C/C复合材料ZrB_2-SiC基陶瓷涂层的微观结构及氧化机理

为提高C/C复合材料在高温富氧环境中的抗氧化性能,采用两步刷涂+化学气相沉积法在C/C复合材料表面制备含Si_3N_4、MoSi_2、TaC等添加剂的ZrB_2-SiC基多层复合陶瓷涂层。利用XRD和SEM等分析测试手段研究涂层的物相组成和微观结构,并分析讨论涂层在900和1500℃的等温抗氧化机理。结果表明:利用两步刷涂+化学气相沉积法制备的ZrB_2-SiC基复合陶瓷涂层整体厚度约为200μm。Si3N4、MoSi_2可很好地促进ZrB_2-SiC基氧阻挡层的高温烧结,使涂层致密化,并提高涂层在900℃的抗氧化性能;与之相比,TaC则不能很好地发挥致密化作用,对涂层在900℃时抗氧化性能的提高有限。在900℃时,ZrB_2-SiC基陶瓷涂层的氧化过程主要受氧在涂层孔隙等缺陷中的扩散所控制,添加剂主要通过改变涂层的致密化程度来影响涂层的抗氧化性能。在1500℃氧化过程中,涂层抗氧化性能恶化,但致密的化学气相沉积SiC封填层的引入可显著改善涂层在1500℃时的抗氧化性能,涂层表面生成了完整的含有ZrO_2和ZrSiO_4等高熔点颗粒的SiO_2玻璃态氧化膜,为基体提供有效的氧化防护。

定向凝固LaB6-(Ti,Zr)B2共晶的组织与性能

采用激光区熔技术制备了LaB6-(Ti,Zr)B2共晶复合材料,对共晶复合材料的微观组织形貌、力学性能和热电子发射性能进行了系统的研究。结果表明,通过区熔技术获得的复合材料增强相为全固溶体;随着凝固速率从V=8mm/h增加到V=200mm/h,(Ti,Zr)B2纤维非常规整、均匀的排列在LaB6基体中,且纤维的直径和共晶间距逐渐减少、面密度逐渐增大。当V=200mm/h,LaB6-(Ti,Zr)B2共晶复合材料的维氏硬度为18.4 GPa;断裂韧性呈现出各向异性,在垂直和平行纤维的方向上,断裂韧性值分别为4.5 MPa.m^1/2和2.5 MPa.m^1/2,垂直于纤维方向上复合材料优异的断裂韧性归因于裂纹的桥连机制;采用二极管原理对复合材料的热电子发射特性测试发现:当阳极温度从1400℃增大到1600℃时,最大电流密度分别为4.86 A/cm^2、10.13 A/cm^2、19.21A/cm^2,对应的功函数分别为2.92 eV、2.76 eV、2.65 eV。

增强相对二硼化锆陶瓷基复合材料性能的影响

Zr B2具有优良的物理特性和化学稳定性而应用于许多领域,为了改善Zr B2难以烧结致密化和高温易氧化,本文通过共沉淀法制备包覆式Al2O3-Y2O3/Zr B2复合粉体,并对其进行放电等离子烧结制备Zr B2陶瓷基复合材料,研究增强相对Zr B2陶瓷基复合材料性能的影响。研究表明：两种包覆型粉体在700～1000℃时出现一次大的收缩,然后出现一个不收缩的平台阶段,两种包覆型粉体当温度达到1000～1600℃之后出现第二次收缩。随着复合材料中增强相种类增多,复合材料块体更容易致密,随着Al2O3比例增大,复合材料块体更容易致密。通过包覆处理后的粉体制备所得复合材料断裂韧性高于机械混合所得原料制备的复合材料断裂韧性,在原料处理方式相同的情况下,含有YAG-Al2O3相的复合材料断裂韧性高于只含有YAG相的复合材料断裂韧性。通过引入YAG或YAG-Al2O3制备的复合材料与纯Zr B2陶瓷相比,氧化层厚度都有所变薄,这也说明通过引入YAG或YAG-Al2O3可以改善Zr B2陶瓷基复合材料的高温抗氧化性能。

非晶复合材料中析出相对力学性能的影响

不同强化相的组织特征不同可能导致材料不同的力学性能.利用高真空电弧炉制备(Cu50Zr50)100-xAlx非晶复合材料,并采用XRD、SEM等对材料进行表征,研究析出相B2-Cu Zr相的含量及分布状态对非晶复合材料压缩后力学性能的影响.非晶复合材料基体中适量弥散分布的B2-Cu Zr相可有效提高非晶复合材料的屈服强度和压缩塑性,直径3 mm的(Cu50Zr50)97Al3屈服强度已达到2 200 MPa,并能产生23%的压缩塑性.这主要是由于非晶复合材料基体中的析出相B2-Cu Zr相会阻碍剪切带扩展,使剪切带分叉成多剪切带,实现了多剪切带的相互作用,从而使其具有更大的屈服强度和更显著的塑性应变.

激光熔覆原位析出Ni-Fe-Ti-B复合涂层组织结构研究

选用合适的激光工艺参数及涂层成分,在45#钢基体表面得到了激光熔覆原位析出的Ni-Fe-Ti-B复合材料涂层.涂层中的粘结金属基体为γ-(Ni,Fe)和Nihcp,原位弥散析出相为呈现出颗粒状、细条状等分布的稳定相TiB2、Ni4B3及亚稳定相Ni2B、(Fe,Ni)3B型化合物.前两者已经细化成为纳米晶,而后两者晶粒度相对较粗.γ-(Ni,Fe)是稳定的Ni、Fe固溶体,而Nihcp形成于基体金属内部的堆垛层错作用;原位析出相产生于激光熔覆过程中涂层表面发生的原位燃烧反应或合金系快速凝固过程中的低熔点共晶作用.在基体与析出相的界面上存在高密度位错堆积,从而引起基体金属亚结构细化.