金属基陶瓷复合相变储能材料的研究进展

与有机和无机相变材料相比,金属相变材料表现出较高的导热性和单位体积的储热能力,在储热系统和温度控制方面具有独特的优势。但是长期处于高温工作环境中的,金属相变材料存在渗漏、腐蚀、体积变化等问题。耐高温的多孔陶瓷材料可通过毛细管力,很好地封控住熔融的金属相变材料,还可以提高导热率,并改善一定的机械性能,因此金属基陶瓷复合材料展现了良好的发展前景。

层厚对TiCN-VC/TiCN-TaC层状陶瓷微观组织和力学性能的影响

利用真空热压烧结技术和粉体叠层技术,在1450℃下制备了4种层厚的TiC_(0.7)N_(0.3)-VC/TiC_(0.7)N_(0.3)-TaC层状陶瓷,研究了层厚对其微观组织和力学性能的影响。结果表明:TiC_(0.7)N_(0.3)-VC层主要是由TiCN、(Ti,V,Mo)(C,N)固溶体,以及少量的Mo Ni4组成,TiC_(0.7)N_(0.3)-TaC层主要是由TiCN、(Ti,Ta,Mo)(C,N)固溶体,以及少量的Mo Ni4组成。随着层厚的增加,材料内部微观组织基本没有变化,晶粒的平均尺寸均在2μm左右。随着层厚从0.20 mm增加到0.32 mm,其相对密度和维氏硬度先增大后减小,抗弯强度的变化较小,层间的断裂韧度逐渐减小,而层面的断裂韧度基本保持不变。当层厚为0.28 mm时,材料的致密度较高,晶粒大小均匀,综合力学性能最佳,其硬度为20.9 GPa、抗弯强度为925.0 MPa、层间的断裂韧度为7.7 MPa·m^(1/2)。

ZrB_(2)-SiC陶瓷基复合材料制备及性能的研究进展

ZrB_(2)-SiC陶瓷基复合材料作为一种超高温陶瓷,其主要应用在如飞行器的鼻锥、机翼等部位和一些环境恶劣的工况,已成为了各国研究的重点高温材料之一。主要论述了ZrB_(2)-SiC陶瓷基复合材料的制备方法,对其在使用上所涉及的力学性能、抗氧化性能、抗热震性能作了简单的介绍,并对超高温陶瓷未来的发展进行了展望。

金属陶瓷先进高温结构材料的应用及研究进展

主要从应用角度综述了金属陶瓷高温结构材料在航空航天、加工制造和温度测量领域的研究进展,同时分析论述了金属陶瓷的制备原则及其在航空领域的发展趋势。提出金属陶瓷需要在两方面加强研究工作,一方面是开展提高材料断裂韧性方面的基础理论研究,另一方面是注重制备工艺的改进创新。

MAX相金属陶瓷材料研究进展与展望

MAX相材料因集合了陶瓷和金属的高硬度、高弹性模量、高温稳定性、可加工性、良好的导电/导热性等优异性能,在熔盐储热、熔盐电解、熔盐辅助合成和熔盐堆发电等变革性能源应用领域获得广泛关注,在高温、强腐蚀、高强辐照等极端恶劣环境具有很好的应用前景.全面综述了MAX相金属陶瓷材料的结构、物化性能和制备方法,跟踪了MAX相家族的新相合成以及MXene二维材料的最新研究进展,并提出MAX相金属陶瓷材料的应用前景和发展方向.

Ti(C,N)基金属陶瓷干摩擦条件下瞬态温度场的有限元模拟

利用有限元数值模拟方法对Ti(C,N)基金属陶瓷在摩擦过程中的瞬态温度场进行了分析,探讨了不同摩擦转速、载荷和环境温度等因素对Ti(C,N)基金属陶瓷摩擦表面温度变化的影响.结果显示,Ti(C,N)基金属陶瓷在摩擦过程中其表面最大温升随着转速和载荷的增加而增大,且转速对表面温升的影响大于载荷的作用,而环境温度对金属陶瓷表面温升的影响并不显著;在滑动过程中,Ti(C,N)基金属陶瓷表面最高温度区域主要位于其与对磨小球的接触区;利用摩擦试验机对Ti(C,N)基金属陶瓷表面摩擦温度变化进行了实验测量,结果与有限元分析相一致.

低温共烧陶瓷氧化物/2024铝合金梯度复合材料的制备及性能研究

采用激光沉积技术,把低温共烧陶瓷氧化物混合粉（44%Si O2＋20%B2O3＋36%CaO）按照一定的梯度比例沉积在2024铝合金表面,得到陶瓷/金属梯度复合材料。重点研究了该梯度材料的显微组织结构、硬度、耐磨性能、结合力性能。结果表明,向2024铝合金基体中加入陶瓷氧化物混合粉末能使基体晶粒得以细化,显著改善基体的硬度、耐磨性能、结合力性能,其中均匀化热处理工艺并没有提升材料的耐磨性;固溶时效热处理后,复合材料梯度层最大硬度值是沉积态时基体层硬度值的2.6倍,结合性能约是沉积态时的2倍。

新型金属陶瓷复合材料的试制

新型金属陶瓷复合材料主要工作磨损部位采用高硬度金属陶瓷混合预制体,非主要工作磨损部位选用具有良好韧性的中碳合金钢。采用经济环保的消失模铸造工艺,将两种材料进行冶金复合。通过相关热处理工艺,复合材料具有优良的综合耐磨性能,使用寿命大幅度提高。

氧化铜陶瓷的高介电性

采用固相反应法制备了氧化铜(CuO)陶瓷,得到不同频率下样品的介电随温度变化关系。通过X射线衍射图谱确定CuO陶瓷为单斜相结构,形成了粒径大约为150 nm的晶粒。假定晶粒为被绝缘晶界隔离的半导体,通过cole-cole图得到静态介电常数和高频介电常数,运用Arrhenius关系计算出激活能,进而利用Maxwell-Wagner机制进行理论拟合,与试验结果进行对比分析,表明CuO陶瓷晶粒在低频段、低温区时具有半导体性。

石墨烯含量对Al-20Si复合材料组织和耐磨性能的影响

采用粉末冶金的方法,将不同含量的石墨烯与Al-20Si铝硅粉烧制成型。利用金相显微镜、扫描电镜及摩擦磨损试验机等对复合材料的微观组织及耐磨性能进行测试。结果表明:与未加入石墨烯相比,石墨烯的加入均细化了硅晶粒,且晶粒在基体中分布较均匀。同时,加入石墨烯提高了材料的硬度,降低了材料的摩擦系数,磨痕变浅。当石墨烯含量为0.5wt%时,硅晶粒平均尺寸为1.5μm,复合材料的平均摩擦系数为0.28,磨损量为15.2 mg,此时,复合材料的耐磨性能最优。

ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料的制备及其耐磨性能研究

以自制的不同Ti含量的Fe-Ti预制体粘结剂和ZTA(氧化锆增韧氧化铝)陶瓷颗粒为原料,制备出多孔陶瓷预制体,然后采用消失模铸造制备了ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料。利用OM、XRD、SEM等手段分析了复合材料的物相组成,并进行高应力碾碎式三体磨料磨损试验,测试了复合材料的耐磨性,探索了复合材料的磨损机制。结果表明,采用含10wt%Ti预制体粘结剂制备的复合材料耐磨性为高铬铸铁的3倍,采用含15wt%Ti预制体粘结剂制备的复合材料耐磨性为高铬铸铁的2.4倍。复合材料的界面结合良好,磨损过程中,ZTA陶瓷颗粒对高铬铸铁基体形成保护作用,基体对ZTA陶瓷颗粒起到良好的支撑作用,两者协同作用增强了复合材料的耐磨性能。

添加剂对Al_(2)O_(3)陶瓷/高铬铸铁复合材料界面结合及断裂强度的影响

研究了添加剂(Ti、Mo、Ti N)对高铬铸铁和Al2O3陶瓷颗粒间界面结合行为及断裂强度的影响。结果表明,这3种添加剂均可以改善高铬铸铁与Al2O3陶瓷颗粒间的润湿性,增加了二者之间的界面反应程度,实现了二者间界面的冶金结合,从而使Al2O3/高铬铸铁复合材料具有较高的断裂强度,其中,尤其以Ti的作用最佳。

纳米TiC颗粒增强铝基复合材料的力学行为模拟

为了研究纳米陶瓷颗粒对金属材料力学行为的影响,首先建立了TiC/Al复合材料的三维微观模型,采用有限元法与拉伸试验探究了复合材料受载时的应力应变分布规律与屈服强度,其中,有限元过程考虑了纳米TiC颗粒对铝合金基体的细晶强化,以及颗粒尺寸(500nm和200nm)、含量(1wt%、3wt%和5wt%)对复合材料的影响。结果表明:纳米TiC颗粒对复合材料的屈服强度起到了力学强化作用,小尺寸(200nm)的TiC颗粒力学强化效果较大;复合材料的屈服强度随着纳米TiC含量的增高而提升,但较高含量的TiC会损害基体的塑性。由于把颗粒的细晶强化贡献纳入了计算模型,颗粒尺寸为500nm、含量为1wt%与3wt%时TiC/Al复合材料屈服强度的预测值与试验值较为吻合。

连续陶瓷SiC纤维增强钛基仿生叠层复合材料热加工工艺研究

以韧性金属Ti箔、连续陶瓷Si C纤维、金属间化合物Ti2AlNb箔为原材料,对箔-纤维-箔进行了单元堆叠,采用真空热压和陶瓷SiC纤维编织技术制备了不同热加工工艺参数下的连续陶瓷Si C纤维增强钛基仿生叠层复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对制备态复合材料微观组织形貌和各组元间界面元素分布进行了分析。结果表明,当热加工工艺参数为920℃/30 min/40 MPa时,复合材料各组元间实现理想冶金结合,陶瓷SiC纤维均匀等距分布于韧性金属Ti基体中,韧性金属Ti箔与金属间化合物Ti2AlNb箔通过元素扩散实现了理想冶金结合。

三维网络结构SiC/Fe基复合材料制备以及组织性能的研究

采用有机泡沫浸渍法(PSD)制备出抗压强度为0.3 MPa的三维网络结构碳化硅陶瓷预制体,并用氧化铝浆料对预制体进行二次挂浆(真空浸渗)处理,预制体的抗压强度提高到0.78 MPa;对二次挂浆前后的预制体进行常压浇注制备三维网络结构SiC/Fe基复合材料,并对复合材料结合界面和耐磨性分析。结果表明,复合材料的界面清晰、结合紧密并且无中间产物产生;复合材料的耐磨性能是基体材料的2.1~3.2倍,并且三维网络结构碳化硅陶瓷的抗压强度越高,复合材料的耐磨性越好。

激光熔覆陶瓷增强Fe基涂层的研究进展

针对Fe基陶瓷涂层的研究和发展现状,介绍了常用的陶瓷相类型和性能,评述了两种最常用激光熔覆陶瓷增强铁基复合涂层的制备方法,即机械外加法和原位合成法的研究现状。分析了两种制备方法的基本特征,并对提高陶瓷增强Fe基复合涂层性能的方式进行了综述;指出了目前研究存在的问题,对未来的发展方向进行了展望。

碳化钒陶瓷增强铁基表面复合层的组织和力学表征

为了提高铁基合金表面的强度,采用了一种原位反应工艺制备了碳化钒(V_(2)C和V_(8)C_(7))陶瓷增强铁基体表面复合材料。通过X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),电子背散射衍射(EBSD)分别研究了该复合层的显微组织和相组成。结果表明,钒板中的钒原子和铁基体中的碳原子在高温下通过相互扩散在结合面处发生原位反应,形成了致密的碳化钒陶瓷层,该层物相主要由V_(2)C和V_(8)C_(7)组成。除此之外,采用压痕测试评估了金属陶瓷层的显微硬度、弹性模量和断裂韧性。所得结果表明,其断裂韧性值在0.426~1.136 MPa·m^(1/2)范围内,且碳化钒陶瓷层的显微硬度为9.67GPa,是基体硬度的2~3倍。

单向复合材料C/SiC纳米刻划实验研究

为了进一步研究纤维增韧陶瓷基复合材料的磨削机理,设计制备了单向C/SiC模型复合材料,然后将复合材料在3个典型方向进行刻划。通过刻划实验研究分析了单颗金刚石磨粒作用下复合材料的界面失效机制及微观材料去除机理。结果表明:在单颗金刚石磨粒刻划作用下,脆性断裂是C/SiC复合材料的主要去除方式,复合材料的破坏形式主要是基体开裂、界面失效、纤维断裂的综合模式。其材料去除难易程度符合规律:法向<纵向<横向。此外,研究结果为C/SiC刻划材料去除机理研究提供了实验提导,并为陶瓷基复合材料磨削机理的揭示提供了实验基础。

氧化铝陶瓷内衬钢管的防垢和耐腐蚀性能研究

通过对普通钢管进行自蔓延高温处理,制备了自蔓延高温内衬陶瓷钢管。采用防垢试验、腐蚀试验,对比研究了陶瓷内衬钢管和普通钢管的防垢和耐腐蚀性能。结果表明,经自蔓延处理后,钢管的防垢性能比普通钢管的提高180%,在相同腐蚀条件下,普通钢管的质量损失率达到氧化铝陶瓷内衬复合钢管的100倍以上。

Mo/Mo_(2)C对SPS制备TiC_(0.7)N_(0.3)基金属陶瓷刀具切削性能的影响

采用放电等离子烧结(SPS)制备了以TiC_(0.7)N_(0.3)为硬质相、Co-Ni为粘结剂、WC+Mo/Mo_(2)C+NbC为添加剂的金属陶瓷刀具材料,研究了Mo/Mo_(2)C对其物相组成、显微结构、力学性能、切削性能、磨损形貌与磨损机理的影响。结果表明,干式切削45钢,达到磨损标准时,添加Mo_(2)C的刀具寿命为230 min,为添加Mo的刀具寿命的2.3倍。两种刀具的主要磨损形式均为后刀面磨损、沟槽磨损和刀尖磨损,主要磨损机理为粘结磨损和氧化磨损。添加Mo_(2)C的刀具抗粘结磨损性能更好,因而刀具寿命更长。