联合添加微量Sc、Zr元素对B4C/7075Al复合材料力学性能和腐蚀行为的影响

限制高强度B4C/Al复合材料工程应用的关键为腐蚀问题,添加微量合金元素是提高其耐蚀性的有效措施。采用压力浸渗法制备了B4C/7075和添加微量Sc、Zr元素的B4C/7075-0.15Sc-0.35Zr复合材料,利用扫描电镜、透射电镜、弯曲性能测试、拉伸性能测试、中性盐雾试验和电化学测试对比研究了联合添加Sc和Zr元素对B4C/7075Al复合材料的显微组织、力学性能和腐蚀行为的影响。结果表明:添加Sc和Zr元素后,复合材料的抗弯曲强度和抗拉强度升高,腐蚀速率降低,腐蚀电流密度(Jcorr)下降,耐蚀性增强,这是因为添加Sc和Zr元素后,复合材料的晶界析出相细小且不连续分布,无析出带(PFZ)消失。

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。

无粘结剂C-SiC-B_4C系碳/陶复合材料的制备及高温抗氧化性质的研究

用不同配比的石油生焦、B4 C、SiC混合磨粉 ,不加粘结剂模压成型、烧结制得C -SiC -B4 C系碳 陶复合材料 ,在70 0～ 12 0 0℃温度范围内对其抗氧化性能进行了测试 ,结果表明复合材料抗氧化性能的优劣与B4 C含量、SiC B4 C含量比例和氧化测试温度有密切关系 。

(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的组织及性能

采用微波烧结制备了(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料,研究了不同体积分数(SiC+B4C)p(0%、5%、10%、15%、20 vol%)对复合材料组织及性能的影响。结果表明:(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的组织主要由α-Mg、SiC、B4C、Mg17Al12和少量MgO等组成。随着(SiC+B4C)p含量的增加,(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的相对密度减小,显微硬度增加,而抗压强度先增后降,当(SiC+B4C)p含量为15%时达到最大值。15%(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的显微硬度和抗压强度分别达到196.16 HV0.025和326.3 MPa,相对于未添加(SiC+B4C)p的AZ91D材料分别提高了145%和120%。随着(SiC+B4C)p含量的增加,复合材料的耐磨性先提高后降低,磨痕由清晰的犁沟形貌逐渐模糊,磨损机制由磨粒磨损转变为剥层磨损。

热压合成C-B_4C(TiB_2)-SiC复合材料的氧化行为

以1950℃下原位合成热压烧结生成的C-B4C(TiB2)-SiC复合材料在600℃,800℃,1000℃,1200℃,1400℃空气中的恒温氧化行为,TG/DTA实验为基础,结合材料的显微结构,研究了不同温度区间复合材料在静态空气中的氧化机理,计算出氧化反应激活能,并对氧化层表面的相组成形貌以及氧化层剖面的显微组织进行了分析。结果表明该复合材料的氧化动力学曲线主要为抛物线形。扫描电镜照片显示氧化剖面层分成3层,不同的氧化温度,其表面氧化膜有不同的缺陷。

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。

B4C颗粒对C/C-SiC复合材料微观结构与力学性能的影响

采用浆料浸渗结合先驱体浸渍−裂解法制备B4C颗粒改性C/C-SiC复合材料,研究B4C颗粒对C/C-SiC复合材料力学行为的影响。结果表明,B4C颗粒改性的C/C-SiC复合材料的抗弯强度和断裂韧性分别为250.41 MPa和13.56 MPa·m^1/2,与C/C-SiC复合材料相比,其抗弯强度下降45.5%,而断裂韧性提高46.0%。B4C颗粒可促进SiC基体的烧结,但由于大量闭孔和基体弱界面的形成,导致材料抗弯强度降低。B4C颗粒改性的C/C-SiC复合材料断裂韧性提高的主要原因在于,B4C颗粒与SiC基体中的弱界面使裂纹在SiC基体中得到有效偏转,增加了裂纹在基体中的扩展路径,使得材料的断裂韧性提高。

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。

B_4C/Al复合材料的研究进展及展望

综述了国内外B4C/Al复合材料的制备过程、反应产物、结构及主要性能。指出B4C/Al复合材料的主要反应产物为B4C、Al、Al4BC(Al3BC)、AlB24C4、AlB2、Al3B48C2及Al4C3,并讨论了B4C/Al复合材料界面反应产物对材料性能的影响和解决途径。同时指出B4C/Al梯度复合材料必将成为研究的发展方向。

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。

C/C-B-SiC复合材料的烧蚀性能研究

采用聚合物浸渗裂解法制备了C/C-B-S iC复合材料,用H2-O2焰法对其烧蚀性能进行了研究,并推测了C/C-B-S iC复合材料的烧蚀机理。结果表明,C/C-B-S iC复合材料的烧蚀率随材料密度ρ的增加呈下降趋势,ρ=1.50 g/cm3的C/C-B-S iC复合材料的线烧蚀率相当于ρ=1.86 g/cm3的C/C复合材料的61%,烧蚀时间为60 s时的质量烧蚀率相当于ρ=1.77 g/cm3的C/C复合材料。C/C-B-S iC复合材料在H2-O2焰条件下的烧蚀机制是热化学烧蚀(氧化和升华)和机械冲刷的综合作用。

B_4C/Al复合材料力学性能及其断裂机理的研究

对无压浸渗法制备的B4C/Al复合材料进行了力学性能测试。结果表明,B4C/Al复合材料的抗弯强度和断裂韧性与单一B4C材料相比有显著提高。B4C/Al复合材料的抗弯强度及断裂韧性分别比单一B4C提高了18.39%和75.27%,但其硬度降低。B4C/Al复合材料经扫描电镜和背散射仪分析后发现,无压浸渗法制备的B4C/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;B4C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;单一B4C存在较多的穿晶断裂,而B4C/Al复合材料的断裂方式主要以沿晶断裂为主,这是B4C/Al复合材料断裂韧性提高的主要原因。

共沉淀法原位合成无压烧结TiB_2/B_4C陶瓷复合材料

以TiCl4溶液和B4C粉末为主要原料,采用共沉淀、原位合成无压烧结技术制备了TiB2/B4C陶瓷复合材料。研究了原料配比、烧结温度对TiB2/B4C陶瓷复合材料的烧结性能、显微组织和力学性能的影响。通过X射线衍射、金相显微镜、扫描电镜等分析手段,分析了TiB2/B4C陶瓷复合材料的物相组成、显微组织和断裂特征。研究结果表明:当成分质量配比TiB2:B4C为40:60时,材料最大相对密度为98.5%T.D;在最佳成分配比下,随着烧结温度的升高,原位合成制备的TiB2/B4C陶瓷复合材料的密度、硬度、抗弯强度均为先升高后降低,材料的最佳烧结工艺为2050℃,1h。在最佳烧结工艺下,TiB2/B4C陶瓷复合材料的密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性达到最佳值分别为3.17g/cm3,31.5GPa,381MPa和5.1MPa·m1/2。

B_4C/TiC/Mo陶瓷复合材料的力学性能和微观结构

采用热压法制备了B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料,分析了烧结工艺和TiC含量对B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料力学性能和显微结构的影响。当烧结参数为1900℃,45min,35MPa时,85.3%(质量分数,下同)B4C/10%TiC/4.7%Mo陶瓷复合材料的抗弯强度、韧性、硬度和相对密度分别为705MPa,3.82MPa.m1/2,20.6GPa,98.2%。添加的TiC在烧结过程中与B4C发生化学反应生成了TiB2,利用生成的TiB2与添加的Mo协同增韧补强B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料。

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。

B_4C增强Al基复合材料的研究进展

综述了当前B4C增强Al基复合材料的研究现状,通过对比不同制备工艺所得复合材料的拉伸强度、硬度、耐磨性能和延伸率等力学性能,总结了粉末冶金法、高能球磨法、无压渗透法、搅拌铸造法以及其他制备技术的优缺点,提出复合材料制备过程中存在的问题及解决方法;此外还介绍了B4C的强化机制;并对B4C增强Al基复合材料未来发展方向和研究重点进行了展望。

热压法制备高含量B_4C/铝基复合材料的显微结构与力学性能

采用低温真空热压法制备B4C质量分数为30%、平均粒度为23μm的B4C/Al基复合材料,热压温度控制在基体6061Al合金的固液相线之间。对B4C/Al复合材料进行显微结构分析和力学性能检测,结果表明:B4C/Al复合材料内无大尺寸的显微缺陷,组织分布较均匀、致密,界面结合较好;B4C/Al基复合材料的硬度比基体6061铝合金提高34.9%,断裂韧性是B4C增强颗粒断裂韧性的5.16倍,屈服强度比基体提高198.3%。利用Ramakrishnan提出的金属基复合材料屈服强度的分析模型,对30%B4C/Al复合材料的屈服强度进行计算,计算结果与实验结果基本符合。分析表明微米级B4C颗粒对6061Al合金的增强机制主要为载荷增强和位错增强。