原位生成CeB_6颗粒增韧B_4C/Al复合材料的研究

采用无压浸渗法制备了B4C-CeB6/Al复合材料,并对其进行了力学性能测试。B4C-CeB6/Al复合材料的密度、抗弯强度、断裂韧性相比单一B4C材料都有很大的提高,而硬度有所降低。其抗弯强度值为409.47 MPa,比单一碳化硼提高了39.32%;断裂韧性值6.58 MPa.m1/2,比单一碳化硼提高了78.80%。B4C-CeB6/Al复合材料的抗弯强度和断裂韧性的提高主要有两方面的作用:一是由于原位生成的CeB6和B4C颗粒之间热膨胀系数的不匹配产生残余应力,从而引起裂纹偏转起到增韧的效果;二是渗入金属铝的延展性在复合材料中得以体现,使复合材料韧性增加。

退火处理对B_4C-CeB_6/Al复合材料相组成及其力学性能的影响

首次向B4C中添加CeO2,原位合成制备了B4C-CeB6多孔增强体。然后采用无压浸渗法,将金属铝渗入B4C-CeB6增强体中,制备出B4C-CeB6/Al复合材料,对其进行了相组成的分析和力学性能的测试。对无压浸渗法制备的B4C-CeB6/Al复合材料进行不同温度下的退火处理后,对其也进行了相组成的分析和力学性能的测试。结果表明,在本试验的退火温度下,退火后的B4C-CeB6/Al复合材料的抗弯强度相比未退火的有显著提高;而退火后的B4C-CeB6/Al复合材料的断裂韧性略有提高;退火处理对复合材料硬度几乎没有影响。将未退火的B4C-CeB6/Al复合材料和退火处理后的B4C-CeB6/Al复合材料都用XRD检测其中的相组成,发现其中相组成无变化,但是复合材料中各相的含量变化却各不相同。

原位合成B_4C-CeB_6/Al复合材料过程中相组成的研究

向B4C中添加稀土CeO2、B4C和CeO2原位反应形成了B4C-CeB6预制体多孔材料,然后采用无压浸渗法,将铝渗入B4C-CeB6预制体中制备得到了B4C-CeB6/Al复合材料。采用XRD和DTA对制备B4C-CeB6/Al复合材料过程中各相的生成温度与化学反应进行了系统的研究。结果表明,CeO2加入到B4C中,在碳化硼预制体制备过程中CeO2与B4C及其中的碳在1240～1300℃温度区间发生原位反应,反应产物为CeB6。在0～1200℃的温度区间,不同温度下碳化硼和铝反应的生成相有Al3BC、AlB2和Al4C3。Al3BC和AlB2在645～690℃温度区间反应生成,是较低温度下的反应产物;而Al4C3在1150～1200℃温度区间反应生成,是较高温度下的生成相。

B_4C/6061Al复合材料焊接接头组织与力学性能研究

基于碳化硼中^(10)B同位素优良的热中子吸收能力,铝基碳化硼复合材作为中子吸收材料越来越多的应用于核电站中。但碳化硼颗粒的加入使该材料的可焊性变差,因此研究其焊接行为变得十分必要。采用钨极氩弧焊(Tungsten inert gas,TIG)和搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)对体积分数为30%的B_4C/6061Al复合材料进行焊接,研究不同焊接方法、焊缝填充材料对复合材料对接接头微观组织及力学性能的影响。B_4C/6061Al复合材料焊接接头拉伸性能如下:FSW焊>TIG焊(Al-Si焊丝)>TIG焊(6061Al焊丝)>TIG焊(6061Al-Mg焊丝)>TIG焊(无填充)。TIG焊缝区容易产生气孔、B_4C颗粒分布不均匀及有害生成相是导致其力学性能不佳的主要原因。FSW可以有效避免基体金属与增强相的高温化学反应,使得焊缝区的晶粒细化,增强相颗粒的分布比TIG焊均匀,为30%B4C/6061Al复合材料最佳焊接方法,其接头的室温拉伸强度达247 MPa,为母材强度的85%。

掺CeO2的B4C／Al复合材料性能的研究

以稀土氧化物CeO2作为添加剂，原位生成CeB6颗粒作为第二相，增强B4C陶瓷预制体，然后以无压浸渗法制得B4C-CeB6／Al复合材料。本文首先研究了B4C-CeB6预制体的相组成和组织形貌，然后对BC-CeB6／Al复合材料的力争性能、相组成、组织形貌以及断裂机制进行了分析。结果表明：B4C-CeB6／Al复合材料的抗弯强度达到了410．16MPa，断裂韧性也有了显著改善，达到了6．95MPa·m^1/2，比常规热压烧结单一碳化硼陶瓷性能有明显提高，这主要是由于原位生成CeB6颗粒增强了B4C陶瓷的强度：同时黏结金属相起到增韧的作用．

基于SPS方法对B_4C/6061Al复合材料的微观组织及磨损行为研究

采用化学镀铜的方法对B4C颗粒表面进行改性,以提高颗粒与基体合金之间的界面结合强度。通过等离子放电烧结（SPS）的方法制备颗粒含量为10%~50%的B4C/6061Al复合材料;对制备的复合材料的微观组织形貌、物相组成进行观察分析,并通过高速往复摩擦磨损试验机研究分析其磨损机制。结果表明：B4C颗粒均匀分布于基体合金中,B4C颗粒表面的镀铜层在等离子烧结过程中与基体发生反应,生成第二相Al2Cu,改善了增强体与基体间的结合情况;相对于B4C/6061Al复合材料,采用镀铜处理后的碳化硼制备出的复合材料表现出较低的磨损率,其磨损机制主要为粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损。

B添加对TiC/Ti6Al4V复合材料组织和耐磨性能的影响

用熔铸法制备原位自生钛合金基复合材料,研究B元素的添加对TiC/Ti6Al4V复合材料显微组织和耐磨性能的影响。结果表明:当B的加入量小于0.06%(质量分数,下同)时,随B加入量的增加,复合材料中的枝晶状增强相TiC的尺寸显著减小,由粗大的树枝状逐渐减小为细小的树枝状,甚至链条状和颗粒状,但是复合材料的耐磨性下降;当B添加量从0.1%增加到0.6%时,枝晶状TiC细化不明显,TiC周围伴有纤维状的TiB出现,复合材料的耐磨性能得到明显提高。B对TiC枝晶的细化是凝固前沿成分过冷区形核率的提高和TiC生长率降低的综合作用结果。耐磨性能的改善主要是生成的大量纤维状TiB共同参与了磨损所致。

B_4C/Al复合材料的研究进展及展望

综述了国内外B4C/Al复合材料的制备过程、反应产物、结构及主要性能。指出B4C/Al复合材料的主要反应产物为B4C、Al、Al4BC(Al3BC)、AlB24C4、AlB2、Al3B48C2及Al4C3,并讨论了B4C/Al复合材料界面反应产物对材料性能的影响和解决途径。同时指出B4C/Al梯度复合材料必将成为研究的发展方向。

无压浸渗法制备B_4C/Al复合材料研究

采用无压浸渗法,分别以纯铝、超硬铝LC4和铸造铝合金9Si-3Mg-1Zn为渗体和碳化硼陶瓷预制体进行复合,制备出有高陶瓷体分比的B-Al-C陶瓷-金属复合材料,弯曲强度350～600MPa,韧性5～9MPa·m-1/2,采用扫描电镜,X射线衍射仪和金相显微镜和透射电镜对材料的微观结构进行分析,分析结果表明材料界面复合良好,在碳化硼和铝的界面有薄的Al3BC反应层生成使碳化硼与铝紧密结合,在复合材料中碳化硼形成连续的骨架结构,金属相起到增韧、增强的作用。

B_4C增强Al基复合材料的研究进展

综述了当前B4C增强Al基复合材料的研究现状,通过对比不同制备工艺所得复合材料的拉伸强度、硬度、耐磨性能和延伸率等力学性能,总结了粉末冶金法、高能球磨法、无压渗透法、搅拌铸造法以及其他制备技术的优缺点,提出复合材料制备过程中存在的问题及解决方法;此外还介绍了B4C的强化机制;并对B4C增强Al基复合材料未来发展方向和研究重点进行了展望。

B_4C/Al复合材料的相及其显微组织的研究

用无压浸渗法制备了B4C/Al复合材料。采用X射线衍射仪、能谱仪、扫描电镜、透射电镜以及光学显微镜对复合材料的相及其微观组织进行了观察及分析。结果表明,在B4C/Al复合材料中,Al3BC相沿碳化硼和铝的界面生长,增加了碳化硼和铝的界面结合强度;AlB2是类似棒状的长条晶体,嵌于碳化硼和铝之间,当材料受外力冲击时起增韧作用。该复合材料中碳化硼以连续的骨架结构存在,而渗入的铝相也以连续基体的形式存在,形成了双连续骨架结构。该复合材料的断裂方式是沿陶瓷骨架的穿晶断裂和金属铝的桥接断裂。

工艺因素对B_4C-AlB_(12)-Al复合材料力学性能的影响

采用粉末冶金法,以B粉、Al粉、B4C粉为原料,在高纯氩气保护条件下,烧结制备了B4C-AlB12-Al复合材料。利用XRD和SEM对其物相组成和显微结构进行表征,研究了初始原料中Al加入量、烧结时间、烧结温度对材料力学性能的影响.结果表明:烧结试样中除含有B4C,AlB12,Al外,还含有Al3BC和少量Al2O3相;升高温度和延长烧结时间均不利于提高材料的抗弯强度;随原料中Al加入量的增加,材料的力学性能先增加后降低,原料中Al加入量(质量分数)为39.71%时试样的硬度最高为661.43 MPa,Al加入量为45.85%时抗弯强度最高达64.15 MPa.

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。

声发射方法表征B_4C/6061Al复合材料疲劳损伤机制

对B_4C/6061Al复合材料在疲劳载荷作用下的声发射响应和动态弹性模量进行了研究,综合表征了复合材料的疲劳损伤与裂纹萌生机制。检测了B_4C增强铝基复合材料在应力控制拉-拉疲劳试验下的疲劳性能,通过建立模型分析复合材料的断裂机理并通过动态弹性模量-声发射耦合方法分析B_4C/6061Al复合材料在疲劳载荷作用下的疲劳损伤机制;同时使用扫描电镜观察复合材料断口形貌,分析其断裂行为;最终通过所建立的模型分析复合材料断裂机理,并通过动态弹性模量-声发射耦合分析B_4C/6061Al复合材料在循环载荷下的疲劳损伤机制,建立复合材料塑性应变能、疲劳应变之间的线性关系。

无压烧结Al_2O_3/B_4C复合材料的组织与性能

利用金相显微镜、SEM、抗折试验机和维氏硬度计研究了无压烧结Al2 O3 /B4C陶瓷复合材料的组织与性能 .结果表明 ,B4C可细化Al2 O3 材料的晶粒 ,提高材料的机械性能 ,当B4C的质量分数为1 0 %时 ,材料的抗折强度最高为 5 60MPa ,当B4C的质量分数为 2 1 5 %时 ,材料的维氏硬度最高可达2 2 1GPa.文中还对材料的氧化性能进行了研究 .

B4C/6061Al复合材料在辐照环境中的老化行为

在快中子及γ射线环境中开展了耐辐照试验,并对含26%(质量分数,下同)和31%B4C的B4C/6061Al复合材料的老化行为进行了分析。结果表明:去离子水中经受3.99×1019nvt的快中子注量和3.30×1011radγ射线辐照后,试样表面颜色变深,但无明显的局部腐蚀和变形,辐照后B4C颗粒尺寸无明显变化,没有脱落现象;辐照后材料的屈服强度、抗拉强度和硬度略有增加,伸长率下降,有一定的辐照效应;辐照前后试样尺寸变化不明显,有轻微的增厚现象,说明表面形成了铝的氧化膜;辐照后材料密度略有降低,但仍然接近理论密度;辐照前后10 B面密度基本没有变化。

中子吸收用B4C/6061Al复合材料在硼酸水溶液中的腐蚀行为

对B4C/6061Al复合材料分别进行酸洗、阳极化和喷丸处理,研究了其在硼酸水溶液(90℃)中的均匀腐蚀、缝隙腐蚀和包覆腐蚀行为。结果表明:酸洗、阳极化、喷丸处理试样腐蚀不同时间后的质量、厚度、密度均变化不大;阳极化和喷丸处理试样均匀腐蚀后未呈现明显腐蚀现象,酸洗处理复合材料表面颜色随腐蚀时间延长而加深;缝隙腐蚀后,不同表面处理试样非模拟缝隙腐蚀区表面状态良好,而模拟缝隙腐蚀区的腐蚀程度较为严重;包覆腐蚀后,不同表面处理试样均发生局部腐蚀,生成了絮状的铝氧化物,阳极化处理试样的阳极化膜局部脱落。

B_4C/6061Al复合材料显微组织及力学性能研究

采用热等静压及真空烧结技术制备了B_4C/6061Al复合材料,研究了材料烧结态及热等静压态的密度及显微组织变化。研究表明,真空烧结制备的B_4C/Al复合材料密度仅为2.33 g/cm^3(相对密度为87%),复合材料内部存在少量孔隙,主要分布于B_4C与Al颗粒界面处;热等静压可显著提高其致密度,材料密度可达2.66 g/cm^3(相对密度为100%),且B_4C与Al界面处结合紧密,复合材料抗拉强度可达388.7 MPa。

B_4C/5083Al基复合材料的压缩性能

利用液氮球磨+热压+热挤压方法制备了B_4C/5083Al基复合材料,对该材料的微观结构和压缩性进行研究。结果表明:B_4C颗粒基本均匀的分布于复合材料中,压缩强度可达到946.5 MPa。B_4C/5083复合材料经450℃×1 h、500℃×1 h、530℃×1 h和550℃×1 h热处理后,压缩断裂强度先升高后降低。去除团聚严重的B_4C颗粒后,该复合材料的压缩断裂强度可达982 MPa。

B4C／Al复合材料的制备工艺和组织研究

研究了用无压浸渗法制备的B1C/Al复合材料的制备工艺和组织。通过对碳化硼陶瓷预制体成型压力和保压时间的控制，采用X射线衍射、扫描电子显微镜及能谱仪分别对B1C／Al复合材料的相组成、微观形貌和微区成分进行分析。结果表明：成型压力为100MPa，保压时间选择1．5min，预烧温度在1700℃时，可以制得组织致密、均匀的B1C／Al复合材料。金属铝在高温下浸渗时与碳化硼陶瓷骨架反应生成Al3BC，AlB2，Al2C3等陶瓷相。Al3BC和AlB2为主要反应产物。B4C／Al复合材料中碳化硼是以连续的骨架结构存在，渗入的铝相则以连续基体的形式铺满整个组织。