炭/炭复合材料MoSi_2/SiC高温抗氧化复合涂层的制备及其结构

采用两段式包埋法工艺可制得涂层结构合理的复合梯度涂层,从里到外涂层结构为:S iC过渡层→S iC致密层→M oS i2/S iC双相层→以M oS i2为主的外层。随着制备工艺中高温阶段保温时间的延长,涂层表面以M oS i2为主的薄层越连续。涂层与基体的结合以化学结合为主,并有机械结合,结合强度高。用正硅酸四乙酯对涂层表面进行封闭处理,凝胶形成的S iO2可充填涂层表面裂纹并覆盖在涂层表面。在1 500℃高温空气中氧化,未封闭处理的涂层试样表现为氧化失重,封闭处理后的试样氧化增重。

添加Al对MSI制备C/C-SiC复合材料组织和力学性能的影响

以聚丙烯腈(PAN)基炭纤维(Cf)针刺整体毡为预制体,用化学气相渗透(CVI)法制备炭纤维增强炭基体(C/C)的多孔坯体,采用熔融渗硅(MSI)法制备C/C-SiC复合材料,研究了渗剂中添加Al对复合材料组织结构和力学性能的影响。结果表明:C/C坯体反应溶渗硅后复合材料的物相组成为SiC相、C相及残留Si相。随着渗剂中Al量的增加,材料组成相中的Al相也增加而其它相减少;SiC主要分布在炭纤维周围,残留Si相分布在远离炭纤维处,而此处几乎不含Al;当渗剂中Al量由0增加到10%时,复合材料的抗弯强度由116.7 MPa增加到175.4 MPa,提高了50.3%,断裂韧性由5.8 MPa.m1/2增加到8.6 MPa.m1/2,提高了48.2%。Al相的存在使复合材料基体出现韧性断裂的特征。

C/C-Cu复合材料的组织和摩擦磨损性能

以炭纤维针刺整体毡为预制体,用化学气相渗透(CVI)、浸渍/炭化(I/C)的方法制备密度和基体炭不同的C/C多孔坯体,采用真空熔渗将熔融Cu渗入到C/C坯体中制备C/C-Cu复合材料,利用X射线衍射、金相显微镜和扫描电镜分析复合材料的组织结构,研究复合材料的摩擦磨损性能。结果表明:Cu成功地渗入C/C坯体中,并填充了坯体的孔洞和炭纤维之间的孔隙,复合材料的主要相为Cu、C及少量的TiC相,当渗剂中Ti的质量分数达到15%时,出现微量的Cu和Ti的金属化合物相;复合材料的摩擦因数随着摩擦时间的增加而逐渐增加并趋于稳定。渗剂相同时,摩擦因数和体积磨损量随着材料密度增加而增加;坯体相同时,随着渗剂中Ti含量增加,摩擦因数增加,体积磨损减小。随着外加载荷的增加,摩擦因数和体积磨损先增后减,80 N载荷时均达到最大值;与J204电刷对比,同样条件下,两者摩擦因数接近,但C/C-Cu复合材料的体积磨损量远远小于J204电刷的。

熔渗法制备C/C-Cu复合材料的力学性能

以炭纤维(Cf)针刺整体毡为预制体,分别采用化学气相渗透(Chemical vapor deposition,CVI)和浸渍炭化(Impregnation and carbonization,I/C)制备不同密度和基体炭的C/C坯体;通过添加Ti元素改善熔融Cu与C/C坯体的润湿性。采用真空熔渗法制备C/C-Cu复合材料。对复合材料的力学性能及其与坯体之间的关系进行研究,并与常用滑板材料的力学性能进行比较。结果表明:随着坯体密度的增加,复合材料的抗弯强度下降,而坯体密度为1.4 g/cm3的复合材料的冲击韧性达到最大值。与用I/C坯体制备的复合材料相比,用CVI坯体制备的复合材料具有更高的强度和韧性,其弯曲曲线呈"假塑性"断裂特征,断裂时纤维从热解炭层或熔渗金属相中拔出,熔渗金属相呈"韧窝状"的塑性断裂形貌。冲击断裂时,复合材料倾向于沿TiC/熔渗金属界面断裂。C/C-Cu复合材料的抗弯强度为180～300 MPa、冲击韧性高于3.5 J/cm2,优于常用滑动电接触材料的性能,是一种极具潜力的新型滑动电接触材料。

炭/炭复合材料高温抗氧化MoSi_2/SiC复合涂层及其抗氧化特性

采用两段式包埋法和封闭处理的复合新工艺制得抗氧化性优良的MoSi2/SiC复合梯度C/C复合材料高温抗氧化涂层。涂层由内至外结构为:SiC过渡层→SiC致密层→MoSi2/SiC双相层→以MoSi2为主的外层。对未封闭处理的涂层,制备过程中高温保温时间长的氧化失重少,1200℃、1300℃空气中氧化失重比1400℃、1500℃氧化失重大。用正硅酸四乙酯对涂层表面进行封闭处理,凝胶形成的SiO2可充填涂层表面裂纹并覆盖在涂层表面。在1500℃空气中氧化一定时间后,未封闭处理的涂层试样表现为氧化失重;封闭处理后的试样为氧化增重,氧化52 h仍然只有1.28%的增重,封闭处理使涂层的抗氧化性能明显改善。

C/C-Cu复合材料的烧蚀性能及烧蚀机理

采用真空熔渗技术制备新型C/C-Cu复合材料。采用氧-乙炔焰测试不同时间下C/C-Cu复合材料的抗烧蚀性能,利用XRD、SEM分析材料烧蚀后的物相组成及组织形貌,对C/C-Cu复合材料的烧蚀机理进行研究。结果表明:烧蚀时间对材料的烧蚀率有显著影响,随着时间的延长,材料的质量烧蚀率和线烧蚀率均呈上升趋势;烧蚀后复合材料表面生成氧化物相TiO2和Cu2O,原来的TiC相被TiO2相替代;C/C-Cu复合材料的烧蚀性能优于C/C复合材料的烧蚀性能;C/C-Cu复合材料的氧-乙炔焰烧蚀机制为热氧化烧蚀、热物理烧蚀(升华)和机械冲刷的综合作用。

C/C坯体对RMI C/C-SiC复合材料组织的影响

以PAN基炭纤维(Cf)针刺整体毡为预制体,用化学气相渗透(CVI)、浸渍炭化(IC)方法制备了不同炭纤维增强炭基体的多孔C/C坯体,采用反应熔渗(RMI)法制备C/C-SiC复合材料,研究了渗Si前后坯体的密度和组织结构。结果表明:不同C/C坯体反应溶渗硅后复合材料的物相组成为SiC相、C相及单质Si相;密度低的坯体熔融渗硅后密度增加较多;密度的增加与开口孔隙度并不是单调增加的关系,IC处理的坯体开口孔隙度低,但渗硅后复合材料的密度增加较多;IC坯体中分布分散的树脂C易与熔渗Si反应,CVI坯体中的热解C仅表层与熔渗Si反应,在Cf和SiC之间有热解C存在;坯体密度相同时,IC处理的坯体中SiC量较多,单质Si相含量少且分散较好,而CVI坯体中SiC量较少,单质Si相的量较多;制备方法相同时,高密度的C/C坯体,渗硅后C相较多。

不同载荷和对偶下C/C-Cu复合材料的摩擦磨损性能

以炭纤维针刺整体毡为预制体,用化学气相渗透(CVI)、浸渍/炭化(I/C)的方法制备密度和基体炭不同的C/C多孔坯体,采用真空熔渗将铜合金液渗入C/C坯体中制备C/C-Cu复合材料,研究试验条件对复合材料摩擦磨损性能影响。研究结果表明:随着时间的延长,C/C-Cu复合材料摩擦因数趋于稳定;随着载荷的增加,摩擦因数和体积磨损先增后减,当载荷为80 N时达到最大值;试样摩擦因数和体积磨损与对偶件有关,当采用硬度较高的40Cr钢为对偶件时,试样摩擦因数随着时间的延长而增加并趋于稳定,且磨损量最大;当采用硬度低的黄铜和紫铜为对偶件时,试样摩擦因数随着时间变化不大,与紫铜对偶时的磨损量最小;C/C-Cu复合材料的磨损机制主要为磨料磨损、粘着磨损,采用40Cr钢作对偶时氧化磨损加大。

炭／炭复合材料密封性能的研究

以聚丙稀腈基炭纤维针刺整体毡为预制体,用不同方法制备三种基体的炭／炭复合材料,采用树脂浸渍-固化或化学气相沉积工艺进行表面封孔处理后并对其组织和密封性能进行了研究。结果表明:炭／炭复合材料的静压泄漏与材料表面封孔方式、材料的密度以及密封介质的压力有关。封孔方式起主要作用,高密度炭／炭复合材料二次及以上的树脂浸渍-固化可以实现静压零泄漏;材料的密度高、密封介质压力小则静压泄漏小;而运转泄漏还与基体炭有关,基体为树脂炭的材料、表面封孔致密、密度高的材料端面泄漏小;5 h运转试验后,化学气相沉积封孔处理树脂炭基体的炭／炭复合材料磨损量最大,为0．002 5 mm。

基体炭对反应熔渗法制备的C/C-SiC复合材料性能的影响

以炭纤维针刺整体毡为预制体,分别采用化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)法、浸渍炭化(Impregnation and carbonization,I/C)法以及CVI与I/C相结合(CVI&I/C)的方法制备C/C坯体,坯体中的基体炭分别为热解炭,树脂炭,热解炭和树脂炭共存体,再通过反应熔渗硅(Reactive molten infiltration,RMI)获得C/C-SiC复合材料,对该材料的组织结构、力学性能和抗氧化性能进行研究。结果表明:C/C-SiC复合材料的相组成为SiC、C及残留Si相。I/C增密坯体的树脂炭更易与Si反应,因而形成的SiC量较多,CVI增密的坯体渗Si后SiC量较少而残留Si的量较多,材料的强度和韧性最低,分别为122.7 MPa和3.9 MPa.m1/2,但在1 200℃时其氧化性能优于用I/C增密的C/C坯体制备的材料的抗氧化性能。用CVI&I/C方法制备的C/C坯体,渗硅后的抗弯强度和断裂韧性最高,分别达到174.5 MPa和5.2 MPa.m1/2。

W6Mo5Cr4V2钢形变热处理组织的电镜分析

利用透射电子显微技术研究了W6Mo5Cr4V2钢在750～1150℃温度范围内等温形变0～65％后直接淬火或270℃等温淬火的显微组织。结果表明:形变诱发了MC型碳化物,且析出碳化物的分布和形态与形变参数有关;MC与母相奥氏体的取向关系为三基矢分别平行,且MC的析出不影响随后相变产物的形貌;马氏体和贝氏体铁素体的惯习面为{111},它们与奥氏体、MC间有这样的关系:(111)_(MC)∥(111)_γ,∥(O11)_α;[110]_(MC)∥[110]_γ∥[111]_α。此外,还有另外一种取向关系,此时(200)_(MC)与(111)_α。晶面共格。

纤维类型和涂层对纤维增强MoSi_2复合材料弯曲性能的影响

以短切碳纤维(Cf)和碳化硅纤维(SiCf)为增强相,并用化学气相渗透法对部分纤维进行炭涂层处理,采用热压法制备了4种纤维增强MoSi2基复合材料(SiCfMoSi2、SiCf/C MoSi2、CfMoSi2和Cf/C MoSi2),研究了纤维类型及表面炭涂层对MoSi2基复合材料弯曲性能的影响。结果表明:纤维的加入明显提高了MoSi2的抗弯强度,加入5%SiCf和5%Cf的复合材料的强度比纯MoSi2分别提高了9.0%和22.8%,Cf增强作用明显优于SiCf;纤维类型相同时,具有炭涂层的纤维增强效果更显著,5%Cf/C-MoSi2复合材料的强度最高,达到了364.7MPa,比纯MoSi2的强度提高了30%;扫描电镜分析表明,无炭涂层的SiCf与MoSi2基体间存在着明显的裂缝,炭涂层改变了纤维与基体的界面结合;有涂层纤维的断裂机制为首先脱粘然后拔出。

W6Mo5Cr4V2钢形变诱发析出碳化物及规律

对W6Mo5Cr4V2钢经1240℃奥氏体化后于750～1150℃形变0～65%并直接淬火过程中诱发析出的碳化物进行了研究。结果表明,在750～1150℃热形变淬火过程中均诱发析出了直径约1～2μm、具有立方NaCl晶型的Mc型碳化物;碳化物的分布与形变温度有关,高温形变呈随机分布,而低温下则趋于沿F111G_γ滑移面析出呈方向性分布;碳化物的析出量主要由形变温度和该形变温度下热变形奥氏体的组织状态决定。

短纤维增强C-SiC复合材料的制备和性能

将T700或Nicalon-SiC短纤维、碳粉、硅粉和少量碳化硅粉混合,在1900℃热压烧结制备短纤维增强C-SiC复合材料,并对其组织、结构及性能进行了研究。结果表明:SiCf／C-SiC的相对密度和室温强度分别为95.3％和24.38MPa,均高于Cf／C-SiC的相对密度和室温强度,热压烧结过程中Cf的损伤严重。短纤雄增强C-SiC复合材料中,由于C相和SiC相的同时存在,在同一温度下的氧化行为表现为在氧化初期氧化质量损失率较大,C相的氧化起主要作用;随氧化时间的增长,氧化质量损失率逐渐减小;在氧化后期则质量增加,SiC相的惰性氧化起主要作用。SiCf／C-SiC复合材料的抗氧化性能优于Cf／C-SiC复合材料的抗氧化性能。SiCf／C-SiC复合材料在温度为1100℃～1400℃时,温度越高,氧化质量损失率越小,抗氧化性能越强。

高速钢形变等温淬火的力学性能及其强韧化机理

对Ｗ６Ｍｏ５Ｃｒ４Ｖ２钢奥氏体化后，在１１５０℃～７５０℃以１．５×１０－２／ｓ的形变速率等温形变０％～６５％，并对２７０℃等温淬火、５６０℃回火后组织与性能进行了研究。结果表明：形变使等温淬火、回火组织的硬度、强度和冲击韧度均有所提高，１０５０℃形变１５％～２０％具有最佳强韧性配合。并根据力学性能与组织变化的关系，提出了组织细化强韧化、位错强化、碳化物沉淀强化和锯齿状晶界韧化的强韧化机理，其中锯齿状晶界韧化对最佳强韧性配合起着关键作用。

高速钢热变形组织的研究

对W6Mo5Cr4V2高速钢奥氏体化后以1．5×10－2／s的形变速率在1150℃～750℃等温形变后的热变形组织进行了研究。实验结果表明．渡钢在1050℃或更高温度形变时才发生动态再结晶，且形变温度越高，发生再结晶所需的形变量越小．而在950℃或更低温度下形变仅发生动态回复。热形变诱发析出了NaCl晶型的MC型碳化物。由于热变形和碳化物的诱发析出．使得形变后的淬火组织中的位错亚结构增多。

热压反应烧结制备短纤维增强C-SiC复合材料的组织和性能

将T700短切炭纤维（Cf）或Nicalon-SiC短纤维（SiCf）、C粉、Si粉和少量SiC粉混合，在1900℃热压烧结制备短纤维增强C-SiC复合材料，并对复合材料的物相、组织结构、抗弯强度和抗氧化性能进行了研究。结果表明：SiCf／C-SiC的相对密度和室温抗弯强度分别为95．3％和343．8MPa，均高于Cf／C-SiCf热压烧结过程中Cf损伤严重。复合材料在1300℃氧化行为表现为在氧化初期氧化失重较大，随氧化时间的增长，氧化失重率逐渐减小；在氧化后期则为氧化增重。SiCf／C-SiC复合材料在1100～1400℃间的氧化规律基本相似，且温度越高，氧化失重率越小，抗氧化性能越好。SiCf／C-SiC复合材料的抗氧化性能优于Cf／C-SiC复合材料。

粉体材料科学与工程专业实践教学的改革

根据粉体材料科学与工程专业的特点和人才培养目标,论述了实践教学对工程型人才培养的重要作用,阐述了该专业采取的一系列实践教学改革措施和在提高学生综合实践能力、创新能力等方面取得的效果。

两种C/C复合材料在强酸强碱中的腐蚀行为

研究了分别由化学气相渗透(CVI)法、化学气相渗透和浸渍/炭化(CVI+I/C)混合法制备的两种C/C复合材料在室温王水、100℃30%HNO3、室温30%HNO3和100℃40%NaOH溶液腐蚀介质中的腐蚀行为。试验结果表明,C/C复合材料在室温王水中腐蚀最严重,CVI+I/C试样腐蚀108 h后的失重为18.2μg/cm2,而在100℃40%NaOH溶液中腐蚀最轻,CVI试样腐蚀80 h后的失重仅为0.8μg/cm2;在同种腐蚀介质中,树脂炭比热解炭优先腐蚀,腐蚀速度也较快;在室温王水和100℃30%HNO3溶液中分别腐蚀后,树脂炭不再是连续体,变成许多小块,热解炭与纤维分离;在室温30%HNO3溶液中腐蚀后,树脂炭的连续性也遭到破坏,热解炭层与纤维也有部分分离现象,热解炭层之间出现腐蚀坑;在100℃40%NaOH溶液中腐蚀后,树脂炭和热解炭基本看不到被腐蚀的痕迹。

提高《金属学原理》教学效果的方法探索

根据学生学习课程的阶段性和《金属学原理》课程的特点,将课程内容分为三大板块合理安排讲授次序,并辅以灵活多样的教学方式及改革实验教学内容,提高教学效果。