C_(sf)/BAS玻璃陶瓷复合材料的制备及其力学性能研究

为了提高钡长石(BAS)玻璃陶瓷的力学性能,采用轧膜成型、热压烧结方法制备出纤维分布均匀的致密短碳纤维增强BAS玻璃陶瓷基复合材料(Csf/BAS).采用X射线衍射分析,扫描电子显微镜、透射电子显微镜观察及三点弯曲法与单边开口梁法研究了纤维含量对复合材料组织及力学性能的影响.研究表明:Csf对BAS玻璃陶瓷有良好的强韧化效应.体积分数为30%Csf/BAS复合材料的室温抗弯强度及断裂韧性分别为255 MPa和3.45 MPa.m1/2,其主要的韧化机制为裂纹偏转、纤维的拔出与桥接.用摩尔分数25%Sr代替Ba实现了基体的六方→单斜相的完全转变,进一步提高了复合材料的力学性能.

SiC_(pl)-BAS复合材料的显微组织与力学性能

用热压烧结法工艺制备碳化硅片晶增强 BAS(Ba OAl2 O3 2 Si O2 )玻璃陶瓷基复合材料(Si Cpl- BAS) ,并对其组织结构与力学性能进行了研究 .结果表明 ,当碳化硅片晶体积分数达到 0 .3 0时 ,Si Cpl- BAS复合材料的断裂韧性和抗弯强度分别从纯基体的 1 0 0 .3 MPa和 1 .49MPa·m1/ 2 ,提高到 1 81 .0 MPa和 3 .2 0 MPa· m1/ 2 .主要的增强增韧机理为裂纹的偏转。

短切碳纤维含量对Csf/SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

采用热压烧结法制备短切碳纤维增强碳化硅(short carbon fiber reinforced SiC composite,Csf/SiC)复合材料,采用销-盘式摩擦磨损试验测试不同短切碳纤维(Csf)含量的复合材料的干摩擦磨损性能,借助扫描电镜观察其磨痕形貌,分析不同Csf体积分数对复合材料摩擦磨损性能的影响。研究表明:由于碳纤维在复合材料中具有增强基体和固体润滑的作用,以及其自身良好的热传导性和低摩擦系数,因此,Csf/SiC复合材料的摩擦系数随Csf体积分数增大而不断降低;当Csf含量在42 vol.%以内时,复合材料的磨损率比无纤维SiC材料有大幅度减少,并且随着Csf体积分数增大而降低;但当Csf含量达到53 vol.%时,由于Csf含量高,导致纤维和基体之间的结合强度有所降低,造成复合材料的磨损率急剧增大。在本文研究范围内,含30 vol.%Csf复合材料具有最佳的摩擦磨损性能。

SiC_w/BAS复合材料的显微结构及力学性能的研究

本文采用热压烧结法制备出致密的SiCw增强BAS玻璃陶瓷基复合材料．结果表明，BAS基体晶化后获得以钡长石为主晶相和莫来石为次晶相的复相BAS玻璃陶瓷．晶须的加入对BAS基体有显著的强韧化效果，加入30vol％SiCw可使材料的室温抗弯强度和断裂韧性分别由基体的156MPa和1．40MPa·m1/2提高到356MPa和4．06MPa·m1/2．TEM观察结果表明，晶须／基体界面结合良好，无界面反应物和非晶层的存在．断口形貌和压痕裂纹扩展路径的SEM观察结果表明，复合材料的主要增韧机制为裂纹偏转、晶须的拔出和桥接．

SiCw/BAS玻璃陶瓷基复合材料的显微结构与力学性能

研究了热压SiCw/BAS复合材料的六方 -单斜晶型转变、显微结构与力学性能。结果表明 ,复合材料中SiC晶须的存在阻碍单斜钡长石晶种促进六方 -单斜晶型转变 ;SiC晶须能显著改善BAS玻璃陶瓷基体的力学性能。增韧机制主要是裂纹偏转和晶须断裂 ,增强机制主要是载荷传递。另一方面 ,SiC晶须 /基体界面存在的玻璃相不利于晶须拔出和桥接增韧效应 ,玻璃相的高温软化降低复合材料的高温强度。

Csf/Al复合材料热压缩变形力学行为的数值模拟

与长碳纤维增强铝基复合材料相比,短碳纤维增强铝基复合材料的最大优点是可以进行二次塑性加工。在复合材料塑性加工中,加工工艺参数对复合材料性能的影响很大。然而由于复合材料界面结构、成分的复杂性和微观性,实验研究无法给出定量的细节过程描述。文章借助数值模拟手段,全面细致地模拟了变形量、温度对复合材料塑性加工的影响,研究了塑性加工时复合材料的应力应变分布规律。实验结果表明,塑性加工时应变主要集中在纤维端部附近,全面进入屈服后纤维的受力随变形量的增加而缓慢增加,变形温度越高,纤维与界面的受力越小,变形越均匀,对保持纤维的长度和界面的性能越有利。

短切碳纤维增强碳化硅复合材料的氧化性能研究

采用热压烧结法制备了致密的短切碳纤维增强碳化硅（Csf/SiC）复合材料.借助热重分析、XRD、SEM等手段对该材料等温氧化性能进行了研究.研究结果表明,该复合材料在900℃氧化时失重最为严重;之后,随着氧化温度升高,失重率逐渐减少;在1450℃以上则表现为增重.复合材料在低于900℃氧化时,主要是由于碳纤维氧化造成的失重;在900-1450℃氧化区间,复合材料表面的短切碳纤维被氧化,基体生成保护性的氧化膜,材料内部的短切碳纤维受到基体和氧化膜的有效保护,能够继续发挥增韧作用.因此,Csf/SiC复合材料在此温度范围内具有良好的抗氧化能力;当复合材料在1600℃氧化时,氧化反应剧烈,材料破坏严重,失去了抗氧化能力.

ZrB_2-SiC和C_(sf)/ZrB_2-SiC超高温陶瓷基复合材料烧蚀机理的研究

通过真空热压工艺制备了ZrB_2-SiC材料和C^(sf)(碳短纤维)/ZrB_2-SiC超高温陶瓷基复合材料.采用氧乙炔火焰在4186.8kW/m^2的热流下分别喷吹烧蚀两种材料180s.ZrB_2-SiC材料表面最高温度达到2406℃,烧蚀后质量烧蚀率为-0.14%,线烧蚀率为-1×10^(-3)mm/s,C_(sf)/ZrB_2-SiC材料表面最高温度达到1883℃,烧蚀后质量烧蚀率为-0.19%,线烧蚀率为-4×10^(-4)mm/s.对两种材料烧蚀表面和剖面的分析发现,ZrB_2-SiC材料烧蚀后由表及里依次形成了疏松ZrO_2氧化层、SiC富集层和未反应层的三层结构,其中SiC富集层能够起到抗氧化的作用.C_(sf)/ZrB_2-SiC材料烧蚀后由外到内分别形成了ZrO_2-SiO_2氧化层、SiC耗尽层和未反应层的三层结构,其中最外层以ZrO_2为骨架,SiO_2弥合其中的结构有效地阻挡了烧蚀中氧的侵入.

La_2O_3/Al_2O_3氧化物添加比对C_(sf)/SiC复合材料力学特性的影响

利用热压烧结技术制备高致密度短碳纤维增韧碳化硅陶瓷基(Csf/SiC)复合材料。研究稀土氧化物添加比对烧结后Csf/SiC复合材料微观结构、力学特性和增韧机制的影响。结果表明:随着烧结助剂中La2O3含量增加,烧结后材料中SiC颗粒平均粒径减小,相对密度逐渐降低,而强度和韧性则先增加后降低;颗粒桥连、纤维拔出和裂纹偏转是该材料体系的主要增韧方式。

C_(sf)/Si_3N_4复合材料的力学性能和微波介电性能研究

采用热压烧结的方法,以α-Si3N4粉和短切碳纤维为主要原料,以Y2O3和La2O3为烧结添加剂,制备Csf/Si3N4复合材料,研究了其力学性能和微波介电性能。结果表明,该Csf/Si3N4复合材料的抗弯强度随纤维含量的增加呈现下降的趋势,是由于碳纤维氧化所产生的缺陷所致;当纤维含量较低时,断裂韧性随纤维含量增大而增大,由于纤维氧化产生的缺陷阻止了裂纹进一步的扩展或使裂纹发生了偏转。当纤维含量超过1%(质量分数)后,随着纤维含量的增大,氮化硅显微结构发生变化,氮化硅陶瓷本身断裂韧性减小,使Csf/Si3N4复合材料断裂韧性逐步降低。当碳纤维含量在0～1%(质量分数)时,随着碳纤维含量的增加,介电常数ε',ε''和介电损耗tanδ均随着纤维含量的增加而增大,而且所制得的复合材料表现出较强的频散效应;当纤维含量继续增加时,在相同的频率下,介电常数下降,材料的频散效应逐渐消失。

挤压浸渗法制备C_(sf)/Al复合材料的组织与性能

以M40石墨短纤维为增强体,LY12铝合金为基体,用挤压浸渗法制备了短碳纤维增强铝基复合材料.研究了浸渗工艺对复合材料的界面反应和组织与性能的影响,以及不同碳纤维体积分数下的常温及高温力学性能.结果表明,在冷却速度相同的情况下,浸渗温度即铝液的浇注温度对界面反应及复合材料的组织与性能影响较大,740～780℃时界面反应不明显或有轻微的界面反应,材料的性能较好.高于800℃时,碳纤维有氧化现象发生,材料的性能严重下降,甚至低于基体性能.随着碳纤维体积分数的增加,复合材料的常温及高温力学性能提高.

短切碳纤维含量对C_(sf)/Al_2O_3复合材料性能的影响

采用热压烧结法制备了短切碳纤维-氧化铝(Csf/Al2O3)复合材料,研究了短切碳纤维含量对该复合材料维氏硬度、抗弯强度及微波介电性能的影响。结果表明,热压烧结可以获得高致密度、高硬度的Csf/Al2O3复合材料。碳纤维的加入降低了氧化铝基体的抗弯强度,但随着碳纤维含量的增加,抗弯强度有增大的趋势,Csf/Al2O3复合材料复介电常数的实部与虚部也显著提高。

ABAQUS二次开发在C_(sf)/Mg复合材料微观几何建模中的应用

基于RSA方法构建Csf/Mg微观模型是对其材料性能进行有限元模拟的重要基础。由于Csf/Mg复合材料性能受纤维体积分数、纤维取向分布、纤维长径比等参数的影响,针对不同仿真需求采用手工方法建立其有限元模型工作效率极低,因此采用Python脚本语言对ABAQUS GUI进行二次开发,建立用户自定义图形界面。结果表明,对ABAQUS GUI进行二次开发可以根据用户需求创建图形用户界面,通过输入相关参数可以实现自动创建Csf/Mg复合材料有限元几何模型,同时极大地简化了建模过程。基于RSA方法可实现二维或三维纤维随机取向或定向分布的短纤维增强复合材料的几何建模。

短碳纤维增强碳化硅基复合材料的制备与力学性能（英文）

利用注浆成型结合反应烧结的方法制备了高强度短碳纤维增强碳化硅基复合材料,研究了分散剂(四甲基氢氧化铵)的含量和混料时间对浆料粘度的影响;短碳纤维的体积分数、碳化硅粉的粒径对复合材料微观结构和力学性能的影响。结果表明,添加0.1wt%的四甲基氢氧化铵得到的浆料粘度最低,混料时间控制在6h为佳。添加35vol%短碳纤维的复合材料的弯曲强度达到(412±47) MPa。由5μm粒径碳化硅粉制备的复合材料的力学性能最佳,其弯曲强度可达(387±40) MPa。将5与50μm粒径的碳化硅粉进行2:1混合后得到的复合材料的力学性能优异,弯曲强度可达(357±41) MPa。

C_(sf)/Mg复合材料热压缩流变行为及本构关系

利用Gleeble1500D试验机对真空浸渗法制备的Csf/Mg复合材料进行热压缩试验,研究了在596~696 K,应变速率5×10-3~5×10-1s-1,最大真应变0.6变形条件下的塑性变形力学行为。根据Csf/Mg复合材料热压缩试验数据及其力学行为特征,采用多元非线性回归方法建立了其高温粘塑性力学本构关系模型,克服了以往Arrhenius模型只能计算峰值应力或稳态应力的不足。结果表明,流变应力的预测值与试验值绝对误差平均值为8.95%,相关系数0.9549。

自生β—Si3N4棒晶增强BAS玻璃陶瓷的组织结构与力学性能

在较低的烧结温度下（１４５０℃）制备出钡长石（ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８，ＢＡＳ）含量为２０ｗｔ％～１００ｗｔ％的Ｓｉ３Ｎ４／ＢＡＳ陶瓷基复合材料，并对其进行了组织结构分析和力学性能测试。通过ＥＤＳ研究发现无金属离子固溶入β－Ｓｉ３Ｎ４晶格。随着ＢＡＳ含量升高，Ｓｉ３Ｎ４的α→β相转变量增加。Ｓｉ３Ｎ４／ＢＡＳ复合材料的室温抗弯强度随ＢＡＳ含量增加选增后降。在１０００℃、１１００℃和１２００℃时分别测试了复合材料的高温抗弯强度。

真空浸渗C_(sf)/AZ91D复合材料的高温变形行为与机理

采用真空辅助压力浸渗法短切碳纤维增强镁基复合材料（Csf/AZ91D）,在变形温度为400~490℃、应变速率为0.001~0.1s-1、最大变形量为50%的条件下,研究了Csf/AZ91D复合材料的高温压缩塑性变形行为,观察了复合材料变形前后的微观组织,通过与基体镁合金对比探讨了镁基复合材料高温塑性变形机理。结果表明,复合材料在高温压缩过程中碳纤维发生了显著的偏转和折断,致使复合材料的应变软化现象较镁合金更为明显;短碳纤维细化了基体组织并增加了界面数量,使得复合材料表现出较高的应变速率敏感性;短碳纤维和晶界对基体强化作用随变形温度升高而减弱,而复合材料应力水平随变形温度增加而显著降低,表现出比镁合金更高的表观变形激活能。

C_(sf)/AZ91D复合材料高温变形动态再结晶临界条件

采用真空压力浸渗法制备了短切碳纤维体积分数为15%的AZ91D镁基复合材料(C_sf/AZ91D),通过等温恒应变率压缩试验,研究了复合材料在变形温度为400~460℃、应变速率为0.001~0.1s^(-1)、最大真应变为0.7条件下的流变应力和动态再结晶行为。结果表明,复合材料流变应力曲线呈现显著的动态再结晶软化特征,动态再结晶临界应变随变形温度升高或应变速率降低而减小,其与Z参数之间的函数关系为εc=1.6×10^(-3) Z^(0.037 2);动态再结晶临界应变和峰值应变之间的关系为ε_c=0.385 2ε_p;同等变形条件下,复合材料动态再结晶的临界应变远小于AZ91D镁合金,短切碳纤维促进了基体镁合金动态再结晶发生,同时细化了其再结晶晶粒。