧性值为9.72MPa·m1/2,电阻率为6.0×10~(-2)Ω·cm。所制备的MoSi_2/Al_2O_3陶瓷复合材料物相结构主要由Al_2O_3包覆MoSi_2形成的连续包覆相组成,组织结构均匀。烧结温度为1 200℃时,MoSi2导电相由弥散分布变成相互连接的网络状分布,且Al_2O_3包覆MoSi_2导电相的包覆层变薄,包裹的MoSi_2颗粒之间易于突破包覆相而互相连通,有助于降低电阻率。     

SiC-ZrO_2纳米颗粒协同强韧化MOSi_2陶瓷的组织与性能

通过热压烧结制备SiC-ZrO_2/MoSi_2复相陶瓷以及对比试样MoSi_2、ZrO_2/MoSi_2、SiC/MoSi_2陶瓷,利用X射线衍射仪、透射电镜以及力学性能测试仪器等对材料组织和力学性能进行了研究。结果表明:纳米ZrO_2、SiC颗粒的加入可以有效细化MoSi_2基体晶粒,纳米ZrO_2、SiC颗粒协同作用更有利于提高MoSi_2基陶瓷的抗弯强度和断裂韧性,协同相中纳米SiC颗粒细化和强化MoSi_2基体的效果要好于纳米ZrO_2颗粒;20 vol%SiC+10 vol%ZrO_2+MoSi_2复相陶瓷抗弯强度是MoSi_2的3.8倍,断裂韧度是MoSi_2的2.4倍;在复相陶瓷基体以及粒子周围存在不同特征的位错组态,ZrO_2可以依靠自身相变的体积效应向基体泵入或输送位错,钉扎位错的第二相粒子包括SiC粒子和未相变的ZrO_2小粒子,弥散相特别是晶内型SiC和ZrO_2粒子对复相陶瓷位错的钉扎作用明显。     

Microstructure and Mechanical Properties of Si_3N_4 Composites Containing SiC Platelet

Hoppressed Si3N4/SiC platelet composites had been investigated with respect to their microstructure and mechanical properties. The results indicate that Vickers hardness, elastic modulus and fracture toughness of the composites were increased by the addition of SiC platelet until the content up to 20 vol pct. A slight decrease in flexural Strength was measured at room temperature with increasing SiC platelet content. The high temperature flexural strength tests at 1150, 1250, and 1350℃ were conducted. It was found that the flexural strength at elevated temperature was degraded with the rising temperature, and the downward trend of flexural strength for the composite containing 10 vol. pct SiC platelet was less. The results indicate that SiC platelet had a positive influence on the high temperature strength. Effects of SiC platelet reinforcement were presented     

TiC颗粒增韧MoSi2基复合材料的力学性能

通过湿法混合和热压法制备了不同体积百分比的TiCp-MoSi2复合材料,研究了TiC颗粒对MoSi2基体材料显微结构和力学性能的影响。实验结果表明,在MoSi2基体中加入TiC颗粒,细化了基体的晶粒,改善了其力学性能。与纯MoSi2相比,含40vol% TiC颗粒的复合材料的室温抗弯强度提高了65％,含20vol%TiCp的复合材料的室温断裂韧性提高了53％,而且TiC颗粒的加入大大提高了MoSi2的高温承载能力,随TiC颗粒含量的增加,复合材料的高温抗弯强度大为增加。     

碳化硅晶须补强氧化铝复合材料的制备及其力学性能

本论文利用商用γ-Al₂O₃粉体和上海硅酸盐所制备的碳化硅晶须,通过热压工艺来制备碳化硅晶须补强氧化铝复合材料．当晶须含量为30vol％时,室温下复合材料的抗弯强度为812±38MPa,断裂韧性为8．8±0．1MPa·m^1／2;在1200℃、Ar气氛下,分别为560±61MPa和6．1±0．4MPam^1／2．在氮气氛下,由于晶须的损伤易导致材料的力学性能下降．添加剂可降低复合材料的烧结温度,但不利于其力学性能．显微结构观察发现,不同温度下,AS复合材料的增韧机理有变化．     

SiC_P表面镀Ti改性对SiC_P/Al2014复合材料组织及力学性能的影响

采用盐浴镀的方法对SiC_P进行表面镀Ti处理,并通过搅拌铸造的方法制备了表面镀Ti改性SiC_P/Al2014复合材料。研究了镀Ti SiC_P的尺寸和体积分数对SiC_P/Al2014复合材料微观组织和力学性能的影响规律。结果表明:表面镀Ti处理能有效改善SiC_P在Al基体中的分散均匀性;但随着SiC_P体积分数提高,相同尺寸的镀Ti SiC_P在Al基体分散均匀性逐渐变差,当SiC_P体积分数相同时,其在Al基体中的分散均匀性随着SiC_P尺寸的增加逐渐变好。SiC_P尺寸相同时,SiC_P/Al2014复合材料的常温拉伸强度随颗粒体积分数的增加先增大后减小,SiC_P尺寸为5μm和10μm的SiC_P/Al2014复合材料抗拉强度在颗粒的体积分数为4%时达到最高,分别为524MPa和536MPa;SiC_P/Al2014复合材料的高温(493K)抗拉强度随着SiCp体积分数增加而增大,SiC_P尺寸为5μm和10μm的SiC_P/Al2014复合材料抗拉强度在颗粒体积分数为6%时达到最高,分别为308 MPa和320 MPa。     

烧结温度对Cf/SiC复合材料结构及性能的影响

以碳纤维为增强体, 热压烧结制备了C_f/SiC复合材料, 研究了烧结温度对C_f/SiC复合材料密度、结构及性能的影响. 研究发现: 提高烧结温度能够促进C_f/SiC复合材料的致密度; 当烧结温度低于1850℃时, 升高烧结温度, 复合材料的强度和断裂韧性也随之提高. 当烧结温度为1850℃时, 复合材料的性能最优, 弯曲强度达500.1MPa, 断裂韧性为16.9MPa·m ^1/2. 当烧结温度达到1880℃时, 复合材料性能反而下降.