反应热压烧结Al_4SiC_4/C复合材料

以铝粉、石墨粉和有机物聚碳硅烷(PCS)为原材料,采用预裂解及原位反应热压烧结的方法制备了Al4SiC4/C复合材料。通过XRD、SEM及力学分析等测试手段对材料的结构及性能进行了分析研究。对烧结材料的XRD分析结果表明所加入原材料按设计转化为新相。但组织观察表明两相均存在不同程度的团聚现象。Al4SiC4/C复合材料的力学行能随着Al4SiC4含量的增加而逐渐升高。

联合添加微量Sc、Zr元素对B4C/7075Al复合材料力学性能和腐蚀行为的影响

限制高强度B4C/Al复合材料工程应用的关键为腐蚀问题,添加微量合金元素是提高其耐蚀性的有效措施。采用压力浸渗法制备了B4C/7075和添加微量Sc、Zr元素的B4C/7075-0.15Sc-0.35Zr复合材料,利用扫描电镜、透射电镜、弯曲性能测试、拉伸性能测试、中性盐雾试验和电化学测试对比研究了联合添加Sc和Zr元素对B4C/7075Al复合材料的显微组织、力学性能和腐蚀行为的影响。结果表明:添加Sc和Zr元素后,复合材料的抗弯曲强度和抗拉强度升高,腐蚀速率降低,腐蚀电流密度(Jcorr)下降,耐蚀性增强,这是因为添加Sc和Zr元素后,复合材料的晶界析出相细小且不连续分布,无析出带(PFZ)消失。

SiC/SiBCN-Si_(3)N_(4)复合材料力学性能研究

为了深入了解SiC/SiBCN-Si_(3)N_(4)材料微观形貌与高温力学行为,建立科学可靠的定量表征方法,本文使用多种表征手段对SiC/SiBCN-Si_(3)N_(4)材料进行定量观测,首先进行材料孔隙率及密度的测试,随后进行材料高温原位力学性能测试并对材料损伤机理进行了分析,最后基于试验数据构建了一种可解释的深度学习模型,实现了材料高温非线性本构关系预测。样件力学性能分析结果表明:平均应力预测误差为0.27%~0.59%、平均应变预测误差为1.96%~3.41%;同时通过量化分析明确了影响力学性能的因素依次为温度、偏轴角度、孔隙率及密度。本文实现了不同环境温度、偏轴角度与外载荷作用下SiC/SiBCN-Si_(3)N_(4)宏观力学性能的预测,可为陶瓷基复合材料高温本构模型的建立提供新思路。

形变参数对B_(4)C_(P)/6061Al复合材料热变形行为的影响

通过对B_(4)C_(P)/6061Al复合材料进行热压缩实验,系统研究了不同温度和应变速率对其流变应力和微观组织演变的影响。采用EBSD表征方法分析了复合材料的晶粒形貌、取向差角分布和晶粒尺寸的演变规律。结果表明,动态再结晶是复合材料热变形过程中的主要软化机制。随着温度的升高和应变速率的降低,平均晶粒尺寸和大角度晶界比例逐渐增大,在高温低应变速率下,B_(4)C的加入限制了DRX晶粒的生长,导致生长的DRX晶粒被拉长。

SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料的界面研究(英文)

采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪研究了用中国制备SiC纤维增强的Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,发现在SiC纤维的C涂层和Ti-6Al-4V基体之间形成的界面反应产物为细晶粒和粗晶粒的TiC,而无C涂层的SiCf/Ti-6Al-4V的界面反应产物,从SiC纤维到Ti-6Al-4V基体,依次为细晶粒的TiC+Ti5Si3、粗晶粒的TiC和Ti3SiC2。还测量了界面反应区厚度并讨论了界面反应机理。

SiC/Ti6Al4V复合材料界面反应产物的形成序列及扩散路径(英文)

通过 SiC/Ti6Al4V 钛基复合材料的制备及在不同条件下的热处理试验,利用 SEM, EDS 及 XRD 分析技术研究复合材料界面反应产物相的形成及反应元素的扩散路径。结果表明:反应元素如 C,Ti,Si 在界面反应层中出现浓度波动,合金元素 Al 并没有显著扩散进入界面反应产物层,而是在界面反应前沿堆积,其界面反应产物被确认为 Ti3SiC2 ,TiCx, Ti5Si3Cx和Ti3Si;在界面反应初期,存在着 TiC+Ti5Si3Cx 双相区,当形成各界面反应产物单相区时,SiC/Ti6Al4V 复合材料界面反应扩散的完整路径应为: SiC ┃ Ti3SiC2 ┃ Ti5Si3Cx ┃ TiCx ┃ Ti3Si ┃ Ti6Al4V+TiCx;界面反应产物层的生长受扩散控制,遵循抛物线生长规律,其生长激活能 Qk及 k0分别为 290.935 kJ·mol-1,2.49×10-2 m·s-1/2。

热压制备Ti_3SiC_2/MgAl_2O_4复合材料及其性能研究

采用反应热压烧结法制备Ti3SiC2/MgAl2O4复合材料,研究MgAl2O4含量对该复合材料致密化程度、显微结构以及力学性能的影响。结果表明:MgAl2O4和Ti3SiC2两相之间具有很好的化学相容性;MgAl2O4的引入对该复合材料的烧结致密度影响不明显;MgAl2O4晶粒镶嵌在Ti3SiC2晶粒的层片之间,相互穿错搭接,可以有效地阻止裂纹的扩展;适当的MgAl2O4可以改善复合材料的力学性能,当MgAl2O4的质量分数为20%时,其抗弯强度达到421.4 MPa,当MgAl2O4的质量分数为10%时,其断裂韧性达到4.27 MPa.m1/2。

SiC_f/Ti6Al4V/Cu复合材料的界面行为及力学性能

采用箔-纤维-箔法制备SiCf/Ti6Al4V/Cu复合材料,研究Ti6Al4V在连续SiC纤维增强Cu基复合材料中作界面改性涂层时的界面反应结合特征。利用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪分析复合材料显微组织、断口形貌以及SiCf/Ti6Al4V界面和Ti6Al4V/Cu界面的反应扩散特征。结果表明:该复合材料的抗拉强度并没有显著提高;SiCf/Ti6Al4V界面反应非常微弱;而Ti6Al4V/Cu界面反应非常明显,主要是Ti原子与Cu原子之间的反应,反应层厚度约为20μm;反应产物主要呈4层分布,分别为CuTi2、CuTi、Cu4Ti3和Cu4Ti。

SiC／Al－4％Mg复合材料的组织特征及界面分析

试验观察发现，在ＳｉＣ粒子增强Ａｌ－４％Ｍｇ复合材料中，绝大多数ＳｉＣ粒子分布于α相的晶界，呈无规则排列，少量留在α相晶粒内。本文对其进行了理论分析。

SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性(英文)

采用三点弯曲法测定了SiC纤维单向增强的Ti-6Al-4V复合材料的表观断裂韧性,讨论了界面反应对断裂韧性的影响。研究结果表明,在裂纹尖端塑性变形区的未断纤维的桥联对复合材料的断裂韧性起很大的作用。经过热处理后,SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性降低,主要是由于严重的界面反应,使得SiC纤维受到一定的损伤,因而降低了纤维的承载能力,并使基体钛合金的脆性增大。

钎焊间隙对C/SiC复合材料与Ti6Al4V合金接头组织和性能的影响

采用AgCuTi+SiC连接材料对C/SiC复合材料与Ti6Al4V钛合金进行钎焊,并对钎焊接头进行了室温抗剪强度测试和室温至600℃热震试验。使用扫描电镜(SEM)观察了0.10～0.90 mm钎焊间隙范围内,钎焊接头的界面微观组织情况。结果表明,钎焊间隙为(0.55±0.05)mm时,接头平均抗剪强度值最高,达到141 MPa,且未发现热震裂纹。

SiC/Ti-6Al-4V复合材料界面反应的扫描电镜分析

采用扫描电镜分析了国产SiC纤维增强Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,发现不带C涂层的SiC纤维与Ti-6Al-4V反应形成TiC和钛的硅化物,带有C涂层的SiC纤维与Ti-6Al-4V反应仅形成TiC。观察表明C涂层的厚度差别较大。

SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料界面反应动力学

SiC纤维增强Ti基复合材料(SiCf/Ti)容易发生界面反应,从而影响其力学性能。开展界面反应和动力学的研究,对于SiCf/Ti复合材料的制备和服役具有指导意义。采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射分析了SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应及其动力学,发现SiC纤维的C涂层与Ti-6Al-4V反应形成粗晶粒的和细晶粒的TiC,长期高温热处理使得界面反应加剧,TiC层加厚,当C涂层完全消耗后,界面反应层中除了TiC外,还出现了Ti3SiC2。研究表明,界面反应层的加厚受元素扩散控制,服从抛物线规律,求出的动力学参数Q为268.8kJ/mol,k0为0.0057m/s1/2。

铝对高岭石熟料合成Al_4SiC_4-Al_4O_4C复合材料的影响

将高岭石熟料粉、炭黑粉和金属铝粉按n（Al2O3）：n（C）：n（A1）：1：6．5：2．6配料作为基料，保持高岭石熟料粉和炭黑的量不变，改变金属铝粉的量，使n（A1）从2．6分别增加到3．9、5．5、7．0、8．6和10．4，以酚醛树脂为结合剂，无水酒精为分散剂，混匀后压制成型，坯体试样干燥后，在刚玉质管式炉内，氩气气氛下，于1700℃保温2h制备了Al4SiC4-Al4O4C复合材料。利用DTA—TG、XRD和SEM等测试技术，研究了铝粉加入量对该材料相组成和显微结构的影响。结果表明：在一定范围内随着金属Al粉加入量的增加，Al4SiC4产物的含量也会相应的增加。试样中生成的Al4SiC4有片状和块状两种形貌，粒径分别在5～15和10～20μm之间。金属Al粉添加量的增加，对Al4SiC4晶粒形状和粒径影响不大；合成的Al4SiC4粒径一般在1μm以下，主要分布在Al4SiC4晶粒表面，形状无规则，部分还粘结在一起。

TiO_2对制备Al_4SiC_4-Al_4O_4C复合材料的作用

将焦宝石粉、活性炭粉和铝粉按质量比39:27.6:33.4配料作为基料,再分别加入占基料总质量0、3%、6%和9%的TiO2粉末(锐钛矿型),加入<10%的酚醛树脂为结合剂混匀后,压制成型,坯体试样干燥后,置于刚玉管式炉中,通入流动氩气,分别于1300、1400、1500、1600和1700℃保温2h制备了Al4SiC4-Al4O4C复合材料。利用热重分析、化学分析、XRD和SEM等测试技术,研究了TiO2加入量对材料物相组成和显微结构的影响。结果表明:试样中的Ti在烧成过程中有少量损失,残余的TiO2在1300℃前全部反应转变为TiC,生成的TiC在1300～1700℃稳定存在;TiO2加入量对材料物相组成没有明显影响,但TiO2加入量超过3%时,Al4SiC4和Al4O4C的生成温度将由1500℃提升至1600℃;随着材料中Ti4+浓度增加,Ti4+更容易与Al4SiC4形成有限置换固溶体而导致晶格缺陷,促使Al4SiC4在1700℃分解,形成更多的Al4O4C短纤维,同时使试样表面生成片状Al2O3层。

B_(4)C/AlSi10Mg复合材料激光选区熔化成形工艺及性能研究

颗粒增强铝基复合材料因其卓越的综合性能而备受关注,选区激光熔化技术为复合材料的制备提供了新的路径。采用SLM技术成形不同含量B_(4)C颗粒增强AlSi10Mg复合材料,研究了成形工艺参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)对成形件显微组织、致密度和力学性能的影响规律。结果表明,B_(4)C/AlSi10Mg复合材料试样内部孔洞和裂纹较少,B_(4)C颗粒在铝基体中分布均匀,与AlSi10Mg基体有良好的结合。在激光功率240 W,扫描速度1400 mm/s,扫描间距0.13 m的工艺条件下,3%B_(4)C/AlSi10Mg(质量分数)复合材料致密度最高达到99.39%。当B_(4)C颗粒含量提高至5%时,尽管硬度有所提升,但致密度、抗拉强度及断裂伸长率均有下降。

钛合金Ti6Al4V表面纳米SiC增强Ni-Co基复合材料的制备工艺参数优化

以钛合金Ti6Al4V作为基体,采用电沉积技术制备了纳米SiC增强Ni-Co基复合材料。以复合材料中最高纳米SiC含量作为实验目标,通过极差分析对复合材料的制备工艺参数进行了优化,得到了最优工艺参数为:电流密度5 A/dm2、温度45℃、镀液中纳米SiC浓度10 g/L、pH 4.0。通过补充实验证实了最优工艺参数的正确性,结果表明:最优工艺参数下制备的复合材料表面质量良好,比较均匀地分布着微米级的孢状晶粒,其中纳米SiC含量约为3.18%。

掺加SiC晶须对B_4C-Al_2O_3复合材料性能的影响

B4C－ 20vol％ Al2O3和 B4C－ 30vol％ Al2O3两种材料分别掺加了 15vol％ (体积比 )的 SiC晶须 (SiCw)在 1850℃、 35MPa下热压烧结 40min。结果表明： SiCw的掺入，使复合材料的力学性能下降，特别是 B4C－ 30vol％ Al2O3材料的性能下降更为明显，弯曲强度和断裂韧性由原先的 389.5MPa和 5.76MPa· m1/2，分别下降到 293.4MPa和 4.11MPa· m1/2。通过分析找出了 SiCw对复合材料性能产生影响的原因。

SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料微观组织的形成

本文采用X射线衍射、金相显微镜、扫描电镜、能谱仪和EBSD等技术对纤维涂层法制备的SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的微观组织的形成进行了研究,发现纤维涂层法制备的SiCf/Ti-6Al-4V复合材料存在一定的界面反应,其基体钛合金的组织非常细小,在靠近SiC纤维处,基体钛合金基本上由等轴α组成,离纤维较远处的钛合金的组织为等轴α、条状的β转变组织和一些未转变的β相小颗粒。SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的微观组织的形成与高温热压成形过程中的元素扩散和应力分布有关。

Al_2O_3-Si_3N_4-SiC复合材料的抗高炉渣和碱蒸气侵蚀性能

以棕刚玉、氮化硅和碳化硅为原料在空气气氛下制备试样。采用静态坩埚法测试试样的抗渣和抗碱侵蚀性能。采用XRD、SEM和EDS等检测方法,研究了高炉渣和碱蒸气对试样的侵蚀机制。结果表明:(1)A l2O3-Si3N4-SiC复合材料的抗炉渣侵蚀性较好,抗碱侵蚀性较差。渣侵蚀主要是由于基质中的A l2O3与渣中的SiO2、CaO反应生成低熔点玻璃相,导致渣在试样内部渗透并反应;刚玉颗粒与渣中的MgO反应生成镁铝尖晶石,并伴随有体积膨胀,使其表层结构疏松。(2)碱蒸气侵蚀主要是K(g)在试样内扩散得比较深,并与基质中的A l2O3反应生成钾长石类矿物晶体;而刚玉颗粒与K(g)反应,导致刚玉颗粒内部产生大量裂缝,K(g)沿裂缝进入并与刚玉反应生成β-A l2O3,使刚玉颗粒表面剥落,露出新的表面与K(g)反应,最终导致刚玉颗粒的熔蚀。但复合材料中SiC质量分数大于10%时,能有效抵制K(g)的侵蚀。