多种廉价非金属资源原位合成O''''-Sialon/SiC 复合材料

对碳热还原氮化合成O'-Sialon/SiC复合材料进行热力学分析,以我国山西大同土、湖南陶土和长江沙等区域性非金属资源为对象,设计技术路线并进行烧结合成.结果表明当温度达1723 K并继续升温时,SiC相含量增加而O'相含量降低;而在1773 K大同土试样中O'相和SiC相的总量达85%以上(碳含量为化学计量时);SEM微观形貌表明具有一定长径比的Sialon柱晶与细小SiC颗粒均匀分布.原位烧结中晶粒生长机制符合金斯特林格动力方程,温度是控制传质的主要因素.     

泡沫碳化硅陶瓷表面原位合成Silicalite-1沸石的研究

采用泡沫碳化硅陶瓷作为载体,在其表面制备沸石分子筛涂层.首先,通过聚氨酯泡沫热解结合可控熔渗反应烧结制备泡沫碳化硅陶瓷. 然后通过原位水热合成法在泡沫碳化硅陶瓷表面制备Silicalite-1沸石涂层. 沸石涂层和泡沫碳化硅载体所组成的复合材料具有独特的微孔/大孔结构,高的比表面积和界面结合强度.这种材料将会在催化、吸附/分离领域有广泛的应用前景.     

硅微粉结合碳化硅材料抗冰晶石侵蚀性能的研究

对于铝电解槽用碳化硅材料而言,抗熔融冰晶石电解液侵蚀性是影响其使用寿命的决定性因素.本文选用硅微粉作为结合剂.CaO-MnO2作为混合矿化剂在135012烧结碳化硅材料,并研究此材料抗冰晶石以及冰晶石和萤石的混合物(冰晶石:萤石=1:1)侵蚀性能.结果表明:硅微粉和复合矿化剂的加入使得烧结温度大大降低;此种材料抗冰晶石和萤石混合物侵蚀的能力好于抗冰晶石侵蚀能力.     

原位合成MoSi2-30%SiC复合材料的高温蠕变行为

研究了含30％SiC（体积分数）的热压原位合成MoSi2基复合材料及对比用的商用MoSi2与SiC混粉热压材料在1200－1400℃的压缩蠕变行为。结果表明，在60－120MPa应力条件下，原位合成复合材料的稳态蠕变速率都可维持在10^-7s^-1量级或更低的水平。高于1300℃原位合成材料的稳态蠕变速率明显低于商用混粉材料的主要原因是MoSi2／SiC相界面为纯粹的原子结合，无SiO2非晶相存在，蠕变机制为位错蠕变，MoSi2基体中的位错类型为＜110＞为＜100＞     

原位反应渗透法制备石墨／AlN涂层材料

采用喷射法在石墨基体表面形成BN薄层，利用Al与BN原位渗透反应并渗入石墨基体，在基体获得AlN涂层来增强石墨的抗腐蚀能力。采用DTA、XRD分析方法，对原位反应过程进行分析，并探索了热处理工艺条件对反应物相结构的影响，确定了的最佳热处理工艺条件。采用SEM分析方法，对喷射工艺参数以及AlN涂层／石墨微观结构进行分析；采用EPMA对合成AlN涂层／石墨进行元素分布分析。结果表明：采用原位合成工艺可获得致密结构的AlN涂层，同时在石墨基体与涂层之间形成致密的结合界面。     

结合相对SiC基复相材料高温氧化行为的影响

利用X-射线衍射仪、扫描电镜和热重分析仪等手段,在1100～1500℃研究了Sialon结合SiC复相材料的高温抗氧化行为。结果表明:随氧化温度升高,由于氧化致密层的形成,试样氧化增重速率降低,出现氧化钝化现象;Sialon结合SiC复相材料高温抗氧化性能优于Si3N4结合SiC复相材料;高温氧化使得SiC质复相材料常温抗压强度比氧化前提高;随氧化温度升高,Sialon结合SiC复相材料的氧化膜表面形成较多气泡和开口空洞,使耐压强度呈下降趋势;Si3N4结合SiC复相材料随氧化温度升高,耐压强度降低,这是由于冷却过程方石英化伴生的网状裂纹密度增大。     

原位合成法在材料制备中的应用及进展

综述了原位制备材料的主要方法、原位合成材料分类、原位形成机制、材料的微观结构特性及其影响因素等,总结了原位合成技术的优缺点,展望了原位合成技术的进一步发展。     

原位反应渗透法制备石墨/AlN涂层材料

采用喷射法在石墨基体表面形成BN薄层,利用Al与BN原位渗透反应并渗入石墨基体,在基体获得AlN涂层来增强石墨的抗腐蚀能力.采用DTA、XRD分析方法,对原位反应过程进行分析,并探索了热处理工艺条件对反应物相结构的影响,确定了的最佳热处理工艺条件.采用SEM分析方法,对喷射工艺参数以及AlN涂层/石墨微观结构进行分析;采用EPMA对合成AlN涂层/石墨进行元素分布分析.结果表明:采用原位合成工艺可获得致密结构的AlN涂层,同时在石墨基体与涂层之间形成致密的结合界面.     

原位合成MoSi2—SiC复合材料的高温强化

采用高温压缩实验研究了不同体积分数SiC含量对原位合成MoSi2-SiC复合材料在1000-1400℃的屈服强度及流变应力的影响,结果表明,与单一MoSi2材料相比,复合材料的高温强度随SiC含量的增加而明显提高,高温屈服强度σy和第二相SiC粒子间距λs服从σy=σ0 kλs^-1/2关系式,结合组织结构的研究结果对其盯间障碍强化的高温强化机制进行了初步探讨。     

原位合成Fe基陶瓷硬质相的研究

通过调节Cr、V元素在Fe-Cr-V-C系合金成分中的组成,以及整个合金体系在焊条药皮中的比例,研究了一种通过手工电弧焊的焊条药皮过渡合金到堆焊层,在堆焊层中原位合成陶瓷硬质相的耐磨焊条。对所配焊条进行手工堆焊,通过硬度和磨损试验得到宏观性能的规律,并利用XRD、EDS和SEM分析了堆焊层的物相组成、组织形态及分布情况。结果表明,堆焊层的力学性能随着铬、钒含量的增加而变化,当铬在焊条药皮中含量为17.4%、钒含量为11.6%时,堆焊层硬度和磨损性能达到最佳值,且有较好的抗裂性。堆焊层中碳化钒的形成数量随V含量的增大而增加,多数呈点状,少数呈十字状、棒状,弥散分布在马氏体+残余奥氏体基体中,与晶界分布的网状(Fe,Cr)7C3耐磨骨架构成复合相,显著提高了堆焊层的耐磨性能。     

反应室沉积TiN/AlN复相陶瓷的研究

采用自蔓延高温合成与等离子喷涂相结合的方法在自制的反应室中沉积了TiN／AlN复相陶瓷。通过XRD、SEM、TEM等手段对复相陶瓷进行了相分析、表面形貌及微观结构分析，结果表明，复相陶瓷主要由TiN和AlN两相组成，但复相陶瓷粒子间的结合较差，没有明显的相界，TEM表明复相陶瓷有类似于羽毛状的形貌。     

AlN和AlN/BN层状复合陶瓷的高温氧化行为

采用循环氧化法对单相AlN和层状AlN/h-BN复合陶瓷在1000及1300℃空气中的氧化动力学曲线进行研究.结果指出,在1000℃时,层状AlN/h-BN复合陶瓷的氧化增量低于单相AlN陶瓷;在1300℃时,其氧化动力学曲线分为缓慢增重、快速氧化增重和抛物线增重3个阶段,由xRD分析及扫描电镜观察发现,在1300℃氧化30 h后,试样已不存在BN相,并且由于界面层BN的氧化挥发而残留有微孔.     

AlN低温烧结助剂的研究现状

介绍了在AlN烧结中,烧结助剂的各类和加入量对AlN陶瓷材料的烧结致密度和热传导系数的影响。通过分析不同烧结助剂对AlN低温烧结（＜1600℃)的影响,认为有效的烧结助剂应该满足以下4个原则：①和AlN颗粒表面Al2O3反应生成的化合物的液化温度应该低于1600℃;②在烧结过程中不要诱发AlN的分解和氧化;③应该能以晶界析出Al2O3化合物的形式降低AlN晶格中的氧;④形成的Al2O3化合物应该有不亚于AlN的导热性,或者该化合物在晶界的含量要足够低。由于单一的烧结助剂无法同时满足以上4个条件,Y2O3－CaO-Li2O复合烧结助剂,极有希望成为高性能的AlN低温烧结的有效助剂。     

反应室沉积TiN／AlN复相陶瓷的研究

采用自蔓延高温合成与等离子喷涂相结合的方法在自制的反应室中沉积了TiN／AlN复相陶瓷。通过 XRD、SEM、TEM等手段对复相陶瓷进行了相分析、表面形貌及微观结构分析,结果表明,复相陶瓷主要由TiN和 AlN两相组成,但复相陶瓷粒子间的结合较差,没有明显的相界,TEM表明复相陶瓷有类似于羽毛状的形貌。     

廉价非金属资源合成环境友好Sialon/SiC复相陶瓷

以大量的固体废弃物金属尾矿和天然的可再生资源黄河泥沙为主要原料,利用炭黑作还原剂,采用碳热还原氮化法合成了Ca-α-Sialon/SiC复相陶瓷粉.用X射线衍射法测定产物相组成及相对含量,研究了合成温度和保温时间对反应过程的影响.结果表明:合成温度对Ca-α-Sialon/SiC陶瓷粉体的合成过程影响显著,随着合成温度升高,产物中Ca-α-Sialon相含量增大,1580 ℃时Ca-α-Sialon相含量达最大.保温时间对产物相组成的影响不十分显著,但较长的保温时间可以使还原氮化反应进行得更充分,保温8 h的试样中Ca-α-Sialon相含量达到了81%.合成过程中SiO的挥发导致试样较大的质量损失,且随着合成温度的升高和保温时间的延长而增大.     

原位生长碳纳米管及其在SiC_f/SiC复合材料中的应用

采用碳纳米管改善纤维与基体间的界面结合,同时利用碳纳米管自身的优异性能对碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiCf/SiC)进行二次增强。通过化学气相沉积工艺(CVD)在SiC纤维编织件内原位生长碳纳米管,优化碳纳米管原位生长过程中的碳源流量、反应温度和反应时间等工艺参数,对碳纳米管的原位生长工艺及机理进行系统分析,并结合先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备CNTs-SiCf/SiC复合材料,探讨原位生长碳纳米管的引入对复合材料力学性能的影响。结果表明,优化后的工艺参数如下:反应温度750℃,C2H2、H2和N2流量比1/1/3,C2H2流量100~150 mL/min,反应时间60 min;碳纳米管的引入使SiCf/SiC复合材料的弯曲强度、弯曲模量和断裂韧性分别提高了16.3%、90.4%和106.3%。     

原位合成高含量TiB2/SiC复合材料的显微组织与性能

以SiC、TiO₂和B₄C为主要原料,采用原位合成法一步烧结制备高含量TiB₂/SiC复合材料,利用维氏硬度计、电子万能试验机、伏安电阻计、金相显微镜和电子扫描电镜,研究TiB₂含量对TiB₂/SiC复合材料力学性能、体积电阻率与显微组织的影响。结果表明：随着TiB₂含量的增加,复合材料的开口气孔率先降低后增加、抗折强度和断裂韧性均先增大后减小、维氏硬度逐渐增加、电阻率先快速下降后趋于稳定、TiB₂颗粒的平均粒径逐渐增大。1950 ℃烧结后,TiB₂含量为40 wt% 的复合材料性能最佳,其开口气孔率、抗折强度、断裂韧性和体积电阻率分别为0.56％、412 MPa、5.77 MPa?m_1/2和2.6×10_-1(Ω?cm)。     

AlN/SiC_w(Y_2O_3SiO_2)复合材料热处理增强机理

利用ＸＲＤ， ＥＰＭＡ 和ＨＲＥＭ 等测试技术对ＡｌＮ／ＳｉＣｗ（Ｙ２Ｏ３ＳｉＯ２） 复合材料热处理增强机理进行了研究。结果表明： 材料在１ ３００ ℃空气中进行热处理， 其氧化处理过程也是其热处理增强过程， 增强机理主要是由于氧化扩散改变了粒界玻璃相的相组成， 粒界玻璃相在高温氧化气氛下和ＡｌＮ颗粒发生作用， 生成ＡｌＮ 多形体２ＨδＳｉａｌｏｎ 相， 并与ＳｉＣ 晶须形成空间交错的结构     

AlN陶瓷自蔓延高温合成

采用自蔓延高温合成工艺,在２０ ～１００ ＭＰａ 高压氮气条件下, 获得氮化完全、致密度接近８０ ％ 的ＡｌＮ 陶瓷。研究了稀释剂含量、氮气压力、毛坯初始空隙率等初始条件对产物转化率和致密度的影响。结果显示, 适量的稀释剂可获得高转化率和相对致密的ＡｌＮ 陶瓷, 稀释剂含量低于４０ ％ 时,由于熔融Ａｌ 团聚, 氮气渗透困难, 反应不完全, 且产物分层; 超过６０ ％ 时, 自蔓延反应不能进行。随着氮气压力增加, 反应转化率提高, 加上气相等静压作用, 有利于提高产物的致密度。当毛坯相对密度ρ０ ＝ ０ ．５９ 时, 可使产物获得较高的致密度, 过大或过小的毛坯相对密度都不利于产物致密度的提高。