基于泡沫陶瓷三维互穿网络负压浸渍法制备新型耐高温中子屏蔽材料

本工作制备了一种具有互穿网络结构的新型泡沫陶瓷/硼酚醛树脂复合材料,采用有机泡沫浸渍法和惰性气氛烧结制备了莫来石/碳化硼骨架增强体,采用负压浸渍和原位热固化方法制备了碳化硼/硼酚醛树脂基体。实验探究了微粉含量(碳化硼和高岭土各10%~30%)和烧结温度(1 300~1 500℃)对陶瓷骨架和复合材料的影响;当烧结温度设置为1 350℃,粉体原料质量占比设置为氧化铝55%、碳化硼15%、高岭土25%、二氧化钛5%时,烧结而成的陶瓷骨架与20%(质量分数)碳化硼/硼酚醛树脂的填充材料形成新型中子屏蔽复合材料,其综合性能可达到最优化;此时,泡沫陶瓷骨架线收缩率为3.36%,堆积密度为0.54 g/cm^(3),显气孔率为73.7%,骨架抗压强度为0.94 MPa;陶瓷/硼酚醛树脂复合材料显气孔率为0.2%,堆积密度为1.22 g/cm3,抗压强度为86 MPa;300℃保温10 h冷却后,残余抗压强度为54 MPa,抗压残余比为62%,服役温度为180~330℃;10%(质量分数)硼酸溶液浸泡72 h后,失重率为0.31%,残余抗压强度为82.5 MPa,抗压残余比为95.7%。放置于241Am-Be中子源前,复合材料(12~13 mm厚)总中子线性衰减系数为0.356 cm^(-1),总中子屏蔽率为35.5%,热中子线性衰减系数为1.061 cm^(-1),热中子屏蔽率为73.0%。该新型中子屏蔽材料不仅具有三维互穿网络结构,还包含了含硼骨架/含硼树脂/含硼填料的多级结构,为一种性能优良的耐高温新型中子屏蔽材料提供了设计参考。

熔渗温度和熔渗相组成对三维互穿网络结构(Mo,Ti)Six-RSiC复合材料组成、微观结构、力学和热学性能的影响

以RSiC为基体,通过MoSi2-Si-Ti合金活化熔渗(AMMI)工艺来制备三维互穿网络结构的(Mo,Ti)Six-RSiC复合材料。采用XRD、SEM、力学性能、热膨胀测试等方法研究了熔渗温度和熔渗相组成对复合材料组成、微观结构,力学和热膨胀系数等性能的影响。结果表明:采用AAMI法可获得具有三维互穿网络结构的(Mo,Ti)XSi2-RSiC复合材料,材料的组成主要为SiC、Si、TiSi2和(Mo0.2Ti0.8)Si2;随预熔配方中MoSi2含量和熔渗温度的增加,复合材料的室温力学性能均先增大后减小,采用MoSiTi-2配方1700℃熔渗所得复合材料的力学性能最佳,其弯曲强度、弹性模量和断裂韧性分别为136.8MPa、217.3GPa和2.45MPa·m^1/2,相比基体分别提高约44%,158%和75%;MoSiTi-2-S2.6-1700在1200℃的热膨胀系数约为4.51×10^-6℃^-1,且基体密度对复合材料CTE的影响高于熔渗相组成;随温度升高,复合材料的弯曲强度增加,1400℃时,其弯曲强度为189.4MPa,比室温提高了约38%;随氧化时间增加,MoSiTi-2-S2.6-1700的室温力学性能先增加后降低,氧化60h时,材料的弯曲强度和弹性模量达到最大,分别为146.8MPa和212.08GPa,与未氧化试样相比提高了约16.2%和51.7%,即使氧化100h,材料的力学性能仍高于初始值。

三维互穿网络结构Al/RSiC复合材料的制备及性能

以不同孔隙率(17%,23%,28%,34%)RSiC陶瓷为基体,以ZL102铝合金为第二相,采用真空压力熔渗法制备了Al/RSiC复合材料,研究了RSiC陶瓷孔隙率对该复合材料性能的影响。结果表明:Al/RSiC复合材料具有双连续三维互穿网络结构,陶瓷相和金属相在三维空间连续分布;当RSiC陶瓷孔隙率由34%下降到17%时,复合材料的抗弯强度先略有升高后下降,当陶瓷孔隙率为28%时达到最大,为181MPa;复合材料的热膨胀系数随着陶瓷孔隙率的减小而降低,且低于理论计算值,RSiC陶瓷的三维网络结构对复合材料的热膨胀性能起决定性作用。

三维互穿网络结构石墨/莫来石陶瓷复合材料的制备工艺

首先利用选择性激光烧结技术快速制备三维多孔石墨骨架,随后对其进行二次固化、碳化、真空压力浸渍硅溶胶等后处理,再将低粘度高固相水基陶瓷浆料注入其中,经冷冻干燥、高温烧结后获得三维互穿网络结构石墨/莫来石陶瓷复合材料。结果表明,对多孔石墨骨架进行浸渍增强改性处理以及控制陶瓷坯体的干燥收缩率和烧成收缩率有利于保证三维复合材料的结构完整性,最终成功地制备出了抗压强度为28.28 MPa、导热系数为2.06 W·m^(-1)·K^(-1)、密度仅为1.23 g/cm^(3)的互穿网络结构石墨/莫来石陶瓷复合材料,其兼具有石墨相和陶瓷相的各自优点。

球状结构钢基MMCs/钢三维互穿网络复合材料的制备

采用3D打印+压力浸渗技术成功制备了陶瓷颗粒增强钢基复合材料(MMCs)/钢三维互穿网络复合材料(3DMMCs/steel),其中MMCs区呈相连的球状,与纯基体区在空间呈三维互穿结构,MMCs区中均匀分布着ZrO2增韧Al2O3颗粒(ZTAp),MMCs区基体和纯基体区都为40Cr钢。研究了该复合材料的微观组织特征和冲击磨料磨损性能,并与常规增强颗粒均匀分散的ZTAp/40Cr复合材料进行了对比。三维互穿网络复合材料结构完整,界面结合良好,其冲击磨料磨损性能高于常规复合材料,磨损率比常规复合材料降低了31.24%。

兼具吸水保水和养分缓释性能的腐殖酸改性复合材料制备及性能研究

采用溶液聚合法将含有营养元素的线性聚合物缓释材料PSRF穿插在吸水保水高分子材料腐殖酸-g-聚(丙烯酸-丙烯酰胺)三维网络中,制备得到一种新型具有半互穿网络结构的腐殖酸改性吸水保水缓释复合材料.采用FTIR、XRD对制备的复合材料的结构进行了表征,研究了原料配比对复合材料吸水性能的影响,测定了材料的缓释行为和对土壤持水保水性能的影响.结果表明,制备的复合材料在自来水中的最大吸水倍率可以达到76.09 g/g,将其施入到土壤中,可以提高土壤的持水保水性能;此外,对氮、磷、钾具有优异的缓释效果,在土壤中培养30 d,其氮、磷、钾的累积释放率分别为31.81%,47.71%,79.30%.

熔渗温度对MoSi_2(Cr_5Si_3)-RSiC复合材料显微结构和性能的影响

以RSiC为基体,通过酚醛树脂浸渍裂解(PF-PIP)和MoSi2-Si-Cr合金活化熔渗(AMMI)复合工艺制备具有三维互穿网络结构的MoSi2(Cr5Si3)-RSiC复合材料。借助于X射线衍射、扫描电子显微镜、力学性能和电阻率测试等研究了熔渗温度对复合材料组成、显微结构、力学性能和导电性能的影响。采用改进型混合规则探讨了复合材料互穿网络结构和界面结合性对其导电方式的影响。结果表明:不同温度所制备的复合材料主要组成均为SiC、MoSi2和Cr5Si3;随着熔渗温度的升高,复合材料气孔率和体积电阻率下降,密度、抗弯强度和弹性模量提高。当熔渗温度为1 900℃时,复合材料的气孔率、密度、抗弯强度、弹性模量和体积电阻率分别为1.4%、3.5g/cm3、99.2MPa、313.60GPa和124.2mΩ·cm。当熔渗温度较低时(1 700℃),复合材料的导电方式与颗粒增强复合材料的导电方式接近,随温度升高,复合材料的导电方式与传统复合材料的导电方式差别增大。