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。

模压铸造C/Al复合材料

采用经表面改性处理的国产中强碳纤维,研究在大气条件下模压铸造C/Al复合材料的工艺条件,结果表明,把改性碳纤维预制块置于模腔,压力铸入ZL102铝合金,可获取C/Al复合材料试样和结构工件,其抗拉强度可达400MPa。此外还讨论了工艺参量对复合材料性能的影响和材料的断裂机理。

用于反应堆乏燃料贮存和运输的B_4C/Al复合材料研究进展

B4C/Al复合材料是一种集结构和功能于一体的中子吸收材料,在反应堆乏燃料贮存和运输领域有着广阔的应用前景。综述了B4C/Al复合材料的主要制备工艺及国内外研究现状,并展望了未来的发展方向,最后指出随着我国核电事业的发展,B4C颗粒增强铝基复合材料将作为研究重点并在辐射屏蔽领域广泛应用。

热轧工艺对20%B_4C/Al复合材料显微组织及缺陷的影响

采用热等静压烧结与热轧相结合的方法制备了20%B_4C/Al(质量分数,下同)复合材料,采用排水法及SEM、EDS等手段研究了热轧工艺(道次变形量、总变形量)对复合材料缺陷及显微组织的影响。研究结果表明,热等静压制备的B_4C/Al复合材料坯体密度可达2.66g/cm3(相对密度100%),B_4C颗粒分布均匀且与Al界面处结合紧密;B_4C/Al复合材料轧制道次变形量应控制在10%以内,进一步增加道次变形量复合材料内出现宏观裂纹。复合材料经热轧后,B_4C颗粒仍分布较为均匀,且与Al基体结合紧密,复合材料内部未观察到明显的显微缺陷。

真空热压烧结制备高性能B_4C/Al复合材料

B_4C/Al复合材料因其优异的性能,受到了人们广泛关注。以Al粉和B_4C粉体为原料,采用真空热压烧结法,在高于Al熔点温度时,制备出了碳化硼含量10wt%的铝基复合材料。研究结果表明:烧结温度为700℃,烧结压力为30 MPa,保温时间为45 min时,获得的B_4C/Al复合材料力学性能最佳,其相对密度为98.2%,硬度为2.53 GPa,抗弯强度为350 MPa。球磨混料使Al颗粒表面生成少量Al_2O_3,在烧结过程中,Al_2O_3与B_2O_3发生固-液反应形成共融物,改善了B_4C/Al之间的界面结合强度,从而获得力学性能优异的B_4C/Al复合材料。

不同的二次加工方法对B_4C/Al复合材料性能的影响

采用粉末冶金法制备B_4C含量为33%的铝基复合材料毛坯,采用不同的二次加工工艺:挤压+轧制和热压+轧制;对采用两种不同的二次加工工艺成型的板材进行显微组织和力学性能对比。结果表明:采用挤压+轧制的B_4C/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;且金相组织中增强相出现很明显的沿轧制方向线性分布的特征。采用挤压+轧制的B_4C/Al复合材料抗拉强度提高,但是屈服强度降低,屈强比减小,增加了复合材料作为承载结构时的安全性能。采用挤压+轧制的复合材料板材B_4C颗粒与基体的结合强度较高,B_4C颗粒断裂较少,断裂的方式基本是裂纹以穿晶或者沿着颗粒拔出的凹坑处扩展。

乏燃料干法贮存运输容器用B_4C/Al复合材料板的高温老化和硼酸腐蚀行为

对乏燃料干法贮存运输容器用B4C/Al复合材料板进行了短期高温(480℃×48h)、长期高温(400℃,2 000,4 000,6 000,8 000h)老化试验以及在90℃,2 500mg·kg^(-1)硼酸溶液中的加速腐蚀试验,研究了该复合材料板的老化与腐蚀行为。结果表明:在480℃老化48h后,复合材料板表面局部颜色变暗,尺寸、密度、质量、力学性能无明显变化;在400℃长时间老化后,复合材料板表现出良好的尺寸稳定性和耐蚀性,力学性能的下降在正常波动范围内;在硼酸溶液中浸泡时,复合材料板矩形试样在浸泡4 000h以上时发生轻微局部腐蚀,而包覆试样随着浸泡时间的延长发生局部点蚀,浸泡8 000h时的点蚀较为明显。

B_(4)C/Al复合材料的组织、力学性能和制备研究进展

B_(4)C颗粒增强铝基复合材料不仅比强度高、耐磨性能优异,还兼具多种功能特性,是核工业、航空航天、汽车工业等领域中不可缺少的结构材料和功能材料。综述了B_(4)C/Al复合材料的研究现状,总结了搅拌铸造法、粉末冶金法和冷喷涂增材制造法等各种方法的优缺点,对比了不同工艺下制备的B4C颗粒增强铝基复合材料的硬度、拉伸强度、屈服强度、抗压强度等力学性能方面及显微组织的表现,并展望了其发展方向。

选区激光熔化B_(4)C/Al复合材料的组织与性能

为了解决B_(4)C/Al复合材料制备过程中B_(4)C颗粒分布不均、团聚及易与Al基体发生剧烈反应的问题。本文采用选区激光熔化法制备了B_(4)C/Al复合材料,研究了激光功率和Ti元素对B_(4)C/Al复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:B_(4)C/Al复合材料的致密度随激光功率的增大先增大后减少,激光功率240 W时致密度达到最大,为94.1%;制备过程中B_(4)C颗粒易与Al基体发生界面反应并且随激光功率增大而增大,形成界面产物Al_(3)BC和Al_(3)B_(48)C_(2)脆性相和微裂纹,导致界面结合性能降低;加Ti的B_(4)C/Al复合材料的致密度提高到95.2%,形成的界面产物TiC和TiB2能有效抑制界面反应,界面清晰完整,结合性能高,复合材料抗拉强度和伸长率分别提高41%、49.3%,拉伸断裂方式由脆性断裂转变为韧性断裂。

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。

保温处理对B4C／Al复合材料组织和性能的影响

为了降低无压浸渗制备的B4C/Al复合材料中铝的含量,增加复合材料中陶瓷相的含量,并提高复合材料的性能,研究了保温处理对B4C/Al复合材料的组织和性能的影响。结果表明,无压浸渗制备的B4C/Al复合材料中主要包含Al、B4C和Al3BC相,保温处理可有效减少B4C/Al复合材料中Al和B4C的含量,并显著提高Al3BC和AlB2相的含量。由于保温处理后B4C/Al复合材料中Al含量明显减少,以及陶瓷相含量明显增多,B4C/Al复合材料的硬度、抗压和抗弯强度均得到了较大的提高。且在850℃下保温24h后,B4C/Al复合材料的组织和性能可达到最佳状态。

界面反应产物对B_(4)C/Al复合材料颗粒润湿性及界面强度的影响机制

采用搅拌铸造法制备了B_(4)C/Al复合材料,利用实验分析结合第一性原理计算的方法,探讨了界面反应产物Al_(3)BC和TiB_(2)对B_(4)C/Al复合材料颗粒润湿性及界面结合强度的影响机制。结果表明,界面反应产物为Al_(3)BC时,B_(4)C颗粒润湿性没有得到实质性改善,存在明显的颗粒团聚现象,界面结合强度较低且过度的界面反应使B_(4)C颗粒分解损耗严重,导致B_(4)C颗粒增强效果不明显;而通过添加Ti元素使界面反应产物为TiB_(2)时,颗粒润湿性明显改善,B_(4)C颗粒团聚现象显著减少,界面结合强度较高,力学性能得到显著提高。这主要是由于不同终端的Al(111)/TiB_(2)(0001)界面黏附功均大于Al(111)/B_(4)C(0001)的界面黏附功,表明界面反应产物TiB_(2)可以提高B_(4)C颗粒的润湿性,而界面反应产物Al_(3)BC对提高B_(4)C颗粒的润湿性非常有限;Al(111)/Al_(3)BC(0001)和Al(111)/TiB_(2)(0001)的界面上均形成了混合的共价键/金属键;Al(111)/TiB_(2)(0001)的界面上的化学键作用力更大,相应地界面结合强度也更大。

ZrO_2对C/Al_2O_3陶瓷多功能复合材料性能的影响

采用基体改性的方法,向A lC l3溶胶中添加ZrO2粉,制得含ZrO2的C/A l2O3复合材料,探讨了添加ZrO2对C/A l2O3多功能复合材料性能的影响。结果表明:添加少量的ZrO2,可产生基体的相变及在基体内产生微裂纹,这可改善C/A l2O3陶瓷基体间界面性能,提高材料强度,降低材料热导率。同时对ZrO2添加量进行了优化处理,最终确定ZrO2的最佳含量为1%(质量分数),使材料强度值提高39%,材料热导率降低至0.902 W/(m.K)以下。

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。

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．

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。

高含量B_4C铝基复合材料在H_2SO_4溶液中的腐蚀行为

通过电化学分析与测试,研究B4C体积分数分别为20%、30%、40%的B4C/Al基复合材料及其基体合金(6061铝合金)在不同浓度及不同温度的硫酸溶液中的腐蚀行为。由动态极化曲线和阻抗谱得到相应的电化学参数,并利用阻抗分析软件对该复合材料和基体合金腐蚀过程的等效电路进行模拟,分析腐蚀机理,通过Arrhenius方程计算腐蚀过程中B4C/Al基复合材料与6061铝合金的反应活化能,并分析两者的焓变与熵变,对腐蚀前后2种材料界面的微观结构进行观察。结果表明:B4C/Al基复合材料在硫酸溶液中的腐蚀速率随B4C颗粒含量增加而增大,基体铝合金在硫酸中的耐腐蚀性能高于B4C/Al基复合材料。B4C/Al基复合材料和基体铝合金在硫酸中的腐蚀速率都随硫酸溶液浓度增加而增大;当溶液温度升高时,二者的腐蚀速率都快速增加。B4C/Al基复合材料和Al基体合金在硫酸溶液中的腐蚀都表现为明显的点蚀。铝基体材料在硫酸溶液中的反应活化能大于B4C/Al基复合材料,计算所得活化焓与活化熵的值均表明复合材料的腐蚀反应比基体合金更容易进行,因而遭受腐蚀更严重。

低压液相浸渗制造高强度C/A1复合材料

本文提出非润湿性涂层框架浸渗模型,适当设计涂层形态,于低压力下可以实现金属液对涂覆非润湿性涂层纤维的完全浸渗。在1.5MPa浸渗压力下采用Al-Si-Mg合金浸渗涂覆SiC涂层碳纤维实验,结果表明该模型正确可行。所获得的C/Al复合材料试样抗拉强度达900MPa(纤维体积分数V_f=35％)。论文讨论了三种涂层状态下的浸渗结果。

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。