SiC3D/Al复合材料高速列车制动盘紧急制动热流耦合有限元模拟

建立了带有散热筋和通风槽的具有三维网络碳化硅骨架增强铝基复合材料(SiC3D/Al)摩擦层的高速列车轴装制动盘温度场和流场计算模型。用温度-流场顺序耦合法对紧急制动初速380 km/h的高速列车制动盘进行热流分析,研究制动盘的瞬态温度场变化规律。结果表明:考虑气流散热时,SiC3D/Al复合材料制动盘能迅速将摩擦热传递到整个盘体,摩擦面最高温度527℃,摩擦表面温度场均匀,轴向温度梯度较小。制动盘的板状散热筋可增加制动盘的刚度,减少摩擦面翘曲,减少盘内气体紊流,对制动盘气流具有导向作用。通风槽可排除磨屑,降低摩擦面温度,保证制动盘有较高的摩擦力和稳定的摩擦系数。模拟计算值与全尺寸台架实验数据一致。

热解温度对直写3D打印石墨烯/SiC_(p)/SiC复合材料性能的影响

通过在碳化硅前驱体聚碳硅烷(PCS)溶液中加入石墨烯/SiC_(p)复合粉末,获得石墨烯/SiC_(p)/PCS浆料,采用直写3D打印(DIW)和高温烧结相结合制备了石墨烯/SiC_(p)/SiC复合材料。PCS在不同热解温度下具有不同的产物与性能,本文研究了热解温度对石墨烯/SiC_(p)/SiC复合材料性能的影响。800℃时PCS转化为非晶SiCxOy,随着温度升高至1500℃,非晶SiCxOy逐渐生成导电性更好的β-SiC与游离碳,石墨烯/SiC_(p)/SiC复合材料的电导率从0.93 S·m^(-1)升高至670 S·m^(-1)。1200℃时,复合材料抗压强度和容积密度分别达到最大的12.3 MPa和1.49 g·cm^(-3)。该研究提供了一种基于PCS浆料的直写3D打印工艺制备高导电轻质多孔石墨烯/SiC_(p)/SiC复合陶瓷的方法。

热压烧结Al_2O_3-SiC纳米陶瓷复合材料XRD和SEM研究

对溶胶凝法制备的Al2 O3-SiC复合粉末进行了真空热压烧结 .X射线衍射分析表明 ,纳米SiC的加入抑制了Al2 O3晶粒的生长 .对陶瓷的断口进行了SEM分析 ,发现断裂方式为穿晶、沿晶混合型 ,但以穿晶断裂为主 ,断裂方式与SiC的含量有关 .

SiO_2氧化层在DI MOX法制备SiC_p/Al_2O_3-Al复合材料中的作用机制

利用直接金属氧化法制备了SiC颗粒增强Al2O3-Al基复合材料,借助于XRD、光学金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对该复合材料的微观结构进行了观测,分析了SiO2氧化层的形成在复合材料制备过程中的作用。结果表明,SiO2层可以防止材料粉化现象的发生,缩短反应的孕育期,并可避免材料的胞状生长,促进材料的致密化。

Al_2O_3-SiO_2-TiO_2表面涂层对3D-C_f/SiC复合材料力学性能的影响

采用溶胶凝胶法在三维碳纤维预制体(3D-Cf)表面形成Al2O3-SiO_2-TiO_2涂层,而后采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备了3D-Cf/Si C复合材料,通过SEM、XRD等分析测试手段以及三点弯曲等试验方法,研究了碳纤维的界面对复合材料的微观结构、力学性能的影响。结果表明,Al2O3-SiO_2-TiO_2涂覆处理后的碳纤维的强度约为原始碳纤维的96.8%,涂层碳纤维在复合材料断裂过程中起到了较好的增韧作用,涂层处理后的3D-Cf/Si C复合材料的抗弯强度达303 MPa,断裂韧度达6.5 MPa/m1/2。

Al_2O_3/Ti_3SiC_2层状复合材料的制备与性能

采用两种方法制备Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料,一是原位-热压法,即Ti3SiC2是在层状材料的制备过程中同时被合成的;一是分步法,即制备过程分两步进行,首先制备出Ti3SiC2高纯粉,再采用热压法进行烧结制备层状材料。两种方法制备的Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料强度保持在450MPa以上,断裂功达到1200～1560J/m2,相对Al2O3块体材料提高十余倍。另外,不同的制备方法得到不同的组成和显微结构,决定了这两种Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料性能的差异:前者强度较高韧性较低,后者强度较低而韧性较高。

Al_2O_3/SiC纳米陶瓷复合材料的制备及力学性能

采用一次粒径分别为 10nm和 15nm的α Al2 O3 和SiC粉体为原料 ,制备了Al2 O3 /SiC纳米陶瓷复合材料·纳米SiC颗粒明显抑制Al2 O3 基体晶粒的长大 ,SiC体积分数超过 4 %时 ,材料的断裂方式由沿晶断裂变为穿晶断裂·随SiC含量的增加 ,Al2 O3 /SiC纳米复合材料的硬度增大·材料的弯曲强度和断裂韧性在SiC体积分数为 5 %时达到最大值·最大三点弯曲强度和断裂韧性分别为 6 4 1MPa和 4 7MPam1/2 ,明显高于热压单相Al2 O3 陶瓷 (344MPa和 3 1MPam1/2 )

Al_2O_3对Ti_3SiC_2/Al_2O_3复合材料性能及显微结构的影响

采用SPS烧结方法,通过测定密度、气孔率、硬度、抗弯强度以及组织观察,系统地研究了Al2O3对Ti3SiC2/ Al2O3复合材料性能的影响。结果表明,在Ti3SiC2中添加适量Al2O3可以在强度及断裂韧性略有增加的前提下,大幅度提高材料的硬度,维氏硬度最高可达10.28GPa。当Al2O3含量过高时,材料强度、断裂韧性的下降是由于Al2O3的团聚所致。

Ti_3SiC_2/Al_2O_3复合材料的SPS烧结及其性能研究

利用放电等离子烧结(SPS)方法成功制备了Ti3SiC2/Al2O3复合材料,用XRD及SEM对其组成和结构进行了表征。另外系统研究了Ti3SiC2/Al2O3复合材料的弹性模量及673K时的热传导性能。结果表明复合材料弹性模量高于理论上限模量,随着Ti3SiC2含量的增加复合材料弹性模量减小,且Ti3SiC2的加入使复合材料的热导率较Al2O3有一定的提高,673K时复合材料热导率符合"海岛-网络"模型。

3D C/SiC复合材料的热辐射性能

利用稳态量热计法和傅里叶红外光谱仪分别测定了3D C/SiC复合材料在90℃时的半球向总发射率和室温法向光谱反射率,研究了表面形貌、涂层厚度及高温氧化对3D C/SiC热辐射性能的影响。结果表明:3DC/SiC具有优异的热辐射性能,其总发射率可达0.83;随着SiC涂层厚度的增加,3D C/SiC总发射率先降低后上升;高温氧化后,3D C/SiC的热辐射性能有所提高。

退火对Al_2O_3/SiC纳米复合材料裂纹愈合行为的影响

研究不同密度的 Al2 O3 / Si C纳米复合材料在退火条件下的裂纹愈合行为。利用维氏压痕法引入可控的预制裂纹 ,通过测量退火前后材料抗弯强度的变化来表征裂纹愈合程度。当退火温度在 85 0℃以上时 ,裂纹愈合效应随退火温度提高明显增强 ,在 115 0℃左右退火 1h后 ,不同密度的试样的抗弯强度均恢复到试样的固有强度。裂纹愈合的机制主要归结于退火过程中残余应力的驰豫导致扩散键合和裂纹表面碳化硅颗粒的氧化作用。然而 。

Al2O3-SiO2／AZ91D镁基复合材料的制备及其性能研究

采用硅酸铝纤维和镁合金制备出结构紧密的Al2O3-SiO2／AZ91D镁基复合材料。介绍了复合材料的制备工艺，适宜的挤压铸造工艺为：基体温度650℃、模具温度550℃、浇注温度760℃和压力30～50MPa。XRD、SEM、EDS和光学金相显微镜OM等分析结果表明：复合材料主要由Mg、β-Mg17Al12、MgO、AlPO4、3Al2O3·2SiO2和Mg2Si等结晶相组成；镁与硅酸铝纤维反应生成MgO和汉字状Mg2Si等产物；基体镁与硅酸铝纤维的界面形成比较紧密的结合层。与镁合金相比，复合材料的硬度和油摩擦性能有较大提高。

熔铝氧化渗透合成SiC_p/Al_2O_3-Al复合材料的微观结构分析

以低成本的熔铝氧化渗透合成新方法制备了SiCp/Al2 O3 Al复合材料。借助X光电子谱 (XPS)、光学金相显微镜、透射电镜 (TEM)、X射线衍射 (XRD)等手段研究了该种复合材料的微观结构 ,并分析了影响微观结构的主要因素及其影响规律。结果表明 ,Al2 O3 和Al作为复合材料基体呈双连续分布 ,它们各自的含量可在较大范围内受SiC颗粒的粒度所控制。在熔铝氧化渗透合成的SiCp/Al2 O3 Al复合材料中 ,各组成相之间无界面反应 ,也无晶间相 ,Al2 O3 在SiC颗粒表面二次形核并直接生长的现象普遍存在 ,并由此形成了具有良好物理冶金结合的Al2 O3

双组元液体动力环境下3D C/SiC复合材料喷管烧蚀性能

为明确C/SiC陶瓷基复合材料喷管在液体火箭发动机工作环境的烧蚀特性,采用先驱体浸渍-裂解(PIP)工艺制备得到3D C/SiC复合材料喷管,并对喷管进行多种工况环境下的地面热试车烧蚀考核。结果表明:制备得到的3D C/SiC复合材料喷管能够满足液体火箭发动机多种工况环境下抗烧蚀性能要求,喷管喉部线烧蚀率约为3.92×10^(-4) mm/s;热试车烧蚀实验后喷管入口圆柱段、收敛段、喉部及扩张段外型面均残留有大量白色物质SiO_(2),喉部局部出现烧蚀坑洞现象;C/SiC复合材料液体火箭发动机工作环境下的烧蚀机理为机械冲刷烧蚀和氧化烧蚀。

连续SiC纤维增强Ti_3Al基复合材料力学性能研究

采用箔—纤维—箔方法制备了连续SiC纤维增强Ti_3Al基复合材料(SiC_f/Ti_3Al),测定了两种SiC纤维增强Ti_3Al基复合材料的力学性能,分析了热处理工艺对复合材料力学性能的影响,讨论了复合材料在不同条件下的断裂机制研究表明,国产SiC纤维(无碳涂层)增强Ti_3Al复合材料的界面结合强度高于有碳涂层纤维增强的复合材料,力学性能却低于SCS-6纤维(有碳涂层)增强的复合材料。当热处理时间延长时,SCS-6/Ti_3Al复合材料界面反应层厚度增加,复合材料的力学性能下降。

Al_2O_3-SiO_2/AZ91D镁基复合材料制备及界面反应机理研究

采用硅酸铝纤维和镁合金制备出结构紧密的Al2O3-SiO2/AZ91D镁基复合材料。介绍了复合材料的制备工艺,适宜的挤压铸造工艺为预制体温度650℃、模具温度550℃、浇注温度760℃和30～50MPa压力。XRD、SEM、EDS和光学金相显微镜OM等分析结果表明,复合材料主要由Mg、β-Mg17Al12、MgO、AlPO4、3Al2O3·2SiO2和Mg2Si等结晶相组成;镁与硅酸铝纤维反应生成MgO和汉字状Mg2Si等产物;基体镁与硅酸铝纤维的界面形成较紧密的结合层。

3D-C／SiC复合材料的高温疲劳性能

采用应力比为0.1和0.5,频率为60和20Hz的正弦波从室温至1500℃,在10-4Pa真空中对3D-C/SiC复合材料进行拉—拉疲劳实验;获得其在应力比0.1频率60Hz条件下室温、1100、1300和1500℃的疲劳曲线,以及应力比0.1频率20Hz和应力比0.5频率20Hz条件下1500℃的疲劳曲线。结果表明,若取循环基数为106周,应力比0.1频率60Hz条件下,3D-C/SiC复合材料在室温、1100、1300和1500℃的疲劳极限分别为235、350、285和240MPa,约为其拉伸强度的87%、97%、94%和90%;疲劳极限与比例极限和拉伸强度随温度有相似的变化规律,即随温度升高而增加,在1100℃达到最大值,尔后随温度增加而下降;但是S—Nf曲线的斜率的变化规律恰好与此相反。应力比的增加和频率的降低,均使复合材料1500℃的疲劳极限有所减小。

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。

凝胶注模成型工艺制备SiC_w/Al_2O_3陶瓷复合材料的性能研究(英文)

对SiCw/Al2O3陶瓷的低粘度、高固相体积分数浓悬浮体的制备以及凝胶注模成型后坯体的性能和显微结构进行了研究,着重分析了长径比不同的2种SiC晶须及其添加量对坯体性能的影响。结果表明,坯体的相对密度、抗弯强度与SiC晶须的长径比和添加量有关,浆料的粘度随着晶须长径比和添加量的增大而增加。坯体的抗弯强度随着晶须添加量的增加呈现一种先上升后下降的趋势。凝胶注模成型后坯体结构均匀、致密,相对密度为60%,抗弯曲强度达38.5 MPa。通过显微结构观察,裂纹偏转、晶须拔出和晶须桥连是晶须增强的主要机制。

纳米SiC颗粒对Al_2O_3-ZrO_2复合材料断裂模式的影响

本文观察了Al2O3-ZrO2和纳米SiC复合的Al2O3-ZrO2陶瓷材料的断口形貌。在Al2O3-ZrO2样品中表现为典型的沿晶断裂。复合纳米SiC颗粒后,出现相当一部分的穿晶断裂形貌。并且讨论了残余热应力对断裂模式的影响。