Al/SiC/PCS先驱体裂解-反应机理研究

以热重 -差热 (TG -DTA)、流动氮气气氛中不同裂解温度下产物的X射线衍射 (XRD)和元素线扫描 (ELEM)方法研究了含活性填料Al,惰性填料SiC的聚碳硅烷 (PCS)先驱体的裂解 -反应机理。研究表明 ,PCS的裂解从 40 0℃左右开始 ,80 0℃时基本完全。体系由于裂解产生挥发性小分子而失重。当体系中含有PCS特别是SiC微粉时 ,Al的氮化温度会大大下降 ,转化率大大提高 ,SiC起着类似催化剂的作用。当裂解温度升高至 60 0℃时 ,Al微粉开始熔化 ,与SiC或PCS的中间裂解产物 [PCS]作用 ,形成中间体 [AlaCb]和 [Si]。随着温度的升高 ,中间体与保护气氛N2 发生氮化反应 ,形成AlN和SiC。当裂解温度上升至 10 0 0℃时 ,反应基本完成。

重掺杂p型SiC晶片Ni/Al欧姆接触特性

系统研究了Al和Ni/Al两种金属体系在重掺杂p型SiC晶片上的欧姆接触特性和电学性质。利用X射线衍射、扫描电子显微镜和综合物性测量系统对这两种电极表面的微观结构和样品的电学性质进行了表征。结果表明:在真空环境下经过800℃退火后Al电极可呈现出欧姆接触行为,其比接触电阻率为1.98×10^(-3)Ω·cm^(2),退火处理后Al电极与SiC在接触界面形成化合物Al_(4)C_(3),有助于提高接触界面稳定性。在Ni/Al复合体系中,当Ni金属层厚度为50 nm时,其比接触电阻率显著降低至4.013×10^(-4)Ω·cm^(2)。退火后Ni与SiC在接触界面生成的Ni_(2)Si有利于欧姆接触的形成和降低比接触电阻率。研究结果可为开发液相法生长的p型SiC晶片电子器件提供参考。

PCS/VHPCS复相碳化硅先驱体的制备及性质研究

固态聚碳硅烷和全氢聚碳硅烷是目前研究较多的聚合物碳化硅陶瓷先驱体,在碳化硅陶瓷及其复合材料的制备方面具有广泛应用。制备了由不同比例固态聚碳硅烷(PCS)和乙烯基全氢聚碳硅烷(VHPCS)组成的复相碳化硅陶瓷先驱体,并对先驱体及其裂解产物的理化性质以及结构等进行了研究。研究表明,当PCS引入量低于30 wt.%时,PCS/VHPCS复相先驱体黏度低于200mPa·s;当PCS引入量低于20wt.%时,陶瓷产率可达到80%以上。PCS/VHPCS复相先驱体陶瓷产物为半结晶状β-SiC,晶粒尺寸较小,无明显晶界出现,且元素分布均匀,碳硅比低于PCS衍生陶瓷。

基于第一性原理的Si/SiC、Al/SiC界面成键特性和结合强度对比研究

采用半固态搅拌铸造法制备AlSi7-SiC复合材料,并利用真空压铸工艺实现了其近净成形,结合第一性原理计算方法研究了共晶Si对SiC颗粒和基体界面结合强度的影响.结果显示,在AlSi7-SiC复合材料中,发现较为严重的共晶Si偏析现象,当SiC颗粒同时处于共晶Si和α-Al边界时,形成了少量的共晶Si夹杂、被大量共晶Si包裹、完全被共晶Si包裹三种典型的界面.第一性原理计算结果显示,在C端和Si端的Si/SiC界面中,弛豫后topSi 1配位方式具有最大的粘附功,与Al/SiC界面相比,Si/SiC界面具有更高的结合强度.Si偏析相提高了界面处的电荷密度,因而具有更好的界面结构稳定性.

激光切割SiC/Al复合材料的温度场仿真分析

SiC/Al复合材料具有较高的强度、较低的热膨胀系数和较好的耐腐蚀性,使其在多个高技术领域中具有很大的应用潜力和价值。然而,由于SiC/Al复合材料的高硬度特性,使用传统切削技术对其进行加工时,刀具磨损严重,影响加工效率。而激光切割技术在SiC/Al复合材料加工方面具有显著优势。文章利用有限元分析软件对SiC/Al复合材料进行仿真分析,了解材料特性和激光切割去除机理,探究加热时间、光斑尺寸等对材料表面温度场的影响。

PCD刀具超声振动车削SiC_p/Al复合材料时的切削力特性研究

用PCD刀具对SiCp/Al复合材料进行了超声振动车削与普通车削的对比试验 ,探讨了切削速度、进给量和切深三种切削参数在两种切削状态下对切削力的影响规律 ,得出了超声振动车削SiCp/Al复合材料的主切削力经验公式。

PCS的沉淀分级对SiC纤维性能的影响

研究了聚碳硅烷 (PCS)的沉淀分级对碳化硅 (SiC)纤维性能的影响。结果表明 ,沉淀分级可以使PCS的相对分子质量分布变窄 ,减少低分子部分的含量 ,虽然纺丝较为困难 ,但能提高SiC纤维的力学性能 ,这对于终极目标为提高纤维力学性能的SiC纤维的制备过程来说 。

基于Al-B-C烧结助剂的SiC_(nf)增强SiC陶瓷基复合材料制备及性能研究

以单晶碳化硅纳米纤维(SiC_(nf))为增强体,以铝(Al)粉、硼(B)粉和超细炭黑为烧结助剂,通过化学气相沉积及浸渍裂解工艺在SiC_(nf)上制备了PyC、BN双层界面包覆层,采用热压烧结法制备SiC_(nf)增强SiC陶瓷基复合材料(SiC_(nf)/SiC-CMC)。实验结果表明,Al-B-C烧结助剂在1850℃生成了液相Al8B4C7,促进了SiC陶瓷的致密化,提高了复合材料致密度。当烧结助剂含量为10wt.%时,随着Si Cnf含量的增加,复合材料内孔隙增多,致密度降低,抗弯强度和断裂韧性先增大后降低。当SiC_(nf)含量为10 wt.%时,复合材料的力学性能达到最优,抗弯强度和断裂韧性分别为414 MPa和9.65 MPa·m1/2,相较于未添加SiC_(nf)的热压烧结SiC陶瓷,其韧性提高了93.8%。微观结构分析表明,SiC_(nf)主要通过纤维拔出的方式来增加裂纹扩展时的能量消耗,达到提升陶瓷断裂韧性的效果。

PCD刀具高速铣削高体积分数SiCp/Al复合材料试验研究

进行了PCD刀具高速铣削SiC颗粒体积分数高达65%的SiCp/Al复合材料的试验研究。通过对比试验,研究了刀尖圆弧半径和PCD颗粒尺寸对刀具寿命的影响,并考察了铣削参数(铣削速度、进给量和铣削深度)对铣削力、表面粗糙度和表面残余应力的影响。

冷喷涂Al6061/SiC复合涂层的制备及性能研究

为提高铝合金在实际应用过程中的服役寿命和可靠性,常需在表面制备涂层以提高其耐磨及耐腐蚀性能。采用不同种类的SiC粉末,利用冷喷涂工艺在Al7075合金基体表面制备了Al6061/SiC复合涂层,并探究了SiC含量和粒径对涂层微观组织、磨损性能及耐腐蚀性能的影响。结果表明:添加不同种类SiC颗粒所制备的Al6061/SiC复合涂层均致密;相同SiC比例下,黑SiC所制备的涂层硬质颗粒含量最高,在10 N载荷下磨损率最低,但涂层的耐腐蚀性能相近;Al6061与黑SiC以不同质量比所制备的涂层中,涂层磨损率随着SiC比例的增加呈现先减小后增加的变化趋势,比例为3∶7的涂层硬质颗粒含量最高(57.5%),磨损率最低[1.7876×10^(-4)mm^(3)/(N·m)],但其耐腐蚀性能不如其余比例的涂层;将黑SiC筛分得到15~30μm和>30μm 2种粉末,将Al6061分别与这2种粉末按照3∶7质量比混合,所制备的涂层磨损性能均不如原始粉末,但耐腐蚀性能均优于原始粉末,其中混合15~30μm黑SiC所制备涂层的腐蚀电流密度为9.59×10^(-5)A/cm^(2)。

改性多层石墨烯加入量对Al_(2)O_(3)-SiC-C浇注料性能的影响

为了将亲水性较差的多层石墨烯更好地利用在Al_(2)O_(3)-SiC-C质铁沟浇注料中,先使用硅溶胶对多层石墨烯进行改性,然后将其添加到Al_(2)O_(3)-SiC-C质铁沟浇注料中,主要研究了硅溶胶改性多层石墨烯添加量(外加质量分数分别为0、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%)对Al_(2)O_(3)-SiC-C质铁沟浇注料的流动性、烧后线变化、显气孔率、常温强度和高温强度等性能的影响。结果表明:1)在加水量相同的情况下,浇注料的流动值随改性多层石墨烯加入量的增多而线性减小。2)随着改性多层石墨烯加入量的增加,烘干及不同温度热处理后浇注料的致密度、常温强度、高温强度都呈先增大后减小的变化趋势,并且都在加入0.1%(w)的改性多层石墨烯时达到最大。

高体分SiCp/Al复合材料的热加工特性研究

利用Gleeble-1500型热模拟试验机,在变形温度420~540℃、应变速率0.003~0.100 s-1的条件下对真空热压法制备的25vol%SiCp/Al-30Si复合材料进行了等温热压缩试验,建立了基于峰值应力的包含Arrhenius项同时考虑应变、应变速率及温度影响的本构方程,观察了复合材料压缩变形前后的组织形貌。结果表明:25vol%SiCp/Al-30Si复合材料的流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增加而升高,显示为较强的变形温度与应变速度敏感性。通过线性回归分析计算了复合材料的应变指数n以及变形激活能Q,复合材料的热压缩流变应力可用包含Zener-Hollomon参数的双曲线正弦关系来描述。复合材料在低温热压缩变形中发生了伪塑性变形,温度不低于540℃、应变速率0.003~0.010 s-1条件下热加工可修复和改善复合材料的空洞和颗粒区域性分布不均。

SiC/Al复合材料的显微组织与界面研究

通过无压浸渗工艺制备了体积分数为45vol%,颗粒粒径为80μm的SiC/Al复合材料,利用金相显微镜、扫描电子显微镜观察复合材料的显微组织。结果表明,SiC/Al复合材料中可观察到增强相颗粒在基体中均匀分布,局部组织中存在孔隙和界面结合不良的情况。基体中的Si元素会以共晶Si的形式析出;C元素分布较为均匀,主要是参与了和Al基体的界面反应;基体中存在Mg和Si的富集区域,主要是由于浸渗过程中析出了Mg2Si相;近界面处存在富Mg和O的反应产物,复合材料中各种组织和相的存在均会影响材料的力学性能。

Al填料改性PIP-2D SiC_(f)/SiC复合材料力学性能和电磁屏蔽性能

以Al粉为活性填料,采用先驱体浸渍裂解法(PIP法)制备二维连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(2D SiC_(f)/SiC复合材料),采用XRD、SEM和热失重仪分析不同Al粉含量对聚碳硅烷裂解产物的组织成分演变行为,采用力学试验机和矢量网络分析仪研究不同Al粉含量对复合材料的力学及电磁屏蔽性能影响。结果表明:随着Al填料质量分数从0%增加至40%,复合材料弯曲强度先升高后下降,最高可达383 MPa;Al填料的引入使得复合材料复介电常数逐渐升高,电磁屏蔽效能逐渐增加至26 dB,得到了显著的提升,电磁屏蔽效能大幅度提升主要原因是Al填料含量增加引起复合材料复介电常数虚部显著增加。

基于析因设计的PTFE/Al/SiC力学响应多因素分析

为探究SiC质量分数、SiC粒径和Al粒径及其交互作用对PTFE/Al/SiC(PAS)反应材料力学性能的影响,通过23析因准则设计并制备了8种不同配比的PTFE/Al/SiC反应材料,并进行了准静态压缩实验和分离式霍普金森压杆实验。通过t值排序法筛选显著因子,并分析显著因子贡献率及扰动趋势。通过响应面法分析显著的交互作用。结果显示,较高的SiC质量分数对PTFE/Al/SiC材料的力学性能具有积极影响。在应变率突变的情况下,SiC粒径对材料力学响应产生了相反的扰动趋势。Al颗粒对于PAS材料系统的力学响应作用有限。强烈的因子交互作用不容忽视。在低应变率加载下,SiC质量分数/SiC粒径交互作用显著,当SiC质量分数高且粒径较小时,可以双重优化颗粒分散状态和界面结合强度,从而提高材料的力学响应。在高应变率加载下,较高SiC质量分数的PAS材料动态力学响应较高,且SiC粒径/Al粒径交互作用显著。当SiC与Al颗粒的粒径尺寸接近时,材料的动态响应值能够得到有效提高。

SiC/Gr/Al复合材料残余应力的有限元模拟

采用COMSOL有限元软件构建了二维随机分布的SiC/Al和混杂增强SiC/Gr/Al复合材料的模型,研究了第二增强相石墨(Gr)的加入对SiC/Gr/Al复合材料热残余应力的影响规律。结果表明:SiC/Al和SiC/Gr/Al复合材料的最大热残余应力分别集中在SiC颗粒与铝基体的两相界面处和片状石墨尖端与铝基体的两相界面处。在40%SiC/Al复合材料中加入5vol%Gr后,复合材料的平均残余应力减小,主要是由于石墨与铝基体的弱界面结合松弛了部分热应力。SiC/Gr/Al复合材料的最大残余应力随Gr尺寸先降低后变化迟缓,平均残余应力变化较小;SiC/Gr/Al复合材料的最大残余应力随Gr体积分数的增加先增加后变化迟缓,平均残余应力呈下降趋势。

SiC颗粒清洗介质对无压浸渗SiC/Al复合材料微观组织和力学性能的影响

选用国产磨料级SiC颗粒,平均粒径在60~80μm范围内,采用无压力渗透法制备了SiC/Al复合材料。采用不同的清洗方法对硅碳颗粒上的细颗粒和有机物进行了连续清洗,考察了它们对SiC/Al复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明,经去离子水和丙酮清洗的碳化硅颗粒表面整洁,所得复合材料内部缺陷显著减少,力学性能分别提升至(347.48±29.87)和(348.39±4.40)MPa。其中,丙酮可有效清除颗粒表面吸附颗粒和有机物,整体保证颗粒与熔融铝液的润湿性,复合材料内部缺陷最少,材料力学性能稳定性最好。

SiC含量对铝基复合材料性能的影响

SiC增强铝基复合材料因具有高比强度、高导热与高耐磨等性能而被广泛应用于航空航天、电子封装与交通运输等领域。本文采用热压烧结法制备了SiC颗粒增强铝基复合材料,研究SiC含量对铝基复合材料微观组织及力学性能的影响。用X射线衍射、阿基米德排水法、洛氏硬度分析与三点抗弯法测定试样的物相组成、表观密度与力学性能,用SEM分析试样微观形貌,用激光闪射法测定导热系数。研究结果表明,随SiC颗粒体积分数从0%增加到60%,试样的硬度先增大后降低,在SiC体积分数为50%时达最大值,为90 HRB。试样的导热率先增加后降低,在SiC体积分数为30%时达到最大值,为324.05 W/(m·K)。随SiC体积分数增加,金属基体与增强体结合紧密,无明显孔隙。当SiC体积分数增加到60%,试样孔隙率增加,致密度降低,强度下降。

制备空间光机结构件的高体份SiC/Al复合材料

采用无压浸渗复合新方法和自行研制的专用工艺设备，低成本地制备了用作空间光机结构件的高体份（55％～57％）SiC／Al复合材料大尺寸坯锭，并对其微观结构特征、基本的力学及热物理性能和断裂机制予以表征。此外，还通过线切割、电火花成型等特种加工手段将该种复合材料制造成反射镜背板、焦面板等一系列空间光机结构用典型样件。研究结果表明，该材料既有优异的结构承载功能（弹性模量213GPa，而比模量则比铝合金、钛合金及钢高出近两倍），又有卓越的热控功能（其热膨胀系数比钛合金还要低，热导率接近纯铝，达到235W／m·K），若以其替代钛合金用于空间光机结构可望获得显著的轻量化效果并降低热控负荷、改善热控效果。

SiC_p氧化处理对SiC_p/Al复合材料润湿性和界面结合的影响

通过对SiCp在不同温度下的氧化处理,研究了颗粒氧化对搅拌铸造法制备的SiCp增强铝基复合材料的润湿性和界面结合的影响。结果表明,氧化处理后的颗粒表面形成了具有一定厚度的SiO2氧化层,该氧化层在高温下与铝熔体发生界面反应,从而有效地改善了颗粒与基体间的润湿性,提高了界面结合强度;所制备的复合材料颗粒分布均匀,界面结合良好;界面处有MgAl2O4、Mg2Si生成,没有发现有害界面反应产物Al4C3;复合材料的断裂方式为颗粒的断裂和颗粒从基体中的拔出。