SiC晶须及原位增强Si_3N_4基复合材料的断裂过程

探讨了ＳｉＣ晶须增强和β－ｓｉａｌｏｎ细长晶粒原位增强Ｓｉ３Ｎ４基复合材料的断裂过程．２种材料的试验结果都显示出明显的二级增韧行为：一级增韧过程，断裂阻抗ＫＲ随微小的裂纹扩展而急剧增大，在裂纹扩展到大约０．２５ｍｍ时达到饱和；二级增韧过程，ＫＲ缓慢增长，一直持续到裂纹扩展达到１ｍｍ（原位增强）和１．８ｍｍ（晶须增强）．观察和分析表明：二级增韧行为的发生，本质上起因于裂纹尖端后方桥接晶须和细长晶粒与基体之间界面的后续解离，这些增强相与裂纹面法线之间方位角的存在是诱发后续解离的支配性原因．

颗粒增强铝基复合材料滑动摩擦行为的载荷依赖性

用盘一块式摩擦试验机,在30 m/s的滑动速度和0.1～0.8 MPa的法向载荷(压强)范围,研究了SiC颗粒增强6061铝合金对碳基材料滑动摩擦行为的载荷依赖性。观察并分析了法向压强对动摩擦因数的随机波动行为、摩擦初期的过渡行为及摩擦面状态的影响。重点讨论了相对稳定期动摩擦因数的平均值μAV、标准偏差σ以及过渡期时间t*和初始值μ0对法向压强pn的变化规律。结果表明,随pn值增大,t*线性减小,μ0基本不变,而μAV非单调变化(在大约pn<0.25 MPa的范围内急剧增大,大于这个压强则缓慢减小),σ的变化趋向与μAV类似。

陶瓷基体中不连续细长相的增韧机制与方位角效应

对不连续细长相在陶瓷基体中的增韧机制及其方位角效应进行了实验观察。在此基础上，建立了裂纹面桥联机制与细长相方位角之间关系的分析模型。结果表明：裂纹尖端后方裂纹面桥联作用主要受细长相架桥、细长相拔出和细长相根部基体破坏三种机制的支配；拔出机制只有当细长相轴向与裂纹面法线方向的夹角足够小时才可能发生；对于中等大小的夹角，架桥作用可以持续到细长相破断；当夹角足够大时，细长相根部基体发生破坏。

Ti_3SiC_2材料在受电弓滑板中的应用研究

为解决电气化铁路提速带来的机车受电弓滑板材料问题,介绍了近年来开发的Ti3SiC2新型材料。针对滑板材料的基本使用要求,对Ti3SiC2材料的综合性能与正在使用或开发的碳基、铜基及铁基材料进行了全面比较,并对Ti3SiC2材料的制备方法、微观结构、自润滑机理和导电机理做了简要说明。研究结果表明,Ti3SiC2材料的强度、电阻率和自润滑性等关键性能指标明显优于碳基材料和国内外使用的其他受电弓滑板材料,特别是耐高温性、抗氧化性及可加工性,后者不能与之相比。通过进一步的技术转化,将Ti3SiC2材料成功用于制作高速电力机车的受电弓滑板是可以期待的。

SiC颗粒增强6061铝合金滑动磨损的周期性与随机性

采用自制盘 -块式高速摩擦试验机研究了SiC颗粒增强 6 0 6 1铝合金试盘同颗粒增强橡胶试块对摩时的滑动磨损行为 ,在滑动速度为 2 0m/s和 40m/s条件下 ,通过持续试验、间歇试验和重复试验 ,考察了试盘磨损行为的周期性和磨损量变化的随机性 .基于对磨损行为的风险率的分析 ,提出了磨损统计模型 ,结合试验数据讨论了周期磨损量概率分布的某些特殊性质 .结果表明 ,周期磨损量的概率平均值及分散程度与滑动速度有关 。

不连续细长相定向增强CMCs的增韧效果

探讨了不连续细长相增强CMCs的增韧效果与细长相方位角θ之间的关系，包括理论模型的简述和SiC晶须定向增强Si3N4材料的试验印证。结果显示，对应微小裂纹扩展而急速增大的一次增韧效果随方位角增大而减小；当方位角处于30°～60°时有二次增韧行为发生，表现为断裂阻抗（韧性）再次随裂纹扩展而缓慢增长并收敛。对增韧机制的方位角依赖性、显微结构参数的影响、断裂阻抗的不连续性等有关问题进行了讨论。

晶须增强CMCs的增韧机制及其角度依赖性

探讨了晶须增强陶瓷基复合材料（ Ｃ Ｍ Ｃｓ） 增韧过程的主要机制， 研究了机制的发生和作用过程对晶须角度的依赖性． 结果表明， 大部分晶须在架桥过程中折断， 折断后的晶须可以滑动摩擦的形式继续消耗能量． 当晶须角度较大时，

陶瓷强度的统计方法

陶瓷作为结构材料，强度离散及尺寸效应是所面临的主要问题之一。围绕这一问题，归纳和分析了当前应用统计学进行处理的主要理论和方法．对统计模型的建立、分布函数的参数估计、强度的尺寸效应，以及由材料试验获取强度分布函数的参数所存在的问题等，作了比较细致的讨论，提出了几个新的看法。

钛硅铝碳层间固溶体陶瓷的超结构现象

研究了钛硅铝碳(Ti3Siy-xAlxCz)层间固溶体陶瓷材料的超结构现象。结果发现,用热压Ti、Si、Al和C(石墨)混合粉末原位反应合成的Ti3Si0.9Al0.3C1.93和Ti3Si0.8Al0.4C1.93层间固溶体块体样品的X射线衍射(XRD)谱中[00L]晶面的衍射峰极其微弱,只有[008]面有一个小的衍射峰,[002]、[004]和[006]面几乎没有衍射峰存在,而该块体样品的粉末的X射线衍射谱中所有[00L]晶面的衍射峰均存在。这种超结构现象表明,用热压原位反应合成的Ti3Si0.9Al0.3C1.93和Ti3Si0.8Al0.4C1.93实为层间无序固溶体。由于内应力的释放,取自该块体样品的粉末发生了从无序到有序的转变,所以粉末的X射线衍射谱中显现出强的[00L]面衍射峰。这种超结构相可能对Ti3Si0.9Al0.3C1.93和Ti3Si0.8Al0.4C1.93块体的性能产生重要影响。

将自由基转化为负离子的光催化稀土材料

设计制造了具有负离子功能的稀土-半导体氧化物组装材料,并进行了自由基的测试。测试表明,该材料不仅在紫外光照射条件下能产生大量活性氧自由基,而且在无光照条件下也能产生大量活性氧自由基,突破了常规半导体氧化物不能在可见光条件下催化的难点。同时表明,材料所产生的自由基量与负离子量有直接对应关系。这意味着,在稀土离子的光催化及变价的氧化-还原过程中存在羟基自由基转化为负离子的可能。依此提出了在光催化作用下稀土离子与材料表面吸附的H2O和O2的循环变化模型图。

Ti_3SiC_2的高速摩擦特性及摩擦氧化行为

研究了高纯度多晶块体Ti3SiC2高速摩擦特性及摩擦氧化行为．实验在盘-块式高速摩擦试验机上进行，以低碳钢为对磨体，温度25℃，相对湿度23％～25％，滑动速度20～50m／s，法向压强0.1～0．8MPa．结果表明，摩擦系数随滑动速度的提高而减小，而在给定的滑动速度下随法向压强的增大先增大后减小，在40～50m／s的滑动速度和0．8MPa的法向压强下达到最小值0．17．摩擦系数的减小归因为Ti3SiC2表面摩擦氧化层的存在．该氧化层由Ti、Si和Fe的氧化物组成，具有显著的减摩作用．

M_(n+1)AX_n三元层状陶瓷增强铜基复合材料的研究进展

回顾了颗粒增强铜基复合材料的发展和常用颗粒增强相;简介了新型三元层状陶瓷材料Mn+1AXn,并将其主要成员与常用铜基复合材料增强相进行比较;介绍了Mn+1AXn陶瓷与铜的复合材料目前的研究进展;展望了该类复合材料的发展和应用前景。

钛铝碳的高速摩擦特性及摩擦氧化行为

研究了高纯度致密的多晶Ti3AlC2块体材料对低碳钢的干滑动摩擦、磨损特性及摩擦表面的氧化行为。实验在盘–块式高速摩擦试验机上进行,滑动速度为20～60m/s,法向压强为0.2～0.8MPa。结果表明:随着滑动速度的提高,摩擦系数减小,Ti3AlC2的磨损率增大。法向压强的增大导致Ti3AlC2磨损率增大,但对摩擦系数的影响较小。在60m/s和0.8MPa下,摩擦系数仅为0.1左右,而Ti3AlC2的磨损率仅为2.5×10–6mm3/(N·m)左右。如此低的摩擦系数和磨损率归因于Ti3AlC2表面摩擦氧化薄膜的存在。该薄膜由非晶态的Ti,Al和Fe的混合氧化物组成,具有良好的润滑–减磨作用。

Ti_3SiC_2系材料的载流磨损特性及机理

研究了三元层状化合物钛硅碳(Ti_3SiC_2)和钛铝碳(Ti_3AlC_2)材料的载流磨损特性,探讨了在大电流、热应力和摩擦力的交互和耦合作用下Ti_3SiC_2系材料的支配性磨损机理。试验在盘-块式大功率载流高速摩擦试验机上进行,用A3钢盘为对磨体;滑动速度为20m/s,法向压强为0.4～0.8 MPa,电流强度为0,50和100 A。结果表明,在适当的速度和载荷条件下,Ti_3SiC_2系材料表现出良好的载流摩擦学特性。但载流条件下的磨损率都比非载流条件下的大,且随电流强度而增大。通过SEM&EDS观察、分析,载流条件下的Ti_3SiC_2系材料的磨损主要由微电弧烧蚀与机械摩擦的交互作用及热-力耦合作用两部分共同影响。微电弧烧蚀作用引起Ti_3SiC_2系材料表层氧化、熔融和分解以及亚表层裂纹,因而耐磨性发生改变。通电条件下的电热效应和摩擦热的耦合作用也对Ti_3SiC_2系材料的耐磨性产生影响。力-电-热的交互和耦合作用哪部分占主导机制取决于Ti_3SiC_2系材料的物理参数及载荷、速度等外部条件因素。

载流条件下Ti_3SiC_2陶瓷材料的摩擦学特性

研究了三元层状化合物钛硅碳(Ti_3SiC_2)材料在载流滑动条件下的摩擦学特性。试验在盘一块式大功率载流高速摩擦试验机上进行,用A3钢盘作为对磨体;滑动速度为20～60 m/s,法向压强为0.4～0.8 MPa,电流强度为0,50和100 A。结果表明,在适当的速度和载荷条件下,Ti_3SiC_2陶瓷表现出良好的载流摩擦学特性。但载流条件下的摩擦系数和磨损率都比非载流条件下的大,且随电流强度的增大而增大。载流条件下,摩擦系数随法向压强和速度的增大而减小;磨损率随法向压强的增大呈下降趋势,随速度的增高而增大。SEM & XRD观察和分析结果表明,载流情况下Ti_3SiC_2摩擦面表层生成的TiC等硬质结晶相是导致摩擦系数增大的主要原因;而其磨损率增大主要由微电弧烧蚀与机械摩擦的交互作用及热-力耦合作用两部分共同影响所致。微电弧烧蚀作用引起Ti_3SiC_2表层氧化、熔融和分解,因而耐磨性发生改变。

Ti_3SiC_2/Cu复合材料的制备与性能

三元层状化合物Ti3SiC2兼具陶瓷和金属的性能,受到材料研究者的广泛关注。该文采用热压工艺制备Ti3SiC2/Cu复合材料,研究Ti3SiC2含量及烧结温度对复合材料密度、抗弯强度、弹性模量、电阻率等性能的影响。结果表明,复合材料的相对密度对其性能有着重要的影响。当Ti3SiC2的质量分数在60%~80%范围内,其它参数保持不变时,降低Ti3SiC2的含量或者提高烧结温度,复合材料的相对密度增大,抗弯强度和弹性模量提高,电阻率下降。由于复合材料中陶瓷相占主要部分,因此复合材料的断裂方式为脆性断裂。其中烧结温度为980℃,保温时间为120 min的工艺下制备的60%Ti3SiC2/Cu复合材料具有最高的抗弯强度516 MPa;烧结温度1 200℃,保温时间30 min的工艺下制备的70%Ti3SiC2/Cu复合材料具有最低的电阻率0.155μΩ-m。

原位热压反应制备高性能亚微米层状Ti_3C_2/(Cu-Al)金属陶瓷

以Ti3AlC2和Cu粉作为原料,在1150℃下原位热压反应制备了具有亚微米层状结构的Ti3C2/(Cu-Al)金属陶瓷材料。XRD、SEM和TEM分析表明,这种亚微米层状结构的形成,归因于Ti3AlC2与Cu的高温反应引发Ti3AlC2层状结构解离、Al原子溶脱,固溶入周围的Cu中形成Cu-Al固溶体,Al溶出后的Ti3AlC2中原始Ti3C2层规律性聚集、最终形成厚度为150nm左右的Ti3C2层与Cu-Al层交替层叠结构。由于这两种结构之间的牢固结合以及Cu-Al相构成的空间网络结构,使得此金属陶瓷材料具有优异的力学性能和电学性能。其抗弯强度超过1200MPa,并具有良好的断裂韧性和导电性。

正铌酸镧(LaNbO_4)及其掺杂粉体的发光特性

采用化学共沉淀法和高温固相法合成制备得到纯的和掺杂Tb的LaNbO4超细粉体,并对其发光性能进行了激发和发射光谱分析。测试表明,LaNbO4可被汞线激发,发射波长处于蓝紫光区;相比高温固相法,化学共沉淀法制备的LaNbO4粉末相对发光强度增加3～4倍;Tb的掺杂使(La,Tb)NbO4粉体在汞线激发下发出黄绿色光,(La,Tb)NbO4的基质络离子NbO6发生淬灭,并对有关机制进行了讨论。

Ti_3AlC_2与Cu合金的电弧焊接

采用无焊料电弧焊方法对Ti3AlC2陶瓷与Cu(Mg)合金进行焊接。观察分析了接头组织结构和物相组成,测试了焊接试样的弯曲强度。结果表明,Ti3AlC2陶瓷和Cu(Mg)合金之间具有良好的可焊接性。在适当的焊接工艺下,接头具有典型显微结构:在靠近Cu(Mg)合金的区域,自生成的细小TiCx颗粒均匀弥散在Cu(Ti,Al,Mg)合金网络内;在靠近Ti3AlC2陶瓷的区域,形成TiCx相与Cu(Ti,Al,Mg)合金相交替层叠的特殊结构。焊接试样的断裂发生在Ti3AlC2陶瓷部分,表明接头的抗弯强度高于被焊接的Ti3AlC2陶瓷材料。

原位合成Ti3SiC2/SiC复合材料及其显微组织的观察

利用Si和TiC原位反应合成了Ti3SiC2/SiC复合材料.研究了不同烧结工艺参数和原料配比对形成复合材料的影响.利用X-射线衍射分析了材料的物相组成.所合成的材料中除Ti3SiC2和SiC外,还有TiC存在.利用扫描电镜和透射电镜观察了材料的微观组织,发现生成的SiC颗粒呈棒状和等轴状分布于Ti3SiC2基体中.在Ti3SiC2晶粒内部存在大量的位错和层错.