添加Al对MSI制备C/C-SiC复合材料组织和力学性能的影响

以聚丙烯腈(PAN)基炭纤维(Cf)针刺整体毡为预制体,用化学气相渗透(CVI)法制备炭纤维增强炭基体(C/C)的多孔坯体,采用熔融渗硅(MSI)法制备C/C-SiC复合材料,研究了渗剂中添加Al对复合材料组织结构和力学性能的影响。结果表明:C/C坯体反应溶渗硅后复合材料的物相组成为SiC相、C相及残留Si相。随着渗剂中Al量的增加,材料组成相中的Al相也增加而其它相减少;SiC主要分布在炭纤维周围,残留Si相分布在远离炭纤维处,而此处几乎不含Al;当渗剂中Al量由0增加到10%时,复合材料的抗弯强度由116.7 MPa增加到175.4 MPa,提高了50.3%,断裂韧性由5.8 MPa.m1/2增加到8.6 MPa.m1/2,提高了48.2%。Al相的存在使复合材料基体出现韧性断裂的特征。

C/C坯体对RMI C/C-SiC复合材料组织的影响

以PAN基炭纤维(Cf)针刺整体毡为预制体,用化学气相渗透(CVI)、浸渍炭化(IC)方法制备了不同炭纤维增强炭基体的多孔C/C坯体,采用反应熔渗(RMI)法制备C/C-SiC复合材料,研究了渗Si前后坯体的密度和组织结构。结果表明:不同C/C坯体反应溶渗硅后复合材料的物相组成为SiC相、C相及单质Si相;密度低的坯体熔融渗硅后密度增加较多;密度的增加与开口孔隙度并不是单调增加的关系,IC处理的坯体开口孔隙度低,但渗硅后复合材料的密度增加较多;IC坯体中分布分散的树脂C易与熔渗Si反应,CVI坯体中的热解C仅表层与熔渗Si反应,在Cf和SiC之间有热解C存在;坯体密度相同时,IC处理的坯体中SiC量较多,单质Si相含量少且分散较好,而CVI坯体中SiC量较少,单质Si相的量较多;制备方法相同时,高密度的C/C坯体,渗硅后C相较多。

粘结剂对锂离子电池Si/C复合材料性能的影响

以纳米硅粉(Si)、鳞片石墨(FG)和柠檬酸为原料,通过液相固化高温热解法制备硅碳(Si/C)复合材料,采用XRD和SEM表征复合材料的结构和形貌;采用不同的黏结剂聚四氟乙烯(PVDF)和褐藻酸盐(SA)分别对材料的电化学性能进行表征。结果表明:采用PVDF和SA作为粘结剂时,材料首次可逆比容量分别为528.7和538.5mA.h/g,首次库仑效率分别为69.57%和63.38%,但是采用SA作为粘结剂时材料呈现出良好的循环性能,20次循环后容量保持在90%以上。

聚硅氧烷先驱体转化制备三维C_f/Si-O-C复合材料的研究

研究了含氢聚硅氧烷(PSO)与二乙烯基苯(DVB)的交联与裂解。结果表明:只有在氯铂酸的催化作用下,PSO与DVB才能完全交联。DVB/PSO质量比对陶瓷产率的影响较大,DVB/PSO=0.5时陶瓷产率最高,达到76%。裂解产物中Si,C,O的含量分别为38.3wt%,34.3wt%,27.4wt%。以质量比为0.5的DVB/PSO体系为先驱体,采用先驱体转化法制备出三维Cf/Si-O-C复合材料。研究发现:第一次裂解时采用热压辅助可以明显提高材料的力学性能。第一次在1600℃,10MPa的条件下热压裂解5min,后续真空浸渍-常压裂解处理六个周期所制得的材料具有较高的力学性能,其弯曲强度和断裂韧性分别为502MPa,23.7MPa·m1/2。理想的界面结合状态是其具有高性能的主要原因。

C/Si-C-N复合材料的制备及其氧化行为研究

采用CVI方法制备出了以Si-C-N陶瓷为基体以热解炭为界面的炭纤维增强陶瓷基复合材料（C/Si-C-N）。采用热重法研究了C/Si-C-N复合材料在空气中的氧化行为,并探讨了基体制备温度对复合材料抗氧化性能的影响。研究表明：不同温度下制备的复合材料,其氧化行为完全不同。高温下制备的C/Si-C-N复合材料其氧化失重随氧化温度的升高而持续增加;低温下制备的C/Si-C-N复合材料则其氧化失重先随温度的升高而增加,随后在800-1000℃之间随温度的升高而减小,接着又随温度的升高而增加。较高的制备温度可使复合材料在900℃以下温度区间的抗氧化性能得到提高,但却使900℃以上温度区间的抗氧化性能降低。

C/SiC复合材料钻削工具载荷及磨损研究

采用HAM PCD焊刃麻花钻、KENNA CVD涂层麻花钻、金刚石套料钻(普通钻削与超声辅助钻削两种方法)三种工具对C/Si C复合材料进行了钻削试验,并对工具磨损情况、钻削力及扭矩进行了对比分析。结果表明:累计钻削深度lT=160mm后,套料钻普通钻削、超声辅助钻削磨损程度较轻,而HAM PCD焊刃麻花钻,KENNA CVD涂层麻花钻磨损严重。不同工具钻削加工时钻削力及扭矩随着工艺条件的变化呈现不同的变化趋势;采用套料钻加工时,与普通钻削相比,超声辅助钻削可有效降低钻削力及扭矩,最大降低幅度分别达到23%、56%。整体而言,套料钻超声辅助钻削加工时钻削力及扭矩较小、工具磨损较轻,是一种适合于C/Si C复合材料制孔的工艺方法。

CVI制备C/Si_3N_4复合材料及其表征

以SICl4-NH3-H2为反应体系,采用化学气相渗透法CVI)制备C/Si3N4复合材料.渗透产物的能谱和X射线衍射表明渗透产物为非晶态Si3N4,经1350℃真空热处理后,产物仍然为非晶态Si3N4;经1450℃真空热处理后,产物已经发生晶型转变,由非晶态转变为晶态的α-Si3N4和β-Si3N4.渗透温度、渗透时间、气体流量对试样致密化、增重及微观结构的影响研究表明渗透温度为900℃、SiCl4流量为30mL/min、H2流量为100mL/min、NH3流量为80mL/min、渗透时间120h、系统压力1000Pa时,气体渗透进入碳布预制体后,在预制体内反应均匀,制备的复合材料较均匀.

C/C复合材料Mo-Si-N抗氧化涂层的制备

在C/C复合材料表面采用熔浆法制备Mo-Si系涂层的烧结过程中通入氮气,开发了Si3N4-MoSi2/Si-SiC(Mo-Si-N系)多层抗氧化涂层,并初步考察了涂层的抗氧化性能.结果表明,多层涂层的致密性主要受制于起始氮化温度.只有在Si熔点以上通入氮气,才能获得致密无缺陷的涂层.多层涂层的底层为SiC,外层为Si3N4,中间层为MoSi2/Si.这种多层涂层的抗氧化性能与涂层中MoSi2的含量有关;MoSi2含量为30%(体积分数,下同)和40%时,与真空中合成的Mo-Si涂层相比,高温抗氧化性能显著改善,抗氧化温度提高到1400℃～1450℃.

C_f/SiC复合材料表面HfO_2涂层的制备及其抗热冲击性能研究

目的研究等离子喷涂条件下Cf/SiC复合材料表面HfO2涂层的物相、显微组织及其抗热冲击性能。方法通过水热合成和喷雾造粒制备出HfO2粉体,并利用等离子喷涂在Cf/SiC复合材料表面制备HfO2涂层,研究涂层的物相、显微组织和抗热冲击性能。结果水热合成的纳米HfO2为单斜相结构,颗粒的平均粒径为10-15nm;等离子喷涂制备的HfO2涂层组织中存在微裂纹和孔隙,涂层为单斜相结构,且经1350℃热处理后涂层的相结构未发生改变。等离子喷涂的HfO2涂层与Cf/SiC复合材料基体结合良好,未观察到涂层、基体间界面分离的现象。经1350℃、50周次的空冷热冲击试验后,涂层未发生破坏失效;在1350℃水冷热冲击条件下,热循环20次时涂层表面出现剥落,27次时脱落面积〉50%。结论通过等离子喷涂制备的HfO2涂层与Cf/SiC复合材料基体结合良好,涂层能够抵御1350℃空冷、50周次热冲击,且未发生破坏失效,涂层的1350℃水冷热循环寿命达27次。

基体炭对反应熔渗法制备的C/C-SiC复合材料性能的影响

以炭纤维针刺整体毡为预制体,分别采用化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)法、浸渍炭化(Impregnation and carbonization,I/C)法以及CVI与I/C相结合(CVI&I/C)的方法制备C/C坯体,坯体中的基体炭分别为热解炭,树脂炭,热解炭和树脂炭共存体,再通过反应熔渗硅(Reactive molten infiltration,RMI)获得C/C-SiC复合材料,对该材料的组织结构、力学性能和抗氧化性能进行研究。结果表明:C/C-SiC复合材料的相组成为SiC、C及残留Si相。I/C增密坯体的树脂炭更易与Si反应,因而形成的SiC量较多,CVI增密的坯体渗Si后SiC量较少而残留Si的量较多,材料的强度和韧性最低,分别为122.7 MPa和3.9 MPa.m1/2,但在1 200℃时其氧化性能优于用I/C增密的C/C坯体制备的材料的抗氧化性能。用CVI&I/C方法制备的C/C坯体,渗硅后的抗弯强度和断裂韧性最高,分别达到174.5 MPa和5.2 MPa.m1/2。

C/C-SiC-Cu_3Si复合材料的氧化行为

以全网胎炭毡为预制体,采用化学气相渗透法（CVI）制备C/C坯体,然后采用反应熔体浸渗法（RMI）将Cu和Si同时渗入坯体制得C/C-SiC-Cu3Si摩擦材料,研究复合材料的组织结构和氧化行为。结果表明：C/C-SiC-Cu3Si复合材料的物相组成为C、Si、β-SiC和Cu3Si。在不同温度相同时间氧化过程中,在700~1 000℃范围内,Cu3Si、Si和SiC氧化生成微量的SiO2;在1 000~1 300℃范围内,Cu3Si、Si和SiC同时氧化生成SiO2。但在不同时间相同温度氧化过程中,Cu3Si氧化生成SiO2和CuO,部分Si和SiC氧化生成SiO2。这些SiO2和CuO覆在基体表面对内部纤维和基体起到一定的保护作用。

SiC含量对铝基复合材料显微结构和性能的影响

研究了不同质量分数Si C颗粒增强铝基复合材料的显微结构和力学性能,采用热压烧结和热挤压工艺成功制备出Si C颗粒增强铝基复合材料,通过相对致密度、XRD、FESEM和拉伸力学性能测试等手段,探究了不同质量分数的Si C颗粒和热挤压工艺对铝基复合材料显微结构、抗拉强度以及断裂方式的影响。

C/SiC陶瓷基复合材料表面Si/SiC涂层制备

采用新的泥浆预涂层 -反应烧结工艺在 C/ Si C复合材料表面制备 Si/ Si C致密涂层 ,重点研究了原材料、工艺条件对涂层性能的影响 ;采用 XRD分析涂层的组分及晶体结构 ,采用 SEM分析涂层的断口形貌。结果显示 ,采用 MC为胶粘剂、较低的裂解升温速度制备的预涂层性能最好 ;无 Si气氛存在直接高温烧结制备涂层性能差 ,而在真空环境下、 14 5 0～ 16 0 0℃温度范围高温烧结能够制备出致密的 Si/ Si C涂层 。

颗粒尺寸、挤压和时效时间对SiC颗粒增强Al-Cu-Mg基复合材料微观结构及硬度的影响

研究Si C颗粒尺寸、挤压和时效时间对粉末冶金法制备的Si C颗粒增强Al-Cu-Mg基复合材料微观结构及硬度的影响。研究表明,挤压对复合材料的微观结构和硬度有重要影响,能够极大促进增强体在Al基体中的均匀分布和复合材料的致密化。挤压后的复合材料残留微孔减少,密度和硬度均得到显著提高。时效时间和Si C尺寸对复合材料中析出相的数量及尺寸有显著影响。采用较小尺寸的Si C作为增强体时,随时效时间延长,析出相在基体中均匀析出,没有明显长大,在时效12 h内没有出现峰时效。然而,采用较大尺寸的Si C作为增强体时,随时效时间延长,基体中的析出相不是很均匀,并有部分发生明显粗化,在同样的时效时间范围内出现了峰时效。

残余Si对碳陶(C/C-SiC)复合材料摩擦磨损性能的影响

以三维针刺整体碳毡为预制体,经化学气相渗透法(CVI)制得C/C多孔坯体,然后采用反应熔融浸渗法(RMI)制得碳陶(C/C-SiC)复合材料,制取含残余Si的CS-2型碳陶摩擦块。对碳陶复合材料进行脱硅处理制得脱硅后的碳陶(C/C-SiC)复合材料,制取去残余Si的C-2型碳陶摩擦块。在GF150D型定速摩擦试验机上,以碳陶摩擦块配对H13锻钢摩擦盘,研究了碳陶材料中残余硅对碳陶块/钢盘摩擦副摩擦磨损性能的影响。

锂离子电池Si-Mn／C负极材料的电化学性能

利用机械球磨法得到Si和Mn原子比为3:5的复合材料,将此材料与20 wt％的石墨混合球磨得到Si3Mn5／C复合材料．利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析材料的物相和电极的微观结构．结果表明:所得材料中没有Si-Mn二元新相的生成,材料的颗粒尺寸为0．5—2．0μm．碳的加入抑制了活性中心Si在循环过程中的较大结构变化,且Si—Mn复合物颗粒均匀地分散在碳的网格中,增加了复合材料的电接触．合成样品的电化学测试表明, 石墨的添加提高了Si-Mn复合材料的可逆容量和循环性能． Si-Mn／C复合物的首次可逆容量为347mAh·g-1,充放电效率为70％．进而经200℃热处理的Si-Mn／C电极的首次可逆容量为 463mAh·g-1,充放电效率为70％．在30个循环后复合材料仍保持426mAh·g-1的可逆容量, 充放电效率稳定在97％以上．

Pb对SiCp/Al-1.2Mg-0.6Si-0.1Ti复合材料界面结构的影响

采用搅拌复合方法制备了SiCp Al 1 2Mg 0 6Si 0 1Ti 1 0Pb复合材料,通过透射电镜研究了复合材料的界面结构。复合材料中增强体SiC与基体合金的界面主要为SiC Al、SiC Pb、SiC Mg2Si,Pb在复合材料中主要以面心立方Pb相形式存在于SiC颗粒的界面上,部分SiC颗粒的界面存在Al4C3。界面Pb相中存在着Ti元素,由于合金元素之间的相互作用使基体合金中的Pb、Ti元素集中存在于SiC的界面上。

合成温度对C/C复合材料表面SiC纳米线制备的影响

为了提升C/C复合材料表面SiC涂层的韧性及其与基体的结合强度,以三氯甲基硅烷为前驱体,采用常压化学气相沉积法在C/C复合材料表面制备了SiC纳米线,研究了不同合成温度对纳米线的物相、形貌和结构的影响。借助XRD、SEM、TEM和EDS对所制备的纳米线进行物相、形貌和结构的表征,结果表明1300℃下可制备得到较为纯净的Si C纳米线,形状平直,表面光滑,取向随机呈网状分布,直径大约为100~160 nm,长度可达几百微米;随着合成温度的不断升高,纳米线的物相逐渐由β-SiC和Si双相转变为单一的β-SiC相,其中Si相是以单晶Si纳米线的形式夹杂在SiC纳米线中;另外,纳米线的沉积速率也随着温度的升高大幅度增加,产量增多,致密性增高。

SiC对SiC/6066铝基复合材料挤压过程力学行为的影响

利用有限元方法分析了SiC颗粒在不同形状、体积分数时对Al基复合材料挤压过程力学行为的影响,并对试样进行了拉伸试验。结果表明,随着SiC颗粒角度减小,颗粒的应力很快增大,基体的应变呈增大趋势;随SiC颗粒体积分数的增大,颗粒的应力、基体的应变以及该复合材料的弹性模量及屈服强度呈增大的趋势。

纳米SiC颗粒增强镁基复合材料半固态搅拌法制备工艺优化

采用半固态机械搅拌铸造法,制备了增强体平均粒径50 nm的Si C颗粒增强镁基复合材料(n-Si Cp/Mg9Al),分别对不同质量分数纳米颗粒、不同搅拌时间和不同搅拌温度时,复合材料的微观组织和力学性能进行了研究。结果表明,随着Si C含量的增加,合金基体组织先细化后又出现变粗的现象,适当延长搅拌时间能更有效地细化组织,在较低温度下搅拌可以更明显地细化复合材料的微观组织。合金抗拉强度随着Si C含量的增加先增加后降低,在Si C含量为1.5%时最好,为198 MPa。在含量为2%时又有所降低,但是高于不加Si C时。搅拌时间为15 min时,复合材料的屈服强度、抗拉强度较之基体分别提高了12.8%、22%,断后伸长率由基体合金的2%提升到4%。继续延长搅拌时间到30 min,材料的室温拉伸性能出现明显恶化。不同搅拌温度下Si Cp/Mg9Al纳米复合材料与铸态Mg9Al合金相比其室温拉伸性能有明显提高,搅拌温度为600℃的Si Cp/Mg9Al纳米复合材料的室温拉伸性能最好,其屈服强度、抗拉强度和断后伸长率分别为106 MPa、155 MPa和4%。