纳米SiC晶须增强Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织与力学性能

采用真空烧结法制备了纳米SiC晶须增强Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料,用XRD、FESEM、EDS、万能试验机及维氏硬度仪等手段研究了纳米SiC晶须对复合材料显微组织和抗弯强度及断裂韧度的影响。结果表明:复合材料的显微组织具有典型的"芯-壳"结构,主要由黑色的硬质核心相,灰色的环形相,灰白色的粘结相以及部分分布于外环形相/粘结相界面、部分弥散分布于粘结相中的白色增强相组成;随着纳米SiC晶须添加量的增加,粘结相的体积分数减小,增强相的体积分数增大;与未添加晶须的金属陶瓷相比,复合材料的抗弯强度和断裂韧度均有显著提高,当纳米SiC晶须的体积分数为7.5%时,复合材料的力学性能最佳,抗弯强度为2 346 MPa,断裂韧度为16.82 MPa·m^(1/2)。

新型Ti-Si-C-N纳米复合超硬薄膜的高温热稳定性

用脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)方法在高速钢基体上沉积出新型Ti-Si-C-N超硬薄膜,Ti-Si-C-N薄膜为纳米晶／非晶复合结构(nc-Ti(C,N)／a-Si_3N_4／a-C—C),当薄膜中Si和C含量较高时,Ti(C,N)转变为TiC,晶粒尺寸减小到2—4 nm,薄膜晶粒尺寸和硬度的高温热稳定性均随沉积态薄膜中的原始晶粒尺寸减小而提高,当原始晶粒尺寸在8—10 nm之间时,晶粒尺寸和硬度热稳定性可达900℃；当原始晶粒尺寸在2—4 nm之间时,晶粒尺寸和硬度热稳定性可达1000℃,薄膜硬度和晶粒尺寸表现出同步的高温热稳定性,分析认为由调幅分解形成的纳米复合结构中的非晶相强烈地抑制晶界滑移与晶粒长大,从而使Ti-Si-C-N薄膜的热稳定性显著提高。

等离子增强磁控溅射Ti–Si–C–N基纳米复合膜层耐冲蚀性能研究

介绍了等离子增强磁控溅射(PEMS)技术,系统研究了其制备的Ti–Si–C–N纳米复合膜层。首先讨论该技术工作原理,并描述了膜层的制备工艺过程。通过SEM、XRD、EDS、纳米压痕、微米压痕及冲蚀试验等研究了膜层性能,发现膜层为纳米复合结构,以非晶SiCxNy为基质内含4.7～30nm的TiC0.3N0.7纳米晶。膜层硬度高达40GPa,同时研究了Si含量的影响。膜层表现出的耐冲蚀性比基体材料高100倍以上,其韧性对耐冲蚀性影响很大。讨论了溅射工艺参数对膜层微观组织结构、纳米硬度、附着力及耐冲蚀性方面的影响,同时研究了多层膜层。此类膜层有望应用于气轮压缩机及固定式涡轮的严重固体颗粒冲蚀(SPE)和液滴浸蚀(LDE)的防护。

压制压力对纳米Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织和力学性能的影响研究

采用不同的压制压力制备纳米Ti(C,N)基金属陶瓷生坯,研究低压烧结后金属陶瓷的微观组织、收缩性和力学性能。结果表明:当压制压力过低时,粉末排列不紧密,金属陶瓷组织不均匀;当压制压力过高时,金属陶瓷组织发生分层,孔隙度和缺陷增加。当压制压力为180 MPa时,得到的纳米Ti(C,N)基金属陶瓷最为致密,其相对密度为97.06%,收缩系数为1.23,孔隙率最低,为A02B00C00;同时,该金属陶瓷具有最优异的综合力学性能,其中维氏硬度为1680 HV_(30),抗弯强度为1650 MPa,断裂韧性为8.8 MPa·m^(1/2)。

纳米SiC对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织与性能的影响

以Ti(C,N),WC,Mo2C,TaC和Cr2C3等粉末为主要原料,Co和Ni作为粘结剂,添加0~11%(体积分数)的纳米SiC粉末作为增强相,制备Ti(C,N)基金属陶瓷,研究SiC含量对陶瓷材料显微组织、力学性能和高温抗氧化性能的影响。结果表明,少量SiC不会改变金属陶瓷原有的相结构,而随SiC含量增加,环形相的完整性下降,硬质相的平均晶粒尺寸减小。SiC体积分数为5%的Ti(C,N)基金属陶瓷综合性能较优异,硬度(HRA)为88.8,抗弯强度为2280 MPa,断裂韧性为13.22×10^3 kN·m^−3/2。添加SiC可增强Ti(C,N)基金属陶瓷的高温抗氧化性能,氧化后材料表面生成致密的SiO2膜层。

Ti(C,N)复合膜和TiN/Ti(C,N)多层膜组织和显微硬度

采用非平衡反应磁控溅射的方法在Si(100)基片上沉积Ti(C,N)复合膜和不同调制周期、调制比的TiN/Ti(C,N)纳米多层薄膜。薄膜的微观结构和力学性能采用X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计进行表征。结果表明,Ti(C,N)复合膜的微观结构和力学性能与掺入C的含量有关;TiN/Ti(C,N)纳米多层膜的微观结构和力学性能与调制周期和调制比有关,其显微硬度在一定的调制周期和调制比范围内出现了超硬现象。Ti(C,N)、TiN/Ti(C,N)均为δ-NaCl面心立方结构;Ti(C,N)复合膜显微硬度提高是因为固溶强化,TiN/Ti(C,N)纳米多层膜硬度的提高主要是共格外延生长在界面处产生的交变应力场。

SiC晶须和Ti(C,N)颗粒协同增韧Al_2O_3陶瓷刀具的研究

采用热压工艺烧结制备了SiCW Ti(C ,N) Al2 O3(Y2 O3)陶瓷刀具复合材料。研究了不同烧结温度(16 0 0～ 175 0℃ )下 ,材料的致密度和力学性能 (断裂韧性KIC ,维氏硬度HV和抗弯强度σf)随晶须含量 (10 %～4 0 % )的变化关系 ;探讨了SiC晶须和Ti(C ,N)颗粒对Al2 O3基体的协同增韧机理。同时与SiCW Al2 O3陶瓷及Ti(C ,N) Al2 O3陶瓷作对比研究。结果表明 :SiCW Ti(C ,N) Al2 O3(Y2 O3)陶瓷材料在 175 0℃ ,晶须含量为 2 0 %时获得最佳的综合力学性能 :KIC =7 11MPa m1 2 ,HV =2 1 16GPa ,σf=82 0MPa ;明显高于SiCW 含量为 2 0 %的SiCW Al2 O3陶瓷和不加晶须的Ti(C ,N) Al2 O3陶瓷。第三相Ti(C ,N)颗粒的加入与晶须一起产生明显的迭加增韧效果 ,而且对SiCW 的各种增韧机制起到了促进作用。

纳米TiC增强Ti(C、N)基金属陶瓷材料的组织与性能研究

采用自制的纳米TiC粉末制备Ti(C、N)基金属陶瓷。研究了纳米粉末对金属陶瓷组织及性能的影响。结果表明,粉末冶金过程中,纳米TiC粉末易于在粘结相中扩散与溶解及沿晶界分布,降低了硬质相在粘结相中的溶解度,抑制了晶粒长大,同时微观上造成局部富C和稳定了硬质相中的C含量,使金属陶瓷材料的环形相增多尺寸增厚。抗弯强度与晶粒尺寸满足于Hall Petch公式,5%～10%(质量分数)的纳米粉末加入量可使金属陶瓷的抗弯强度得到较大的提高,但硬度与晶粒尺寸的关系反Hall Petch公式。

Cr_3C_2-Ni-Ti_3SiC_2新型减摩复合材料的高温摩擦学行为

采用粉末冶金工艺制备一种新型Cr3C2-Ni-Ti3SiC2减摩材料,并研究Ti3SiC2添加量对其与GCr15摩擦副在400℃大气环境下摩擦学行为的影响。结果表明:在高温摩擦场的作用下,复合材料中的Ti3SiC2能够诱发形成具有良好减摩作用的摩擦氧化膜,不仅可以降低摩擦副的摩擦因数,避免摩擦因数的较大波动,而且能够显著降低摩擦系统的总磨损率,对摩擦偶件起到极好的保护作用。当Ti3SiC2含量(质量分数)分别为2.5%、5.0%、7.5%和10%时,复合材料的摩擦因数比未添加Ti3SiC2的Cr3C2-Ni金属陶瓷的摩擦因数分别下降5.3%、15.8%、26.3%和13.2%,摩擦副的总磨损率也下降了一个数量级;同时,摩擦偶件的磨损率也由3.5×10-5 mm3/(N·m)逐步下降到9.8×10-7 mm3/(N·m)。

纳米Ti(C,N)增强Ti(C,N)基金属陶瓷的研究

采用纳米Ti(C ,N)粉末制备Ti(C ,N)基金属陶瓷 ,研究了纳米粉末对金属陶瓷组织及性能的影响。结果表明 ,粉末冶金过程中 ,纳米Ti(C ,N)粉末易于在粘结相中扩散与溶解及沿晶界分布 ,降低了硬质相在粘结相中的溶解度 ,抑制了晶粒长大 ,提高了材料的红硬性能。抗弯强度与晶粒尺寸满足于Hall Petch公式 ,5wt%～ 10wt%的纳米粉末加入量可使金属陶瓷的抗弯强度和切削性能得到较大的提高 ,但硬度变化不大。切削磨损主要表现为磨粒磨损和轻微的粘着磨损 。

纳米Ti(C,N)增强Ti(C,N)基金属陶瓷的制备研究

采用Ti(C,N)纳米粉末制备Ti(C,N)基金属陶瓷.研究了烧结温度、保温时间和升温速度等工艺参数对含10wt％纳米粉末的Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响,得到优化烧结工艺为1450℃,保温75min,升温速度3℃/min.用优化工艺制备的Ti(C,N)基金属陶瓷抗弯强度提高了约36.7％,增强机理主要表现为细晶强化、弥散强化和固溶强化.

纳米TiO_2碳热氮化制备纳米晶Ti(C_(0.7),N_(0.3))固溶体

在封闭系统中,对纳米TiO2碳热还原氮化反应合成纳米晶Ti(C,N)固溶体粉末进行研究。结果表明,当以C/Ti值为2.7配料,氮气压力为0.005 MPa时,一定量纳米TiO2/纳米碳黑混合料在1600℃下保温4 h,可以合成晶粒尺寸为32 nm的球形Ti(C0.7,N0.3)固溶体粉末。

SiC晶须增韧Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料的研究

主要研究了不同的SiC晶须(简称SiCw)加入量和真空烧结温度对Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料性能的影响,并对SiCw的增韧机理进行了探讨。结果表明:在SiCw的质量分数为15%、真空烧结温度为1470℃时,SiCw增韧Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料的综合力学性能最佳;材料中存在裂纹偏转、裂纹桥接和晶须拔出等增韧机理。

碳纳米管添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和力学性能的影响

采用真空烧结工艺制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,通过XRD、TEM和SEM等手段研究碳纳米管(CNTs)对金属陶瓷组织和性能的影响。结果表明:与未加碳纳米管的基体组织相比,添加CNTs的金属陶瓷组织中具有"白芯-灰壳"结构的小颗粒大大增加,金属陶瓷晶粒逐渐细化且分布均匀;当CNTs添加量(质量分数)为0.5%时,Ti(C,N)基金属陶瓷的硬度可达90.9HRA;金属陶瓷的抗弯强度比未加碳纳米管的试样提高14.1%,可达2 180.7 MPa,其强化机制主要为细晶强化;金属陶瓷的断裂韧性比未加碳纳米管的试样提高18.5%,可达14.7 MPa.m1/2,CNTs对金属陶瓷强韧化机制主要为桥联作用、拔出效应和裂纹偏转作用。

纳米晶Ti(C,N)固溶体粉末的制备及组织结构研究

研究了纳米晶Ti(C,N)固溶体粉末的碳热还原反应制备及其组织结构特征。结果表明,以球形亚微米TiO2粉末和纳米碳黑为原料,通过原料成分C/Ti的准确配比和适当的工艺参数,可制备出成分优良的晶粒度为37nm的单相纳米晶Ti(C,N)固溶体粉末。

纳米晶Ti(C_(0．45),N_(0．55))固溶体粉末的合成及表征

在封闭氮气气氛下,对纳米TiO2高温碳氮化合成成分接近xN=0．5的纳米晶Ti(C,N)固溶体粉末进行了研究。结果表明,当以C/Ti值为2．5配料。炉内氮气压为0．005 MPa时,一定量纳米TiO2和纳米碳黑的混合料在1500℃下等温热处理4 h可以制得晶粒尺寸为31 nm、主相为Ti(C0.45,N0.55)的球形固溶体粉末。

Ti(C,N)金属陶瓷中纳米粉含量对组织和性能的影响

采用真空烧结工艺制备了纳米复合Ti(C,N)基金属陶瓷。研究了纳米TiC、TiN的添加量对金属陶瓷的显微组织、性能的影响,用TEM/EDX和SEM观察试样的微观组织特征和断口形貌。结果表明:随着纳米粉添加量的增加,金属陶瓷晶粒逐渐细化,且分布均匀,具有内、外环形相的小晶粒和“白芯-灰壳”结构的小颗粒大大增加,粘结相体积分数明显减少;当原始粉末中纳米TiC、TiN的含量占原始粉末中TiC、TiN含量的10%时,金属陶瓷有较发达的撕裂棱和较少的气孔,具有较好的力学性能。

氨解对溶胶-凝胶法合成Ti(C,N)纳米粉末的影响

以 Ti O(OH) 2 溶胶和炭黑为原料 ,经氨解溶胶 -凝胶工艺和碳热还原法合成了粒径为 50～ 2 0 0 nm的分散性能良好的 Ti(C,N)粉末。该粉末是由一个富 C和一个富 N的两个 Ti(C,N)分相组成的 ,氨解可破坏凝胶中 Ti O2 的网络结构 ,导致凝胶粒子细化及反应活性提高 ,也是使Ti(C,N)出现分相的主要原因。

Ti(C,N)-Mo_2C-WC-Ni-Co纳米改性金属陶瓷材料的热冲击性能研究

采用XRD、SEM进行了纳米改性Ti(C,N)-Mo2C-WC-Ni-Co金属陶瓷材料的相结构分析和微观结构分析。结果表明,金属陶瓷仍为两相结构,其中陶瓷相呈典型的"芯-壳"结构。在800℃热循环条件下,研究了纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料的热冲击裂纹形成与扩展特性,研究表明,相比普通金属陶瓷材料,纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷材料的抗热冲击性能较好;随着热循环次数的增加,试样表面的孔洞的数量和尺寸也明显增加;裂纹扩展过程中出现了裂纹的偏转、弯曲和桥接现象。初步探讨了热冲击裂纹的形成和扩展机理。

纳米Al2O3对Ti(C，N)基金属陶瓷性能的影响

研究了纳米Al2O3对Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能的影响,探讨了微米/纳米金属陶瓷的增韧机制。对断裂模式的改变、显微结构的变化、多条裂纹的产生等进行了分析。