Si在熔渗制备B4C-Si复合材料界面作用机制的第一性原理研究

采用第一性原理的方法对熔渗制备B4C-Si复合材料的界面进行了研究,通过建立Si原子在B4C晶体(0001)表面的不同占位情况,获得了Si在熔渗制备B4C-Si复合材料界面的作用机制。结果表明,在熔渗温度下,孤立的Si原子更容易落在B4C晶体中二十面体形成的正六边形中心的上方,而不容易置换“C-B-C”三原子链里的C原子以形成Si C。Si原子在B4C晶体(0001)表面所处的位置是Si原子与表面C原子和周围B原子的综合作用,Si原子与C原子形成了离子键。上述结果为随后降温过程中Si原子集团与B4C晶体的结合提供了更好的晶格匹配,使得Si更容易在界面处结合。

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。

B-g-C_(3)N_(4)/BiOBr复合材料光催化降解盐酸四环素的研究

文章通过研磨和煅烧合成掺杂硼的g-C_(3)N_(4)(BCN-n),再通过溶剂热法制备硼掺杂g-C_(3)N_(4)/溴氧铋(BCN-n/BiOBr)材料,用于光催化降解盐酸四环素(TCH)污染物。文章探究了不同复合比、pH值、催化剂投加量及不同污染物浓度下BCN-n/BiOBr材料的光催化性能,并通过TEM、XRD等对材料进行表征分析。实验结果证明,BCN-2(简称BCN)∶BiOBr最佳复合质量比为2∶1。在盐酸四环素溶液浓度为20 mg/L,原液pH=5.5,催化剂投加量0.2 g/L的条件下,BCN/BiOBr(2∶1)材料对盐酸四环素的降解率达到95.1%,与相同条件下BCN和BiOBr材料相比,降解率分别提高了10.7%和14.0%。BCN/BiOBr光催化剂是一种有前景的降解TCH的光催化材料。

热压温度对C-SiC-B_4C复合材料性能的影响

用热压烧结法制备C-SiC-B_4C复合材料,研究了热压温度对其显微组织和力学性能的影响.结果表明,材料的体积密度、抗折强度和断裂韧性均随着热压温度的升高而提高.在2000℃烧结的复合材料综合力学性能最佳,其体积密度、气孔率、抗折强度和断裂韧性分别达到2.81 g/cm^3、2.4%、236.7 MPa和5.4 MPa·m^(1/2).随着热压温度的提高,材料的组织经历了陶瓷相长大、C相变薄、C相和SiC逐渐致密化等过程.利用鳞片石墨C_(fg)易在压力下滑动在陶瓷基体上形成C_(fg)条状组织的特性,实现了材料的显微组织设计.碳陶复合材料的界面结合状态改善、C_(fg)条状结构和C_(fg)与陶瓷相的热膨胀不匹配是材料力学性能提高的主要原因.

C-SiC-B_4C复合材料烧结曲线的制定研究

利用TG-DSC热分析和傅里叶红外光谱分析研究了在不同炭化温度下C-SiC-B4C复合材料用煤沥青粘结剂的热缩聚焦化过程,考察了煤沥青焦化过程中内部结构基团变化。通过对中温煤沥青的TG-DSC分析和红外分析结果发现：中温煤沥青的结焦炭化过程主要在210~600℃之间完成,当利用煤沥青作粘结剂制备C-SiC-B4C复合材料时,这个温度区间的升温速率必须尽量减慢;一定范围内,随着烧结温度的提高,能够提高C-SiC-B4C复合材料的致密化程度。

B4C颗粒对C/C-SiC复合材料微观结构与力学性能的影响

采用浆料浸渗结合先驱体浸渍−裂解法制备B4C颗粒改性C/C-SiC复合材料,研究B4C颗粒对C/C-SiC复合材料力学行为的影响。结果表明,B4C颗粒改性的C/C-SiC复合材料的抗弯强度和断裂韧性分别为250.41 MPa和13.56 MPa·m^1/2,与C/C-SiC复合材料相比,其抗弯强度下降45.5%,而断裂韧性提高46.0%。B4C颗粒可促进SiC基体的烧结,但由于大量闭孔和基体弱界面的形成,导致材料抗弯强度降低。B4C颗粒改性的C/C-SiC复合材料断裂韧性提高的主要原因在于,B4C颗粒与SiC基体中的弱界面使裂纹在SiC基体中得到有效偏转,增加了裂纹在基体中的扩展路径,使得材料的断裂韧性提高。

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。

SiC晶须增韧B_4C-Si复合陶瓷材料

通过SiC晶须增韧B4C-Si复合陶瓷,改善其韧性,研究了晶须加入量对复合陶瓷材料的弯曲强度和断裂韧性的影响,并分析了其显微结构。碳化硅晶须加入量5%为佳,其弯曲强度和断裂韧性分别达到467.99MPa和5.77MPa?m1/2,断裂韧性提高了近35%。

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粒度配比对B_4C-Al复合材料显微组织与力学性能的影响

在B4C预烧体中真空熔渗铝制备B4C-Al复合材料,研究不同粒度配比对复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明:B4C-Al复合材料主要由B4C、Al、AlB2和Al3BC等相组成;随着细颗粒B4C(d50=1μm)含量的增加,复合材料的HRA硬度逐渐降低,抗弯强度逐渐增大,断裂韧性先增大后稍微降低,当细颗粒B4C含量为40%(质量分数)时,复合材料的气孔率、硬度HRA、抗弯强度和断裂韧性分别为1.08%、71.7、505.8MPa和6.41MPa.m1/2;延性铝的加入和细颗粒B4C的增加是造成材料断裂韧性提高的主要原因;随着Al渗入量的增加,复合材料断口中金属撕裂棱及韧窝的比例增加。

共沉淀法原位合成无压烧结TiB_2/B_4C陶瓷复合材料

以TiCl4溶液和B4C粉末为主要原料,采用共沉淀、原位合成无压烧结技术制备了TiB2/B4C陶瓷复合材料。研究了原料配比、烧结温度对TiB2/B4C陶瓷复合材料的烧结性能、显微组织和力学性能的影响。通过X射线衍射、金相显微镜、扫描电镜等分析手段,分析了TiB2/B4C陶瓷复合材料的物相组成、显微组织和断裂特征。研究结果表明:当成分质量配比TiB2:B4C为40:60时,材料最大相对密度为98.5%T.D;在最佳成分配比下,随着烧结温度的升高,原位合成制备的TiB2/B4C陶瓷复合材料的密度、硬度、抗弯强度均为先升高后降低,材料的最佳烧结工艺为2050℃,1h。在最佳烧结工艺下,TiB2/B4C陶瓷复合材料的密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性达到最佳值分别为3.17g/cm3,31.5GPa,381MPa和5.1MPa·m1/2。

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。

B_4C/Al复合材料力学性能及其断裂机理的研究

对无压浸渗法制备的B4C/Al复合材料进行了力学性能测试。结果表明,B4C/Al复合材料的抗弯强度和断裂韧性与单一B4C材料相比有显著提高。B4C/Al复合材料的抗弯强度及断裂韧性分别比单一B4C提高了18.39%和75.27%,但其硬度降低。B4C/Al复合材料经扫描电镜和背散射仪分析后发现,无压浸渗法制备的B4C/Al复合材料中没有大尺寸的显微缺陷,组织分布比较均匀、致密;B4C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;单一B4C存在较多的穿晶断裂,而B4C/Al复合材料的断裂方式主要以沿晶断裂为主,这是B4C/Al复合材料断裂韧性提高的主要原因。

B_4C/TiC/Mo陶瓷复合材料的力学性能和微观结构

采用热压法制备了B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料,分析了烧结工艺和TiC含量对B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料力学性能和显微结构的影响。当烧结参数为1900℃,45min,35MPa时,85.3%(质量分数,下同)B4C/10%TiC/4.7%Mo陶瓷复合材料的抗弯强度、韧性、硬度和相对密度分别为705MPa,3.82MPa.m1/2,20.6GPa,98.2%。添加的TiC在烧结过程中与B4C发生化学反应生成了TiB2,利用生成的TiB2与添加的Mo协同增韧补强B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料。

B_4C颗粒增强铝基复合材料微观形貌和力学行为分析

通过中温热压法(热压温度在固液相线之间)制备出不同碳化硼含量的铝基复合材料,并轧制成板。经T6热处理后对B4C/Al复合材料进行微观形貌、力学性能分析。结果表明,碳化硼颗粒分布均匀,有较少的微气孔缺陷,随着碳化硼含量的增加,增强颗粒尺寸明显变小。B4C/Al复合材料的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率随着碳化硼含量的增加而减小,与6061铝合金相比降低幅度较大,硬度随着碳化硼含量的增加而提高,靠近颗粒处硬度显著提高。B4C/Al复合材料的断裂方式是脆性断裂。

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。

热压法制备B_4C基复合材料的反应机理

以B4 C、Si3N4 、α SiC及TiC为原料 ,Al2 O3+Y2 O3为烧结助剂 ,利用反应热压法制备了性能良好的B4 C基复合材料。通过XRD ,DSC以及EDAX分析可知 :烧结后物相组成发生了变化 ,最终物相组成为B4 C、α SiC、BN以及TiB2 ,其中B4 C和α SiC是烧结后试样的主晶相。对本试验的多元体系 ,根据热力学原理 ,判断了可能出现的反应热力学行为 ,确定出了适合本体系的反应方程式 ,并分析了反应机理。

热压法制备高含量B_4C/铝基复合材料的显微结构与力学性能

采用低温真空热压法制备B4C质量分数为30%、平均粒度为23μm的B4C/Al基复合材料,热压温度控制在基体6061Al合金的固液相线之间。对B4C/Al复合材料进行显微结构分析和力学性能检测,结果表明:B4C/Al复合材料内无大尺寸的显微缺陷,组织分布较均匀、致密,界面结合较好;B4C/Al基复合材料的硬度比基体6061铝合金提高34.9%,断裂韧性是B4C增强颗粒断裂韧性的5.16倍,屈服强度比基体提高198.3%。利用Ramakrishnan提出的金属基复合材料屈服强度的分析模型,对30%B4C/Al复合材料的屈服强度进行计算,计算结果与实验结果基本符合。分析表明微米级B4C颗粒对6061Al合金的增强机制主要为载荷增强和位错增强。

B_4C(W,Ti)C陶瓷复合材料的制备及其性能

采用热压烧结工艺制备了B4 C/(W ,Ti)C陶瓷复合材料。研究表明 :B4 C/(W ,Ti)C陶瓷材料烧结时将产生化学反应 ,反应产物为TiB2 和W2 B5。B4 C/(W ,Ti)C陶瓷材料的性能与 (W ,Ti)C的含量密切相关 ,随 (W ,Ti)C含量的增加 ,材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性逐渐增加 ,硬度逐渐减小 ;当保温时间低于 5 0min时 ,材料的致密度、抗弯强度和硬度显著降低 ;B4 C/(W ,Ti)C陶瓷复合材料的最佳性能参数为 :抗弯强度 6 93MPa ,维氏硬度 2 3.5GPa ,断裂韧性 3 .9MPa·m1/2 。磨损实验表明 ,B4 C/(W ,Ti)C陶瓷材料在低速小载荷的实验条件下 ,耐磨性能优异 ,在高速大载荷的实验条件下 ,磨损过程中局部点的高温导致试样表面发生氧化 。

基于机械混合法无压烧结制备ZrB_2/B_4C陶瓷复合材料

研究无压烧结条件下原位合成工艺对ZrB2/B4C陶瓷复合材料的烧结致密化、力学性能、显微组织的影响.结果表明材料的密度随着烧结温度的增加和保温时间的延长先增加后降低,在烧结温度2060℃,保温30min时,ZrB2/B4C复合材料的相对密度可达93.2%;材料的硬度随着温度的升高而增大,在2070℃时达到最大值;材料的断裂韧性则随着温度的升高呈现下降趋势,从2000℃时的4.04MPa.m1/2下降到2060℃时的2.36MPa.m1/2.