Cu-Ti3SiC2复合材料真空热压法制备及性能研究

Ti3SiC2是一种具有MAX层状结构的先进材料,兼具金属与陶瓷的双重性能。将Ti3SiC2作为弥散强化相与Cu复合制备金属基复合材料,综合力学性能较好,有望在电接触材料中有较好的应用前景。采用热压烧结法制备Cu-Ti3SiC2复合材料,试验证明Cu-Ti3SiC2复合材料的最佳烧结工艺为:烧结温度750℃,压力30 MPa,保温30min,制得复合材料的组织均匀,团聚较少。其次研究了Ti3SiC2含量对复合材料硬度、电阻率等性能的影响,随着Ti3SiC2的体积分数的增加,硬度先增加后降低,相对密度和抗弯强度呈减小趋势,电阻率增加;通过微观显微分析,Cu-Ti3SiC2致密度随Ti3SiC2含量增加而下降。

多羟基糖类结合剂对Al_(2)O_(3)-SiC-C质无水炮泥性能的影响

为减少炮泥的污染,开发环境友好型炮泥,采用棕刚玉、SiC、焦炭、绢云母、蓝晶石、黏土、Si_(3)N_(4)-Fe粉等为主要原料,NS-FH为复合烧结助剂,分别以环保无污染的多羟基糖类葡萄糖和蔗糖为结合剂,制备Al_(2)O_(3)-SiC-C质无水炮泥。研究了葡萄糖或蔗糖溶液的外加量(加入质量分数分别为0、8%、9%、10%、11%、12%、13%)对该炮泥性能的影响。结果表明:以多羟基糖类葡萄糖或蔗糖为结合剂,可制得综合性能较好的Al_(2)O_(3)-SiC-C质无水炮泥;外加12%(w)的蔗糖溶液时,无水炮泥的性能最佳,其马夏值为1.14 MPa,1350℃埋石墨烧后的线收缩率、体积密度和显气孔率分别为0.72%、2.41 g·cm^(-3)和24.4%,常温耐压强度和高温抗折强度(1400℃埋碳并保温30 min)分别为40.1和12.1 MPa。

骨料种类对铁水包用Al_(2) O_(3)-SiC-C砖性能的影响

骨料作为耐火材料的重要组成部分,决定着材料的各项性能。分别以粒度均为5~3、3~1和≤1 mm的高铝矾土、电熔棕刚玉、板状刚玉为骨料,以电熔白刚玉(≤0.045 mm)、SiC(≤0.075 mm)、活性α-Al_(2)O_(3)微粉(≤0.045 mm)和鳞片石墨(≤0.15 mm)等为基质,以热固性酚醛树脂为结合剂制备了Al_(2)O_(3)-SiC-C砖,研究了骨料种类(高铝矾土、电熔棕刚玉、板状刚玉)对Al_(2)O_(3)-SiC-C砖常温力学性能、高温力学性能和抗渣性能的影响。结果表明:以板状刚玉为骨料时,由于其较高的致密度和较低的杂质含量,使得Al_(2)O_(3)-SiC-C砖具有最优的高温力学性能和抗渣性能;以高铝矾土为骨料时,由于其较高的气孔率和杂质含量,导致试样高温力学性能和抗渣性最差。

Ag/SiC和Ag/Al_(2)O_(3)-SiC催化剂的乙烯环氧化催化性能

制备了高分散的Ag/SiC和Al_(2)O_(3)修饰的Ag/SiC催化剂,并用于乙烯环氧化反应。结果显示,Al_(2)O_(3)修饰的Ag/SiC催化剂对乙烯的转化率显著提高,但环氧乙烷的选择性急剧降低。进一步研究发现,在反应过程中乙烯吸附在SiC表面;O_(2)在Ag表面解离后,活性O物种溢流到SiC表面参与环氧化反应。Al_(2)O_(3)修饰后改变了Ag的电子性质,抑制了活性O物种在SiC表面的迁移,导致反应性能的改变。该工作为乙烯环氧化催化剂的设计提供了一定的参考。

基于Ga_(2)O_(3)-SiC-Ag多层结构的介电常数近零超低开关阈值光学双稳态器件

光学双稳态这一非线性光学现象因其在全光系统中的巨大应用潜力而备受关注.然而微弱的非线性响应往往需要巨大的输入功率才能实现光学双稳态,导致其实用性不强.本文基于Ga_(2)O_(3)-SiC-Ag的金属-介电材料多层结构,在实现介电常数近零的大场增强的同时,还引入了具有大非线性系数的材料,并基于有限元法研究了介电常数近零层的厚度和长度对光学双稳态的影响.研究结果表明,光学双稳态随介电常数近零层的厚度和长度的增大而变得愈发显著,在通信波段的开关阈值低至约10^(-6)W/cm^(2),与之前报道的基于介电常数近零材料的光学双稳态相比,降低了9个数量级,展现了在光子集成电路产业化中的巨大应用潜力.

SiC聚合物前驱体和Zn粉复合对Al_(2)O_(3)-C不烧滑板材料性能的影响

为提高Al_(2)O_(3)-C不烧滑板材料的中低温强度,首先将质量比为1∶0.15∶2.7∶0.03的蔗糖、六水合硝酸镍、正硅酸乙酯、草酸水溶液依次添加至乙醇水溶液中,经110℃干燥18 h后得到SiC聚合物前驱体,然后以板状刚玉、α-Al_(2)O_(3)微粉、鳞片石墨为主要原料,复合添加SiC聚合物前驱体和Zn粉,在150 MPa下压制成150 mm×25 mm×25 mm的坯体试样,经180℃固化24 h后,在埋碳条件下经600、800、1000、1200和1400℃热处理3 h。研究了SiC聚合物前驱体和Zn粉复合添加对Al_(2)O_(3)-C材料性能的影响。结果表明:SiC聚合物前驱体和Zn粉的最佳添加量(w)分别为4.5%和1.5%,此时Al_(2)O_(3)-C材料综合性能最优。低温时Zn粉熔融,在材料体系中形成金属结合相;中温时SiC聚合物前驱体发生热解反应及Zn粉气化的催化作用,使体系形成SiC纤维结合相;二者共同作用,赋予Al_(2)O_(3)-C不烧滑板材料较高的中低温强度,克服了现有材料使用过程中因强度过低导致的失效问题。

硅溶胶-酚醛树脂共结合Al_(2)O_(3)-SiC-C砖性能研究

为了缓解酚醛树脂碳化引起的Al_(2)O_(3)-SiC-C砖组织结构劣化,提升Al_(2)O_(3)-SiC-C砖的力学性能和抗渣性能,以粒度分别为5~3、3~1和≤1 mm的高铝矾土为骨料,以电熔白刚玉(≤0.045 mm)、SiC(≤0.075 mm)、α-Al_(2)O_(3)微粉和鳞片石墨(≤0.15 mm)等为基质,以热固性酚醛树脂和硅溶胶为结合剂,制备了硅溶胶-酚醛树脂共结合Al_(2)O_(3)-SiC-C砖。在酚醛树脂外加量为4.5%(w)的基础上,探究了硅溶胶的加入量(外加质量分数分别为0、0.45%、0.90%和1.35%)对Al_(2)O_(3)-SiC-C砖常温力学性能、高温力学性能和抗渣性能的影响。结果表明:引入适量硅溶胶可以有效提升Al_(2)O_(3)-SiC-C砖的力学性能及抗渣性能,当硅溶胶加入量为0.45%(w)时,试样具有优异的常温、高温力学性能及抗渣性能。

Al_(2)O_(3)膜对高温环境下NiCrAlY-SiC复合镀层内部反应的阻隔及涂层耐磨性研究

为了解决以SiC颗粒为磨料的叶尖耐磨复合镀层在高温工况下SiC与涂层中Ni元素反应导致涂层耐磨性下降等问题,采用化学气相沉积(chemicalvapor deposition,CVD)工艺方法在SiC颗粒表面制备了Al_(2)O_(3)膜以阻隔SiC与涂层中Ni元素的反应。研究了0.5~1.0μm和5.0~10.0μm这2种厚度范围的Al_(2)O_(3)膜对NiCrAlY-SiC@Al_(2)O_(3)叶尖耐磨镀层中SiC颗粒与NiCrAlY镀层在1100℃高温环境下反应的阻隔效果,并测试了2种Al_(2)O_(3)膜厚度的NiCrAlY-SiC@Al_(2)O_(3)叶尖耐磨镀层在1100℃高温环境下保温500 h后的耐磨性。结果显示,5.0~10.0μm厚度的Al_(2)O_(3)膜可有效阻隔SiC颗粒与NiCrAlY镀层的高温反应,使NiCrAlY-SiC@Al_(2)O_(3)涂层在1100℃高温环境下保持良好的耐磨性,并与ZrO2陶瓷封严涂层形成良好的对磨匹配效果。

Al_(2)O_(3)含量与晶型对赛隆结合SiC基浇注料性能的影响

在超低水泥结合碳化硅基浇注料中加入不同含量和晶型的Al_(2)O_(3),经振动浇注成型,在高纯流动氮气中经1420℃氮化得到赛隆结合SiC耐火材料,检测了氮化后试样的常规物理性能,重点研究了Al_(2)O_(3)含量与晶型对试样高温抗折强度(1200℃、1400℃)、抗热震性的影响,并利用XRD和SEM对物相和显微结构进行了分析。结果表明:结合相与Si在高温下在氮气中发生原位反应生成了呈网络状的交织分布的赛隆,增强了SiC颗粒和基质之间的结合,使碳化硅浇注料试样高温性能得到提高;当刚玉含量为3%时,试样高温抗折强度(1200℃、1400℃)分别为64.3 MPa和13.7 MPa;随着刚玉含量的增加,赛隆相开始增多,但高温抗折强度变化不大;当Al_(2)O_(3)微粉含量为3%时,赛隆相含量增加至15%,高于刚玉含量为12%的试样,高温抗折强度(1200℃、1400℃)分别为64.3 MPa和15.2 MPa;试样抗热震性能整体优于加入刚玉的试样。

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。

碳纤维增强Cu-Ti_3SiC_2复合材料的性能与烧结温度的关系

研究了在Cu-Ti3SiC2复合材料中添加2%体积含量碳纤维的致密度、电导率和硬度同烧结温度的关系。实验结果表明,加入碳纤维的Cu-Ti3SiC2复合材料较未加入碳纤维的Cu-Ti3SiC2复合材料的致密度和电导有少许下降,但布氏硬度有大幅度提高。随着烧结温度的上升,碳纤维增强Cu-Ti3SiC2复合材料的相对密度上升较快,在1000℃时达到99.21%。电阻率随烧结温度的上升而下降;布氏硬度随着烧结温度的上升而提高,但增幅较缓。

抗氧化剂对Al_(2)O_(3)-SiC-C铁沟浇注料性能的影响

在Al_(2)O_(3)-SiC-C铁沟浇注料抗氧化行为研究的基础上,对比研究了碳化硼、单质硅的添加及其二者复合对浇注料显微结构与性能的影响。研究结果表明:随着碳化硼加入量的增加,浇注料的抗氧化性和致密性得到改善,常温和高温力学性能、抗熔渣侵蚀和渗透能力显著提高;但是,碳化硼加入量过高可导致含硼低黏度液相的生成量增加,并降低浇注料的抗熔渣侵蚀性能。单质硅的添加及不同粒径硅粉的复合,有利于浇注料致密性和抗氧化能力的提高;控制小粒径单质硅的加入量,同时降低低熔点复合硅酸盐液相的生成量,有利于保持浇注料优良的抗氧化性、力学性能和抗熔渣侵蚀性能。

石墨类型对Al_(2)O_(3)-MgO浇注料性能的影响

为开发高性能含碳浇注料,首先以Si粉和鳞片石墨为原料,采用熔盐隔离法,经1350℃保温3 h制备了SiC包覆石墨;然后以板状刚玉颗粒、白刚玉粉、电熔镁砂粉、氧化铝微粉、Secar 71水泥、SiO_(2)微粉等为主要原料,分别将鳞片石墨和SiC包覆石墨引入其中,经1100、1600℃埋碳热处理后制备了Al_(2)O_(3)-MgO浇注料空白试样以及Al_(2)O_(3)-MgO-C浇注料试样,研究了石墨类型对浇注料性能的影响。结果表明:1)与未添加石墨的Al_(2)O_(3)-MgO浇注料试样相比,加入鳞片石墨的浇注料试样成型所需加水量显著增加,常温抗折强度明显降低,显气孔率明显升高,但抗热震性和抗渣性有所改善;加入SiC包覆石墨的浇注料试样加水量略有增加,常温抗折强度有所降低,显气孔率略有增加,高温强度、抗热震性和抗渣性改善。2)随着热处理温度的升高,试样的常温强度、加热永久线变化率均明显增加。3)当加入5%(w)SiC包覆石墨,热处理温度为1600℃时,试样综合性能最佳,其常温抗折强度为16.9 MPa,显气孔率为16.0%,高温抗折强度为2.0 MPa,抗热震性和抗侵蚀性能良好。

0.5Y_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)-Cu/20Mo3SiC复合材料的热变形行为及热加工图

采用真空快速热压烧结法制备了0.5Y_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)-Cu/20Mo3SiC复合材料,在650~950℃温度范围和0.001~10 s^(-1)应变速率条件下,利用Gleeble-1500D数控动态-力学模拟试验机对0.5Y_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)-Cu/20Mo3SiC复合材料进行热变形试验,根据试验结果绘制了其真应力-真应变曲线。根据动态材料学模型,构建了复合材料的热加工图,确定其适宜的热加工参数。结果表明:0.5Y_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)-Cu/20Mo3SiC复合材料的真应力-真应变曲线存在典型的动态再结晶特征,其热激活能为211.109 kJ/mol,并构建了本构方程;基于动态材料模型构造的热加工图,确定了复合材料最佳的热加工工艺参数为:变形温度为725~950℃,应变速率为0.006~0.223 s^(-1)。

不锈钢冶炼用铁水包Al_(2)O_(3)-SiC-C内衬砖的性能与侵蚀机理

铁水包内衬材料长期服役于间隔周期较长的高、低温交替环境,极易发生剥落与侵蚀损毁。为了探索影响铁水包内衬材料使用寿命的主要因素,对市面上四种铁水包Al_(2)O_(3)-SiC-C内衬砖的化学成分、物相组成、物理性能和微观结构进行了分析,并以高炉渣为侵蚀介质,重点研究了不锈钢冶炼用铁水包Al_(2)O_(3)-SiC-C内衬砖的侵蚀机理。结果表明:铁水包Al_(2)O_(3)-SiC-C内衬砖中Al_(2)O_(3)含量越高,高温下制品的液相量越低,越有利于提高耐火砖的高温力学性能;随着含碳量的增加,铁水包Al_(2)O_(3)-SiC-C内衬砖的抗渣性得到明显改善,但抗氧化性及高温抗折强度呈下降趋势;高炉渣中CaO、MgO向耐火砖中渗透,与耐火砖中的Al_(2)O_(3)、SiO 2发生反应形成高熔点的镁铝尖晶石及低熔点的钙长石等,生成的低熔相会加剧耐火砖的侵蚀。

SiC和Al_(2)O_(3)对磷酸盐涂层热稳定性和摩擦学性能的影响

磷酸盐涂层具有优异的耐高温性能,为应用于高温机械设备防护,需保持其耐高温性能的同时提高涂层的耐磨性,本研究在磷酸盐涂层中引入SiC和Al_(2)O_(3)作为功能填料,制备了SiC/Al_(2)O_(3)磷酸盐涂层。用扫描电镜、能谱仪、差示扫描量热仪、热重分析仪、显微硬度仪、高温摩擦磨损试验机等分析测试了磷酸盐涂层的聚合固化过程、微观结构、涂层热稳定性和摩擦磨损性能,研究了颜基比,SiC和Al_(2)O_(3)的质量比,Al_(2)O_(3)的粒径、形貌和晶型对涂层摩擦磨损性能的影响,并获得最佳涂层合成条件。结果表明:涂层高温热稳定性优异;填料中组分选择适量的比例有助于涂层硬度和耐磨性的提高,填料具有球形的形貌可以降低磨损率,提高涂层耐磨性。

表面活性剂辅助制备Cu-Ti3SiC2包覆粉末的电化学机理和化学镀特性

为提高Cu-(Ti3SiC 2)p复合材料中铜与陶瓷的界面结合强度,以环境友好型抗坏血酸为还原剂,D-葡萄糖酸钠为络合剂,制备了Cu-Ti3SiC 2包覆粉末。研究了Ti3SiC 2粉末表面化学镀铜及其电化学性能,以及十二烷基硫酸钠(SDS)结合聚山梨酯80(Tween-80)表面活性剂对化学镀铜的改性效果。采用线性扫描伏安法和开路电位-时间法确定了该体系的电化学机理并进行参数优化。结果表明,提高反应温度,增加Cu(II)和抗坏血酸的浓度,可以提高极化电流密度,有利于加速化学镀。铜镀层新核从依附在(Ti3SiC 2)p粒子表面的银催化活化中心开始形成,表面具有较多Ag催化活性中心的微球会促进涂层的形成。采用复配改性剂SDS(6~22 g/L)+Tween-80 (8~12mL/L)对化学镀铜表面涂覆的效果优于单一改性剂。采用SM4 (SDS+Tween-80)改性剂达到最佳涂层效果的Cu与Ti3SiC 2的总摩尔比为1:0.54。静电效应和空间位阻效应对铜在(Ti3SiC 2)p表面的生长起着至关重要的协同控制作用。

聚焦离子束在二维多孔Si/Al_(2)O_(3)/SiC薄膜透射电镜截面微观结构表征中的应用

二维多孔Si/Al_(2)O_(3)/SiC薄膜材料的透射电镜截面微观结构表征中,存在薄膜易脱落、脆性大、耐磨性差,以及选区制备难度大、制样效率低、成功率低等问题。采用聚焦离子束技术,成功地进行了二维多孔Si/Al_(2)O_(3)/SiC薄膜的透射电镜截面微观形貌的表征。结果表明,聚焦离子束技术是一种可以有效减少二维多孔薄膜样品制备过程中的损伤,进行高质量进行透射电镜截面微观结构表征的方法。

锂辉石粒度对Al_(2)O_(3)-SiC-C浇注料性能的影响

为了进一步改善高炉出铁沟用Al_(2)O_(3)-SiC-C浇注料的性能,以棕刚玉、致密刚玉、碳化硅、铝酸钙水泥、球沥青、α-Al_(2)O_(3)微粉、SiO_(2)微粉等为主要原料,在传统抗氧化剂(Al粉和Si粉)的基础上,分别加入2%(w)不同粒度(粒度分别为≤0.076、≤0.048和≤0.038 mm)的锂辉石粉为抗氧化剂,经1450℃热处理制备了Al_(2)O_(3)-SiC-C浇注料,研究了锂辉石粒度对其性能的影响。结果表明:随着锂辉石的添加及粒度的减小,热处理后试样残留碳化硅的量减小,显气孔率显著降低,高温性能和抗氧化性能显著提高;但当加入粒度较小的锂辉石时,试样中的SiC晶须生成量较多,并且具有更大的长径比,这明显改善了试样的力学性能。在Al_(2)O_(3)-SiC-C浇注料中加入≤0.038 mm的锂辉石,可以显著改善试样的抗氧化性和综合性能。

烧结温度和复压复烧对温压制备Cu-Ti_3SiC_2材料的影响

以Cu和表面镀有Cu的Ti3SiC2粉末为原料,采用温压压制成形和复压复烧技术制备一系列Cu-Ti3SiC2复合材料,研究不同烧结温度、Ti3SiC2含量以及复压复烧对材料性能的影响。采用XRD衍射仪、环块式摩擦磨损试验机等测试手段,研究Cu-Ti3SiC2复合材料的物相组成和摩擦磨损行为。研究结果表明:以800℃烧结可制得不含杂质的纯Cu-Ti3SiC2复合材料;而以1 000℃烧结制得的复合材料中含有TiC和TiSi2杂质,这些杂质可影响材料的导电性能和减摩能力。复压复烧可使材料的密度、硬度以及导电性能得到不同程度的提高,尤其对于高Ti3SiC2含量的材料,其作用更为明显。