B_(4)C改性SiC/SiC复合材料自愈合机理研究

采用预浸料–熔渗工艺制备了B_(4)C改性SiC/SiC复合材料(SiC/SiC–B_(4)C复合材料),研究了SiC–B_(4)C改性基体在700℃、1000℃、1200℃、1350℃下氧化50 h的本征氧化行为及自愈合规律,有效观察到了基体的自愈合行为,同时考察了SiC/SiC–B_(4)C复合材料的抗氧化性能,通过材料重量变化和强度保持率衡量其在氧化环境中的损伤程度,揭示了氧化行为。研究结果表明,氧化初期B_(4)C开始发生氧化反应,此时的液态自愈合相主要成分为B_(2)O_(3)。随着温度的升高,氧化生成的SiO_(2)将与B_(2)O_(3)结合生成硅硼玻璃相,当温度进一步升高至1350℃时,由于硅硼玻璃分解加剧,导致自愈合效果减弱。此外,高温导致的硅硼玻璃黏度下降也将有利于氧化介质扩散。SiC/SiC–B_(4)C复合材料在1200℃氧化50 h后仍保持较好的力学性能,说明B_(4)C氧化后生成的B_(2)O_(3)、SiO_(2)等黏流态物质可以在一定程度上封填裂纹,赋予材料高温下自愈合机制。

热处理对不同体积分数B_(4)C增强铝基复合材料组织和力学性能的影响

为了探究热处理对碳化硼颗粒增强铝基复合材料(B_(4)C/6061Al)性能的影响,课题组选择体积分数分别为10.0%,17.5%,25.0%和31.0%的B_(4)C增强铝基复合材料进行热处理(535℃保温5.0 h后温水淬,165℃时效4.5 h),采用扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的微观组织形态,并运用万能拉伸试验机测试其力学性能。研究结果表明:随着B_(4)C体积分数的增加,B_(4)C颗粒呈现聚集、破碎和剥落现象;热处理后的B_(4)C/6061Al复合材料的强度随着B_(4)C体积分数的增加而提升,延伸率随B_(4)C体积分数的增加则呈下降的趋势。B_(4)C体积分数为10.0%时,复合材料的屈服强度和抗拉强度分别是220.8和246.0 MPa,延伸率为11.76%;当B_(4)C体积分数增加至31.0%时,复合材料的屈服强度和抗拉强度分别为330.2和358.3 MPa,延伸率为2.18%。热处理之后,复合材料发生了动态再结晶,B_(4)C增强颗粒周围出现高位错密度区域。

电弧熔炼Ti6Al4V/B_(4)C复合材料微观组织与力学性能

采用真空电弧熔炼技术制备了不同含量B_(4)C的Ti6Al4V/B_(4)C钛基复合材料,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、静态压缩及拉伸测试等对其微观组织及力学性能进行了表征分析。结果表明,电弧熔炼过程B_(4)C与钛基体原位反应生成TiB,TiC及TiB_(2)相,TiB呈现一维生长晶须状,TiC呈现颗粒状,在B_(4)C质量分数为10%时生成块状TiB_(2),并可能会形成特殊的中空棱柱状结构Ti(B_(x)C_(y))聚合物。原位反应生成的TiB_(2)可显著提高钛基复合材料的显微硬度。当B_(4)C质量分数为0.5%时,钛基复合材料原位反应生成的连续网状、均匀分布的TiB和TiC试样具有最优力学性能,试样最大抗压强度值达到1990 MPa,最大压缩应变为35.5%,压缩性能超过熔炼钛合金,抗拉强度达到1034 MPa,与熔炼钛合金材料相比提高近24%,但塑性有所降低,并随着B_(4)C含量增加,抗拉强度逐渐下降,其断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂。

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和SiC颗粒增强ZM5镁基复合材料的组织及力学性能

采用搅拌铸造法制备出B4Cp/ZM5和(SiCp+B4Cp)/ZM5复合材料。复合材料显微组织观察显示,增强颗粒较均匀分布于基体中。复合材料的硬度比基体ZM5镁合金有较明显提高,复合材料的抗拉强度相比ZM5镁合金也有提高,其中(7.5%B4Cp+7.5%SiCp)/ZM5复合材料的抗拉强度相比基体合金ZM5提高了约49%。复合材料的耐磨性能要明显高于基体ZM5镁合金,ZM5镁合金的摩擦系数低于(7.5%B4Cp+7.5%SiCp)/ZM5复合材料。

真空压力浸渗法制备B_(4)C/ZL301复合材料的组织与性能

采用真空压力浸渗法制备了B_(4)C体积分数约为60%的B_(4)C/ZL301复合材料,对基体材料和B_(4)C/ZL301复合材料微观组织、显微硬度、摩擦磨损及压缩性能进行测试分析。结果表明,采用真空压力浸渗法制备的B_(4)C/ZL301复合材料组织致密,增强相颗粒分布均匀,界面结合良好。复合材料的性能明显提高:平均显微硬度为252.00 HV,比铝合金基体(72.08 HV)提高了249.6%;平均摩擦因数为0.214,较铝合金基体(0.385)明显减小;复合材料的压缩强度相对于基体材料提升了9.1%。

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。

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。

电磁离心铸造B_4C和SiC增强铝基复合材料的研究

研究了电磁离心铸造B4C颗粒和SiC颗粒同时增强Al基复合材料在不同励磁电压下两种颗粒的分布,以及颗粒分布对复合材料硬度的影响。试验结果表明,在电磁离心铸造过程中施加0V励磁电压时,在试样截面上B4C颗粒和SiC颗粒分别分布在内外两侧,施加50V励磁电压时,B4C趋于向外层均匀化分布;施加100V励磁电压时SiC趋于向内层均匀化分布。颗粒的分布决定了硬度值的分布变化。

电弧熔炼Ti6Al4V/B_(4)C复合材料微观组织与力学性能

采用真空电弧熔炼技术制备了不同含量B_(4)C的Ti6Al4V/B_(4)C钛基复合材料,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、静态压缩及拉伸测试等对其微观组织及力学性能进行了表征分析.结果表明,电弧熔炼过程B_(4)C与钛基体原位反应生成TiB,TiC及TiB_(2)相,TiB呈现一维生长晶须状,TiC呈现颗粒状,在B_(4)C质量分数为10%时生成块状TiB_(2),并可能会形成特殊的中空棱柱状结构Ti(B_(x)C_(y))聚合物.原位反应生成的TiB_(2)可显著提高钛基复合材料的显微硬度.当B_(4)C质量分数为0.5%时,钛基复合材料原位反应生成的连续网状、均匀分布的TiB和TiC试样具有最优力学性能,试样最大抗压强度值达到1990 MPa,最大压缩应变为35.5%,压缩性能超过熔炼钛合金,抗拉强度达到1034 MPa,与熔炼钛合金材料相比提高近24%,但塑性有所降低,并随着B_(4)C含量增加,抗拉强度逐渐下降,其断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂.

炭/炭复合材料表面SiC/ZrSiO_4-SiO_2复合涂层的氧化行为（英文）

为提高炭/炭(C/C)复合材料的高温抗氧化性,采用包埋–刷涂法在其表面制备SiC/ZrSiO_4-SiO_2(SZS)复合涂层。研究SZS复合涂层包覆C/C复合材料在1500°C下不同氧分压测试环境下的抗氧化性能以及1500°C至沸水(100°C)的热循环性能。结果表明:SZS复合涂层试样具有优异的高温抗氧化性能和热震性能。在1500°C等温高氧分压环境下(空气流量36 L/h)氧化50 h后试样仅轻微失重(约0.03%),而在1500°C低氧分压(静态空气)中氧化111 h后仍然增重0.54%。此外,SZS复合涂层试样在高氧分压下氧化50 h及低氧分压下氧化80 h后,其残余压缩强度分别为70%和72.5%。SZS复合涂层试样在经历30次热循环以后,其质量损失率仅为1.61%,残余压缩强度约为74%。SZS涂层表现出良好的抗氧化性能和抗热震性能,可在高温下为C/C复合材料提供长期的保护。

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。

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。

B_(4)C/6061Al复合材料的制备及其组织和拉伸性能研究

Al基复合材料可以充分发挥增强体与Al合金的性能协同作用,在保持Al合金低密度和良好的加工性能的基础上,进一步显著提高其强度和韧性。因此,在新一代运动器械中复合材料展现出了令人瞩目的应用前景。采用粉末冶金法制备了40vol%B_(4)C/6061Al复合材料,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和拉伸试验等对B_(4)C/6061Al复合材料组织、拉伸性能及强化机理进行研究。结果表明,试验制备出的40vol%B_(4)C/6061Al复合材料组织致密,颗粒分散均匀,无较明显的孔洞出现。复合材料的抗拉强度较纯6061Al合金的增加约58.43%,且具有较好的加工成形性能。TEM表征结果表明,复合材料的强化效果不仅来源于B_(4)C颗粒的引入,还得益于B_(4)C颗粒与Al界面的良好结合以及Al基体中弥散分布的球形β'纳米析出相。

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。

B4C对Si3N4/Si_(2)N_(2)O结合SiC材料抗热震性能的影响

首先以Si粉、SiO_(2)微粉为原料,先在700℃空气气氛处理,然后在1400℃氮气气氛下合成Si_(2)N_(2)O,研究了B_(4)C添加量(外加质量分数分别为0、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%)对Si_(2)N_(2)O合成效果的影响。然后根据B_(4)C最优加入量,先在700℃空气气氛保温5 h,然后在1400℃氮气气氛保温5 h制备了Si_(3)N_(4)/Si_(2)N_(2)O结合SiC试样。采用1300℃风冷5次后试样的抗折强度保持率评价其抗热震性,分析了热震前后试样的物相组成和显微结构。结果表明:1)合成Si_(2)N_(2)O的B_(4)C最优添加量为3%(w);在700℃空气处理时,B_(4)C优先和气氛中O_(2)反应生成液相B2O3,为1400℃氮气气氛生成板片状Si_(2)N_(2)O提供充足液相。2)风冷热震后,添加B_(4)C的试样中Si_(2)N_(2)O结合相保持完整,强度保持率由未添加时的67.5%提高至88.5%;同时,生成的B2O3发生碳热还原氮化反应,生成导热性好、具有自润滑特性的BN,改善其抗热震性,并在使用过程中继续为Si_(3)N_(4)/Si_(2)N_(2)O结合SiC材料提供保护。

金属诱发无压浸渗技术制备B_4C/Mg复合材料的磨损行为与机制（英文）

利用金属诱发无压浸渗技术制备的B_4C/Mg复合材料为实验材料,研究该材料的磨损行为与磨损机制。在销盘式实验装置上对施加不同载荷(20、40、60和80N)以及磨损速率为250r/min实验条件下的磨损行为进行评价。结果表明:B_4C/Mg复合材料在所施加载荷下均比纯Mg基体表现出更优异的抗磨性能。作为诱发浸渗剂的金属Ti颗粒,其含量对B_4C/Mg复合材料的磨损性能具有一定影响。纯Mg基体的主要磨损机制是磨粒磨损;而对于B_4C/Mg复合材料,当施加载荷较低时,主要磨损机制为粘着和层离;当施加载荷较高时,其磨损机制为加热软化熔化或塑性变形。

炭/炭复合材料表面SiC/ZrSiO_4复合涂层的制备及其微观结构与抗氧化性能

采用包埋-刷涂法在C/C复合材料表面制备SiC/ZrSiO_4复合涂层,借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)等测试手段分析该复合涂层的微观结构,并研究Si C单涂层和SiC/ZrSiO_4复合涂层在1 500℃静态空气中的抗氧化性能。结果表明:包埋法制备的SiC内涂层结构疏松,具有较好的抗氧化性能,氧化55 h后质量损失率仅为0.5%,但氧化58 h后,涂层内部形成大孔洞并产生贯穿孔隙,导致涂层失效,质量损失率迅速增加到2.1%。SiC/ZrSiO_4复合涂层由非均质镶嵌式结构的ZrSiO_4涂层紧密覆盖在SiC内涂层表面而成,具有优异的抗氧化性能,氧化198 h后质量仅增加0.5%,并且基本不再随时间延长而增加;复合涂层不仅能自愈合外涂层的缺陷和裂纹,还能抑制氧化过程中大孔洞的形成,避免贯通孔隙的产生。

微/纳双尺寸B_(4)C颗粒增强铝基复合材料的粉末冶金合成及后续热处理

采用放电等离子烧结(SPS)、热挤压+轧制(HER)、粉末冶金工艺及后续T6热处理制备了微/纳双尺寸B4C颗粒增强铝基复合材料。研究了制备过程中复合材料的显微组织演变和力学性能。结果表明:B4C颗粒分布由SPS状态的网状分布转变为挤压轧制态的均匀分布,平均晶粒尺寸由烧结态的3.12μm细化至挤压轧制态的1.56μm。由于纳米B4C的钉扎作用,亚结构比例达到66.5%。T6热处理后,材料内部析出弥散分布的Mg_(2)Si。微米B4C周围分布明显的动态再结晶晶粒,且晶粒尺寸远小于弥散分布Mg_(2)Si的基体区域。由于T6热处理只能有效地消除第一内应力,因此轧制态和热处理态复合材料的应力分布相似。烧结态复合材料的维氏硬度、显微硬度和抗拉强度分别从HV 55.45、0.86GPa和180 MPa提高到HV 77.51、1.08 GPa和310 MPa。T6热处理后,尽管内部存在着析出强化,但由于晶粒粗化,复合材料的析出强度分别为HV 70.82、0.85 GPa和230 MPa。

SiC/C3N4复合材料的光催化降解亚甲基蓝性能研究

采用冷却结晶法制备不同配比的SiC与三聚氰胺前驱体,煅烧后得到SiC/C 3N 4复合材料,研究了在白炽灯照射下复合材料对亚甲基蓝的光催化降解性能。结果表明,SiCN100型SiC/C 3N 4复合材料的光催化降解能力最强,光照150 min时亚甲基蓝的降解率达到76%,光降解反应速率常数为0.00757 min^-1,是纯SiC的6倍,且该催化剂在循环测试中性能稳定。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见-漫反射光谱(UV-Vis DRS)和光致发光光谱(PL)表征了SiC/C 3N 4复合材料,并通过活性基团捕获实验,深入分析了亚甲基蓝的光催化降解机理,发现电子在降解过程中起最关键的作用,活性基团对降解率的影响程度依次为e->h^+>·O2^-。