碳纳米管-TiB_2陶瓷基复合材料的制备与性能研究

研究了用热压烧结(HP)方法制备TiB2-xwt％CNTs-5wt％Ni(x=0．1、0．3、0．5、1、4)复合材料的工艺条件、力学性能和微观结构．用XRD研究了其相组成,用SEM观察了复合材料的断口形貌和裂纹扩展．研究表明:碳纳米管的加入使复合材料的硬度、弯曲强度和断裂韧性得到明显的提高,并且在碳纳米管含量为0．5wt％左右时,复合材料的硬度达到20．5GPa,弯曲强度为496MPa,断裂韧性达7．25MPa．m1／2;断口形貌分析表明碳纳米管主要分布于TiB2颗粒的晶界处,复合材料的增韧机制主要是碳纳米管的拔出机制和桥联机制．

提高短切碳纤维对陶瓷基复合材料TiC-TiB_2强韧化的研究

对采用SHS/PHIP技术制备的Cf/TiC-TiB2陶瓷基复合材料中存在短切碳纤维损伤严重,补强增韧效果不明显的原因进行分析研究。研究发现:在B4C+3Ti+Cf体系的SHS反应过程中,由于反应温度太高,使短切碳纤维表面的碳原子与钛粉之间发生化学反应,造成短切碳纤维表面的化学损伤,影响短切碳纤维的性能,进而影响其补强增韧的效果。在SHS反应过程中,防止或减少短切碳纤维化学损伤的主要途径就是添加稀释剂来降低反应温度。在B4C+3Ti+xCf TiC+2TiB2+xCf体系中,通过向反应物中添加稀释剂镍可以有效地防止或减少短切碳纤维的化学损伤,改善各相之间的接触状况,提高各相之间的界面强度,提高短切碳纤维补强增韧的效果。

粉末冶金法制备TiB_(2)与Al基复合材料与性能研究

使用粉末冶金法制备了TiB_(2)/Al基复合材料,使用X射线衍射仪(XRD)对复合材料进行衍射图谱分析,确定复合材料的物相组织,复合材料晶界处为增强体TiB_(2)的主要分布位置,随着TiB_(2)质量分数的增加,团聚现象增多。探讨了TiB_(2)/Al基体的显微结构和机械性质的变化,并分析了TiB_(2)粒子的加入对TiB_(2)/Al基体的影响。实验发现,TiB_(2)/Al与TiB_(2)/Al的界面结合较好。在1 h的保温、610℃烧结、20%质量分数硼化钛的硬度最高,维氏硬度值为68.2 HV。此时的复合材料在TiB_(2)质量分数15%时的综合力学性能最好,抗拉强度为153.43 MPa,比纯铝提高了19.68%。

Cf／TiC-TiB_2陶瓷基复合材料的SHS工艺优化

采用自蔓延高温合成技术(SHS)制备C f/TiC-TiB2陶瓷基复合材料。通过实验获得制备3wt%Ti-B4C-Cf体系的优化工艺为最佳预制块相对密度为60%左右,预压力为4 MPa,最佳延迟6 s,高压压力300 MPa,高温保压时间15s。

(Ni,C_f)/(TiC-TiB_2)陶瓷基复合材料SHS/PHIP工艺的正交优化

在利用SHS/PHIP技术制备(Ni,Cf)/(TiC-TiB2)陶瓷基复合材料过程中,对预制坯相对密度、预压力、延迟时间、致密化压力、保压时间等基本工艺参数以及镍和碳纤维的含量与材料性能之间的关系进行了分析,从而确定了影响该材料性能的主要因素为致密化压力、镍含量和碳纤维含量,并为此设计了一个三因素三水平的正交试验。结果表明:在质量为120 g的试样中,当碳纤维的含量为3%、镍含量为15%(均为质量分数),预制坯相对密度为61%左右、延迟时间为16 s、致密化压力为300 MPa、保压时间为6 s时,该材料的性能最优,其室温弯曲强度σb=488.27MPa,断裂韧性KIC=12.90 MPa.m1/2。

(TiB_(2)+TiB)/Ti-22Al-25Nb复合材料的热变形行为与组织演变

以放电等离子烧结(TiB_(2)+TiB)增强Ti_(2)AlNb基复合材料为初始材料,在Gleeble-3800热模拟实验机上开展了(TiB_(2)+TiB)/Ti-22Al-25Nb复合材料的热压缩变形实验,研究了变形温度1060~1150℃、应变速率0.05~5 s^(-1)范围内复合材料的热变形行为。通过对流变应力-应变数据分析,构建了复合材料在B2单相区内的本构方程,分析了不同Zener-Hollomon(Z)参数下复合材料的组织演变规律。结果表明:(Ti B_(2)+TiB)/Ti-22Al-25Nb复合材料的峰值应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,压缩曲线存在不连续屈服现象。Z值对复合材料的组织演变和变形机制均有重要影响。当ln Z值处于较高水平(35.88)时,复合材料出现局部塑性流动变形失稳区,动态再结晶程度较低,再结晶晶粒平均尺寸为3.82μm,增强颗粒粒径平均尺寸为6.93μm。当ln Z值处于较低水平(29.11~31.28)时,复合材料心部区域均发生完全动态再结晶。随着Z值降低,当ln Z为29.11时,动态再结晶晶粒长大,其平均尺寸增至9.16μm,并且由于B元素扩散的加快,促进了烧结残余TiB_(2)颗粒向Ti B晶须(Ti Bw)转变,原位反应更加充分,增强颗粒平均尺寸减小至2.77μm,TiBw的团簇现象明显减弱。

激光诱导氧化辅助微细铣削TiB2基陶瓷复合材料试验研究

陶瓷复合材料具有高硬度、高弹性模量、耐磨、抗化学腐蚀等诸多优异性能,在航空航天、微电子、汽车、切削刀具和生物医学等领域具有广泛应用前景,但其微细铣削加工中存在铣削力高、刀具磨损严重等问题。本文提出了一种激光诱导氧化辅助微细铣削的复合加工方法,并用该方法制备了TiB2基陶瓷复合材料微结构。在激光辐照下,TiB2基陶瓷复合材料氧化生成具有一定厚度的、疏松易去除的氧化层;在此基础上,利用微细铣削工艺依次去除氧化层、热影响层和少量基体材料,以获得高加工效率和加工质量。主要研究了铣削深度和每齿进给量对铣削力和表面粗糙度的影响规律,结果表明,随着铣削深度和每齿进给量的增大,铣削力逐渐增大;在铣削深度为2μm、每齿进给量为0.3μm/z时,已加工表面粗糙度最小,Sa为0.06μm;随着铣削深度和每齿进给量的增大,材料去除方式先后经历弹性滑动摩擦、延性模式和脆性模式三个阶段。

准静态下TiB2基陶瓷复合材料单轴抗压强度的韦伯分布规律

采用超重力燃烧工艺制备了TiB2基陶瓷复合材料,用阿基米德排水法测得其体积密度为4.72 g/cm^3。通过微观结构分析,发现陶瓷颗粒间存在许多小于3μm的微孔洞且分布不均匀。在加载速率为0.5 mm/min的准静态条件下进行单轴抗压试验,以Weibull分布为假设分布,对测得的强度数据用数理统计的方法进行分析。经过Kolmogorov非参数检验,得出该陶瓷复合材料的准静态单轴抗压强度分布规律可以用模数系数为3.04834,最小抗压强度为0 MPa的两参数Weibull分布表征,预测了其平均强度为530 MPa。

原位TiB_2颗粒增强铝基复合材料及其力学性能

对原位反应合成TiB2/A356铝基复合材料微观组织和力学拉伸性能进行了研究。结果表明,原位反应生成的颗粒增强相在复合材料基体中分布均匀,基体与颗粒间的界面洁净。复合材料强度随着颗粒含量的增加显著提高,与基体合金相比,TiB2质量分数为8%的TiB2/A356复合材料强度和弹性模量的提高幅度约为28%,TiB2质量分数为16%的TiB2/A356复合材料强度和弹性模量的提高幅度约为35%。复合材料的断裂主要是由于基体与颗粒界面脱粘,在拉伸应力作用下由此萌生微裂纹并扩展,导致界面处的基体撕裂,从而降低复合材料塑性。

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.

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。

TiB_2颗粒增强铝基复合材料的研究进展

介绍了TiB2颗粒增强铝基复合材料的研究现状,重点介绍了几种主要制备工艺的研究状况及TiB2颗粒的含量、大小及在铝基体中的分布等对复合材料力学性能、耐磨性及热处理工艺的影响,并对其研究与应用的发展进行了展望。

原位内生颗粒增强TiB_2/7055铝基复合材料的组织

对原位内生Ti B2/7055铝基复合材料的微观组织和热处理特性进行了研究。结果表明,原位内生的Ti B2颗粒在基体中弥散分布,与基体界面结合良好。Ti B2/7055复合材料具有显著的时效强化行为,增强相Ti B2颗粒促进复合材料的时效析出行为,缩短硬度达到峰值的时间,热处理后硬度和抗拉强度等性能明显提高。确定了12 mass%Ti B2/7055复合材料最佳热处理制度为460℃固溶60 min,120℃时效20 h。

Ni含量对TiB_2基复合陶瓷刀具材料微观组织及力学性能的影响

以作Ni为金属烧结剂,采用真空热压烧结技术,在1650℃下制备了含Ni量不同的Ti B_2基复合陶瓷刀具材料。研究了Ni含量对Ti B_2基复合陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响,结果表明:随着Ni含量的增加,Ti B_2基复合陶瓷刀具材料微观组织中的缺陷先减少后增多,抗弯强度、断裂韧度和硬度也随着先增大后减小;当Ni含量为8wt%时,微观组织的缺陷少、力学性能良好,此时的相对密度为(99.3±0.3)%,抗弯强度为(952.3±86.2)MPa,断裂韧度为(7.3±0.3)MPa·m^(1/2),硬度为(22.4±0.6)GPa。

TiB_2-Cu基复合材料SHS工艺的正交优化

利用SHS技术制备了性能优良的TiB2 40 %Cu基复合材料。SHS工艺参数主要包括压坯相对密度、压坯轴向压力、预压力、延迟时间、高压压力、高温保压时间等 ,对这些参数和材料性能之间的关系进行了探讨。为了研究不同的延迟时间、高压压力和高温保压时间对材料致密度的影响 ,设计了一个三因素、三水平的正交试验。结果表明 ,TiB2 40 %Cu基复合材料的SHS最佳工艺参数为压坯相对密度为 5 9.0 %,压坯轴向压力为 1 3 5MPa,预压力为 1 8MPa ,延迟时间为 7s ,高压压力为 3 6 0MPa ,高温保压时间为 1 0s。

TiB_2-Cu基复合材料的燃烧合成研究

通过燃烧合成工艺制备了 Ti B2 - 4 0 % Cu (质量分数 )基复合材料 ,对复合材料的反应热力学、相组成以及微观组织进行了研究。热力学计算结果表明 Ti B2 是最稳定的相 ,中间相 Ti- Cu化合物最终转变为 Ti B2 相 ;XRD结果显示复合材料的相组成为 Ti B2 相和 Cu相 ,没有生成其他中间相 ;微观组织观察表明 ,合成产物组织致密 ,增强体 Ti B2陶瓷颗粒尺寸细小 ,形貌主要呈近等轴状和块状 ,Cu作为金属粘结剂将 Ti B2 陶瓷颗粒相互连接在一起 ,Cu的存在促进了燃烧合成过程中材料的致密化行为。 Cu的加入使 Ti B2 - Cu基复合材料的致密度、弯曲强度和断裂韧性较 Ti B2纯陶瓷均有大幅度提高 ,材料的韧化机制为裂纹尖端塑性钝化机制。

包渗法制备C_f/SiC陶瓷基复合材料MoSi_2—SiC—Si防氧化涂层

采用包渗法制备了Cf/SiC陶瓷基复合材料MoSi2 —SiC—Si防氧化涂层 ,研究了渗层同埋粉关系、包渗时间对包渗结果的影响 ,并对涂层防氧化性能进行了分析。结果表明 :包渗法制得的涂层致密、无裂纹 ,涂层起到了良好的防氧化作用 ,140 0℃在空气中氧化 1h后试样的质量保留率为 94.1% ,保留强度为2 94.

原位反应制备TiB_2颗粒增强Al-Si基复合材料的研究

采用Al-TiO2-KBF4-Na3AlF6为反应体系,通过热力学分析,用熔体直接反应法制备了TiB2/Al-18%Si复合材料,运用XRD、OM、EPMA、SEM和硬度仪等对该复合材料的物相、颗粒分布、显微组织及硬度进行了分析。结果表明:该复合材料主要由Al、Si和TiB2相组成;原位内生的TiB2颗粒细小(<1.0μm),并均匀弥散分布于Al-18%Si基体中;与基体合金相比,复合材料的硬度明显提高。

碳纳米管-ZrB_2-SiC陶瓷基复合材料的制备与性能研究

研究了用热压烧结方法制备的不同碳纳米管(CNTs)含量的ZrB_2-SiC-xwt%CNTs(x=0、1.0、2.5、4.0)复合材料的工艺条件、力学性能和微观结构.用TEM观察了试样的微观结构,用SEM观察了试样断口形貌和裂纹扩展情况,并对其强韧化机制进行了分析.研究表明,碳纳米管主要分布沉积在ZrB_2颗粒内部,形成内晶型结构,在CNTs含量为2.5%时,相对密度、维氏硬度和弯曲强度分别为99.6%、21.7GPa和542MPa,断裂韧性达到6.10MPa·m^(1/2).碳纳米管加入后材料致密性提高、晶粒细化,所形成的内晶型结构是材料强度和韧性得以提高的原因.

2D和2.5D编织陶瓷基复合材料加载速率效应和应力-应变行为模拟

对A、B、C三种工艺制备的2D和2.5D编织陶瓷基复合材料进行了准静态拉伸试验,试验采用的加载速率分别为0.02mm/min、0.2mm/min、1mm/min、5mm/min、25mm/min、125mm/min。获得了不同加载速率下,2D和2.5D编织陶瓷基复合材料的应力-应变曲线。基于所获得试验结果,讨论了加载速率对2D和2.5D编织陶瓷基复合材料力学性能产生影响的原因。试验结果表明:A、B工艺的2.5D编织陶瓷基复合材料对加载速率的变化不敏感;C工艺的2D编织陶瓷基复合材料对加载速率变化不敏感,而A工艺的2D编织陶瓷基复合材料对加载速率变化较为敏感,随着加载速率的增加,材料的初始弹性模量有较大程度的增大,破坏应变有所减小。基于基体强度分布理论,模拟了对加载速率不敏感的2D编织陶瓷基复合材料在拉伸载荷下的应力-应变行为。