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。

烧结温度对BNNTs/B_4C陶瓷复合材料显微结构与力学性能的影响

以碳化硼(B4C)粉、硼(B)粉和氮化硼纳米管(BNNTs)为原料,采用热压烧结工艺,制备出高性能BNNTs/B4C陶瓷复合材料。研究了烧结温度对BNNTs/B4C陶瓷复合材料显微结构与力学性能的影响。采用硬度计、万能试验机、X射线衍射仪、扫描电镜等手段对样品性能进行了表征。实验结果表明,在最佳烧结温度2050℃,保温时间30 min,压力30 MPa时,BNNTs/B4C陶瓷复合材料的相对密度达到99.6%,力学性能最佳,维氏硬度、弯曲强度和断裂韧性分别为38.6 GPa、513.19 MPa、6.58 MPa·m1/2。

BNNTs/B_4C陶瓷复合材料的显微结构和力学性能研究

以B4C粉为主要原料,氮化硼纳米管(BNNTs)为补强增韧剂,无定形B粉为烧结助剂,采用热压烧结工艺制备出高性能BNNTs/B4C陶瓷复合材料。研究了BNNTs含量对BNNTs/B4C陶瓷复合材料显微结构和力学性能的影响。采用硬度计、万能试验机、扫描电镜等手段对样品性能进行了表征。实验结果表明,BNNTs含量为1.5wt.%时,BNNTs/B4C陶瓷复合材料力学性能最佳。弯曲强度、断裂韧性和维氏硬度分别为513.19MPa、6.58MPa·m1/2、38.6GPa,比无BNNTs加入的B4C陶瓷分别提高了28.0%、31.5%、14.0%。掺入BNNTs对B4C基体材料产生残余压应力,使复合材料的断裂韧性有所提高。

ZrB_2/B_4C-BNNTs层状复合材料的制备及其性能研究

以二硼化锆(ZrB_2)为硬夹层,氮化硼纳米管(BNNTs)为基体B_4C层补强增韧剂,聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为粘结剂,邻苯二甲酸二辛酯(DOP)为增塑剂,采用非水基流延成型工艺制备ZrB_2流延膜。研究了PVB含量、DOP含量以及固相含量对ZrB_2流延浆料流变性能的影响。实验结果表明:当PVB和DOP的加入量分别为5 wt%和6 wt%时可获得固含量为50 wt%的均匀稳定ZrB_2流延浆料,采用流延成型制备出不同厚度的ZrB_2流延膜。与本实验室已制备的B4C-BNNTS流延膜进行叠层、热压烧结制备出ZrB_2/B_4C-BNNTs层状复合材料。实验结果表明,当基体层与硬夹层的层厚比为2∶1时,在2000℃、压力30 MPa下热压烧结得到的ZrB_2/B_4C-BNNTs层状复合材料的力学性能最佳,其维氏硬度和断裂韧性分别为39.6 GPa、7.69 MPa·m^(1/2)。

层厚比和硬夹层组成对B4C-BNNTs/TiB2-B4C层状陶瓷复合材料性能的影响

以B4C为基体层材料,BNNTs为基体层补强增韧剂,TiB2为硬夹层,采用水基流延成型和热压烧结工艺制备了B4C-BNNTs/TiB2-B4C层状陶瓷复合材料。研究了基体层与硬夹层的层厚比、硬夹层组成和烧结温度对层状陶瓷复合材料的显微结构和力学性能的影响。实验结果表明：当层厚比为1,硬夹层组份为80 wt%TiB2＋20 wt%B4C,烧结温度为2050℃时,可以制备出力学性能良好的B4C-BNNTs/TiB2-B4C层状陶瓷复合材料,其抗弯强度和断裂韧性分别达到570.54 MPa和7.74 MPa·m^1/2。

水基流延成型和热压烧结制备TiB_2/B_4C-BNNTs层状陶瓷复合材料的研究

以二硼化钛(TiB_2)为硬夹层,硅(Si)粉为基体层碳化硼(B4C)的烧结助剂,氮化硼纳米管(BNNTs)为基体层的补强增韧剂,聚乙烯亚胺(PEI)为分散剂,羧甲基纤维素钠(CMC)为粘结剂,甘油为增塑剂,采用水基流延成型工艺制备TiB_2流延膜。研究了分散剂含量、粘结剂含量、增塑剂与粘结剂质量比值(R值)以及固相含量对TiB_2流延浆料流变性的影响。实验结果表明:当PEI含量为2wt.%,CMC含量为5wt.%,R值为0.9,固含量为55 wt.%时可制备出高质量的TiB_2流延膜。与本实验室已制备的B_4C-BNNTS流延膜以不同层厚比进行叠层、热压烧结制备出TiB_2/B_4C-BNNTs层状陶瓷复合材料。实验结果表明:当基体层与硬夹层的层厚比为1.8:1时,预制体于2040℃、30 MPa下热压烧结30 min制备的TiB_2/B_4C-BNNTs层状陶瓷复合材料的力学性能最佳,其抗弯强度和断裂韧性分别达到598.63 MPa和7.84 MPa·m^(1/2)。

B_4C-BNNTs/TiB_2-B_4C层状复合材料层间残余应力分析及界面组成优化

采用ANSYS软件对B_4C-BNNTs/TiB2-B_4C层状复合材料中硬夹层含不同体积分数B_4C时的残余应力进行了分析,结果表明,随着B_4C含量的增加,复合材料的层间残余应力呈下降趋势。基于分析结果,采用热压烧结工艺制备了硬夹层含不同体积分数B_4C的复合材料样品。研究了B_4C体积分数对B_4C-BNNTs/TiB_2-B_4C层状复合材料层间残余应力、界面结合情况、相对密度及力学性能的影响。结果表明:当B_4C含量为15 vol%时,可得到最佳结果,此时材料的相对密度、抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为99.1%、509 MPa、7.49 MPa·m^(1/2)和38.6 GPa。

B_4C/Al-Al层状复合材料的微观组织与力学性能

以6061Al合金板为包覆材料,以B4C/Al材料作为中间层,采用粉末冶金法制备三明治结构的B4C/Al-Al层状复合板,进一步轧制成不同厚度的板材。对复合板的微观形貌与结构进行观察和分析,测试材料的抗拉强度和硬度,分析断裂机理。结果表明:B4C/Al-Al层状复合板的Al合金层和B4C/Al层之间界面结合良好,在B4C/Al层中B4C颗粒均匀分布在Al合金基体中;复合材料的硬度呈"馒头峰"分布,中间层的硬度大于包覆层的硬度;随板材轧制厚度减小,复合材料的抗拉强度提高,最大抗拉强度达205 MPa,与轧向呈0°,45°和90°这3个方向的抗拉强度相差不大,拉伸过程中的温升差约为2℃;B4C颗粒的加入对Al合金基体起到强化作用,断裂过程中的失效形式主要为颗粒/基体界面脱粘和铝合金的撕裂。

B_4C/BN层状陶瓷复合材料的研究

采用流延/涂层的方法制备了B_4C/BN层状陶瓷复合材料,研究了材料结构、B_4C/BN层厚比、基体厚度对陶瓷材料强度和断裂韧性的影响。采用三点弯曲法和压痕强度法分别测试了材料的弯曲强度和断裂韧性。采用SEM分析手段对层状陶瓷的显微结构和裂纹偏转进行了研究。结果表明,当B_4C/BN陶瓷层厚比在15左右时,层状陶瓷的弯曲强度达到448 MPa,断裂韧性达到7.86 MPa·m^(1/2)。BN的弱界面对裂纹的偏转、分层和残余应力增韧是使得陶瓷材料断裂韧性提高的主要原因。

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/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。

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。

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。

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.

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 。

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。