SiC/SiC复合材料制备技术研究进展

SiC/SiC复合材料具有耐高温、低密度、抗氧化、抗热震、耐烧蚀等特性,被广泛地应用于航空、航天、能源、交通等领域。简单介绍了SiC陶瓷、SiC/SiC复合材料,并综述了前驱体浸渍热解技术(PIP)、化学气相渗透技术(CVI)、浆料浸渗-热压技术(SI-HP)和反应性熔体浸渗技术(RMI)制备SiC/SiC复合材料的研究进展。     

消失模法铸渗表面合金层组织研究

利用消失模铸造法制备了表面耐磨合金材料,并研究了其组织与性能.结果表明铸渗合金层由表向内,碳化物类型由M7C3型向M3C型转变,硬度逐渐降低,碳化物含量逐渐减少;热处理后,碳化物含量和材料硬度增加,但铸渗层由外向里碳化物含量与硬度逐渐降低及碳化物由M7C3型向M3C型转变这一趋势不变.     

CVI法制备SiCp/SiC复合材料的力学性能研究

对用CVI法制备的SiCp/SiC复合材料的力学性能进行研究。研究表明:材料表现出脆性断裂的破坏失效特征;SiCp/SiC复合材料内部颗粒间、团聚体之间残留的微孔和孔隙等薄弱环节使材料的强度降低;复合材料基体和增强相之间有一层由树脂热解而产生的玻璃碳,造成界面的弱结合,使材料强度不高。     

钢/锌基合金复合的界面行为

通过钢丝热浸锌合金后再与锌基合金复合 ,制得钢 /锌基合金复合材料。借助扫描电镜、显微硬度分析了复合材料界面结构及力学性能。结果表明 :钢丝热浸锌合金促进了钢与锌合金的浸润 ,过渡层与基体组织之间有较好的连续性 ,形成强界面结合。     

SiC_f/LAS玻璃陶瓷基复合材料的界面

:详细评述了SiCfLAS玻璃陶瓷基复合材料的界面。该界面是在热压过程中形成的,由富碳层或富碳层和碳化物层构成,这些界面层的存在导致了界面的弱结合。界面具有很好的热相容性。在惰性气氛或还原性气氛中,界面具有很好的热稳定性。在高温氧化性气氛中,界面层很快因氧化而消失,导致纤维与基体间的强结合,使材料发生脆断。     

Fe/SiC金属基复合材料的研究

研究了一种新型的Fe/SiC金属基复合材料的界面反应和烧结机理 ,并分析了工艺过程及参数对材料性能的影响。结果表明 ,在 1 0 50℃左右烧结时能有效控制界面反应 ;界面反应及材料的烧结以固相扩散为主 ;碳化硅粒子表面涂覆金属镀层及基体合金化既能有效改善界面结合又能提高材料的力学性能 ,尤其是耐磨性的提高最为显著。     

无压浸渗法制备高体积含量的铝基复合材料

试验采用对SiCp表面预氧化后镀镍处理,将颗粒大小为28、43、74μm,质量之比为2∶3∶5的SiCp和有机胶PVA混合后,用液压机制成Φ(100±1)mm、厚10mm、相对密度为68%的预制件,将预制件置于N2气氛的箱式电阻炉中850℃浸渗2h制成SiCp增强的铝基复合材料。试验结果表明,SiCp表面镀镍后明显地改善了铝合金对其的润湿性能,促使浸渗过程快速进行。显微组织观察表明,复合材料中SiC颗粒在基体合金中分布均匀,并与基体合金界面结合良好,无孔洞。     

SiC/ZL111复合材料研究

主要研究了SiC/ZL111复合材料的流变铸造工艺、热挤压和热处理工艺与组织和性能的关系。试验表明,采用流变铸造法制取的SiC颗粒与ZL111铝合金组成的SiC/ZL111复合材料,经热挤压和热处理进行强化后,其抗拉强度较原ZL111合金提高20％,延伸率提高1.5倍,耐磨性(失重法)提高50％。     

2D C/SiC复合材料烧蚀性能分析

采用氧-乙炔烧蚀试验研究了2DC/SiC复合材料的烧蚀性能,并对2DC/SiC复合材料在氧-乙炔焰流烧蚀条件下的烧蚀机理和烧蚀物理模型进行了初步探讨。结果表明,密度对材料的烧蚀性能有显著的影响,随着密度的增加,材料的线烧蚀率呈下降的趋势,当密度提高3.4%时,材料的线烧蚀率下降65%。同时,C/SiC复合材料在氧-乙炔条件下的烧蚀机制是热氧化烧蚀、热物理烧蚀和机械冲刷的综合作用。     

常压烧结制备Al2O3/SiC纳米复合陶瓷及其显微结构的研究

以微米SiC颗粒和工业氧化铝为原料,采用机械混合法制备Al2O3/SiC复合粉末。将复合粉末煅烧、成型,在1 600℃,2h烧结可制备出Al2O3/SiC纳米复合陶瓷。通过XRD、DSC-TG、SEM和TEM等分析了煅烧和烧结过程中相组成的变化,烧成收缩和微观结构,结果表明:在氧化铝基体中添加80%(质量分数)平均粒径为5μm的SiC粒子,复合粉末经700℃煅烧后再成型,试样于1 600℃烧结,其相对体积质量可达93.8％。SiC粒子主要被包裹在Al2O3晶内形成“晶内型”纳米复合陶瓷。在烧结过程中由SiC氧化形成的SiO2包裹层与基质氧化铝反应形成的无定形莫来石前躯体可大大促进烧结;SiC埋料氧化形成的外壳可有效阻止烧结体内SiC的进一步氧化。     

碳涂层对SiC纤维增强钛基复合材料界面显微结构及性能的影响

研究涂碳的SiC(C)/Ti-6Al-4V和无涂碳的SiC/Ti-6Al-4V材料的界面结构以及结合强度。结果表明:碳涂层阻止了径向纤维间的相互作用,该涂层界面反应物只是TiC,这些产物包含邻近碳涂层生成的细小晶粒和邻近金属基体生成的粗大晶粒;在无涂碳界面上,相邻纤维一侧产生的是TiC薄层,毗邻金属基体产生的是TiC和Ti5Si3晶粒组成的厚混合物,晶粒的大小从纤维到基体逐渐增大。涂炭和无涂碳复合材料的界面结合强度分别是(118.2±4.24),(230±6.28)MPa,证明碳涂层在纤维和基体之间提供了一个弱结合界面。涂碳纤维复合材料的界面结合发生在涂碳层和反应层之间,而无涂碳发生在纤维和反应层之间。     

熔渗法制备Ti_3SiC_2陶瓷中硅的熔渗时间研究

以Ti/TiC/Si粉末为原料,采用液态熔渗硅方法制备出高纯的Ti3SiC2材料,并且从理论上推导液态熔渗硅方法制备Ti3SiC2陶瓷材料时熔渗时间与预制骨架高度之间的关系式,并通过熔渗实验进一步验证该关系式的可靠性。研究表明,熔渗时间随熔渗高度与熔渗温度的改变而变化。在保证毛细管力的前提下,毛细管半径越大,熔渗速度越快,熔渗时间越短。     

Si3N4/Al-Mg复合材料的无压浸渗制备技术

用β-Si3N4纳米颗粒浆料浸渍多孔聚合物材料,通过加热烧蚀掉聚合物,制备出三维空间连续网络结构预制块体,再通过无压浸渗将已熔炼好的铝液浸渗到预制体中,成功制备出陶瓷与金属相互贯穿的Si3N4/Al金属基复合材料。利用座滴定法测试了Al在Si3N4基片上的润湿角,分析了润湿角与浸渗温度的关系。适量镁元素的存在,在Si3N4/Al界面发生微化学放热反应,降低了表面张力,使润湿角大大减小,从而促进了自发浸渗的进行。     

热压烧结C_p/SiC复合材料的低温氧化行为研究

采用热压烧结技术成功制备Cp/SiC基复合材料,并对其进行短时间低温氧化行为研究。针对不同碳粉含量的Cp/SiC复合材料,分析氧化处理过程对其相组成、氧化层结构以及质量损失行为的影响。研究结果表明,随着碳粉含量增加,氧化层表面的孔洞尺寸和深度均呈现出增加的趋势。氧化层与碳化硅基体的分界清晰,无过渡区,不能形成致密氧化层,反应氧化层厚度也逐渐增加。添加碳粉不利于SiC基复合材料的抗氧化性的改善。     

SiC/Zr基非晶复合材料的动态断裂特性研究

利用Hopkinson压杆冲击加载装置和扫描电子显微镜(SEM),对SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料圆柱形试样进行了相关的应力-应变响应和动态断裂特征及断口形貌的研究。结果表明:SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料的动态压缩强度随冲击压力的增大而递增,当冲击压力为0.6 MPa时,复合材料的动态压缩强度为855 MPa;断裂表面呈现典型的结晶状断口,断裂模式为脆性断裂和劈裂混合破坏模式;非晶基体在动态压缩条件下出现了显著的热软化和熔化特征。     

CVI法制备SiCp/SiC复合材料的氧化性能研究

对用CVI法制备的SiCp/SiC复合材料的氧化性能进行了研究。材料含有的气孔和破坏氧化膜连续性的杂质元素,为氧气扩散提供通道;氧化过程中形成的气孔,导致了新的自由表面的暴露和空气扩散通道,进而加剧氧化。在材料的高温氧化过程中,SiC的氧化生成SiO2膜导致试样质量增加,玻璃碳界面层的氧化生成CO的逸出导致试样质量损失。最后的质量变化是这两种综合作用的结果。在高温氧化过程中,材料的空隙增多,应力集中加强,界面层被破坏使SiCp/SiC复合材料的强度下降。     

熔渗烧结制备Ti_3SiC_2反应机理的研究

以Ti/Si/C粉末和Ti/Si/TiC粉末为原料,采用液态熔渗硅方法制备出纯度较高的Ti3SiC2材料,Ti3SiC2的相对质量分数分别达到91.2%和92.3%。研究表明,熔渗烧结制备Ti3SiC2的反应过程为:温度在1 300℃以上,且未发生熔渗时,试样中单质Ti的含量高于Si的含量,在Ti的富集区优先生成Ti5Si3,随着温度的升高,少部分Ti5Si3和β-Ti先熔合形成Ti-Si液相;在1 500℃时,随着液态Si的渗入及流动扩散,液态Si和剩余的Ti5Si3形成大量Ti-Si液相,将试样中的TiC包覆,通过液相反应生成大量的Ti3SiC2。