C/SiC-BN复合材料的制备及氧化行为

C/SiC复合材料作为一种高温结构材料,在航空航天热防护领域具有广泛的应用前景。然而,该材料的中低温抗氧化性能相对较差,制约了其在更广泛领域的应用。本研究采用料浆抽滤工艺,通过调节料浆中陶瓷含量在纤维增强体中引入不同含量的抗氧化组元BN,再通过反应熔体渗透法制备C/SiC-BN复合材料。系统研究了不同BN含量对复合材料结构组成及抗氧化行为的影响,并分析相关氧化机理。研究结果表明:引入BN颗粒显著降低了C/SiC的开口孔隙率,并明显提高了C/SiC的起始氧化温度。引入质量分数3%BN时,C/SiC-BN复合材料(B3样品)的抗氧化性能最优,其在900、1200和1500℃静态氧化1 h的质量损失率分别为0.009%、–0.301%、–0.596%,显著优于C/SiC。1500℃氧化后,B3样品的强度保持率最高,达到52%。900℃氧化时,C/SiC-BN复合材料主要经历C相和BN相的氧化,以O_(2)扩散反应控制的缓慢失重为主;1200℃氧化时,C相和BN相氧化速率加快,SiC发显著氧化,生成的B_(2)O_(3)、硼硅酸盐和SiO_(2)等氧化产物减缓了O_(2)的扩散速率,减小了基体碳的损伤;1500℃氧化时,SiC氧化速率加快,生成的SiO_(2)在复合材料表面形成的连续氧化膜阻碍了O_(2)的向内扩散。B_(2)O_(3)、CO等气体产物溢出及持续生成SiO_(2)主导了整个氧化过程。

Ni/c-BN对激光熔覆316L不锈钢熔覆层组织与耐蚀性的影响

采用激光熔覆技术在马氏体不锈钢(ZG06Cr13Ni4Mo)表面制备了Ni/c-BN增强316L不锈钢复合熔覆层。通过XRD、SEM、EDS、电化学试验和冲蚀试验分析了不同Ni/c-BN含量对熔覆层的显微组织和和耐蚀性影响。结果表明,复合熔覆层的物相由FeCr_(0.29)Ni_(0.16)C_(0.06)固溶体组成,随着Ni/c-BN添加量的增加,其顶部组织的等轴晶数量减少,胞状树枝晶的数量增多。复合熔覆层的耐蚀性随Ni/c-BN添加量的增加呈先升高后降低的趋势,当Ni/c-BN添加量为5wt.%时,熔覆层的耐蚀性最好。过量的Ni/c-BN使得熔覆层表面存在气孔,且导致熔覆层内部存在少量大尺寸残留c-BN,降低了熔覆层的耐腐蚀性和耐冲蚀性。

第一性原理研究c-BN和h-BN的弹性性质与电子结构

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对c-BN和h-BN的弹性性质和电子结构进行理论计算,通过Voigt-Reuss-Hill方法计算得到多晶体的体模量、切变模量及杨氏模量.结果表明:c-BN和h-BN的弹性模量分别为913 GPa和239 GPa,切变模量分别为409 GPa和98 GPa,硬度分别为67和16 GPa.K/G和泊松比均表明2种化合物具有很大的脆性.同时,根据计算得到的2种化合物的电子结构图进一步分析了二者弹性性质的差异.

渗硼铁衬底上利用热丝辅助r.f等离子体CVD法生长C-BN薄膜

本文利用热丝辅助射频等离子体CVD法在渗硼铁样品上成功地生长了c—BN薄膜。薄膜的维氏硬度高达4500Kg/mm^2,c—BN膜与Fe衬底的附着力也令人满意。本文还给出了x射线衍射及红外吸收谱测试结果。

液固界面反应法制备c-BN纳米晶

通过高能脉冲激光诱导丙酮 六方氮化硼界面反应制备出了立方氮化硼纳米晶体,透射电子显微镜分析表明制备的立方氮化硼(c BN)纳米晶体为直径约30～80nm的类球状晶体。傅立叶变换红外光谱和X射线衍射都分别用来表征c BN的结构。

多元铜基活性钎料对c-BN的润湿性与微观组织

采用座滴法试验研究了多元铜基活性钎料中Ti,Zr活性元素对c-BN润湿性的影响,借助于扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD),结合键参数理论分析探讨了多元铜基活性钎料的微观组织,发现钎料主要由Cu固溶体、富Sn相和少量金属间化合物组成.通过计算元素间化学亲和力大小,进一步阐述了多元铜基活性钎料中Ti,Zr活性元素对c-BN润湿性的影响机制.结果表明,多元铜基活性钎料中,添加Ti活性元素比Zr元素更容易润湿c-BN.

用气相沉积方法在低气压下制备BN的高压相:E-BN、c-BN、w-BN

用射频磁控溅射方法得到了低应力立方氮化硼薄膜。红外光谱结果表明 ,薄膜具有很好的附着力 ,且含有少量的E BN和w BN。电子衍射谱表明薄膜表层是纯立方相。同时利用此方法得到了E BN薄膜。认为在薄膜生长过程中可能经历了一个从E BN到c BN的相转变过程。

立方氮化硼（c－BN）膜的制备、性能及应用

本文综合分析了立方氮化硼（ｃ－ＢＮ）膜的制备方法，介绍了ｃ－ＢＮ膜的结构及其机械、电学、光学和热学性能。最后总结了ｃ－ＢＮ膜在机械和电子领域的应用概况。

C－BN衬底上金刚石的异质外延生长研究

用热灯丝ＣＶＤ方法在Ｃ－ＢＮ单晶衬底上制备出金刚石膜，并且在Ｃ－ＢＮ（１００）面上观察到金刚石的异质外延。

BN纳米管内含C纳米管——结构与电学性质

运用密度泛函理论的PW91/DNP方法对C(6,0)@BN(n,0)体系的结构与稳定性进行了研究,发现最适合与C(6,0)纳米管形成的嵌套体系的锯齿型BN纳米管是BN(15,0)和BN(16,0),在形成的C(6,0)@BN(15,0)和C(6,0)@BN(16,0)中,碳壁与氮化硼壁之间的距离分别为0.36和0.40nm.在最稳定的C(6,0)@BN(16,0)体系中,发现内层碳纳米管的电子结构并未受到外层氮化硼纳米管的影响,然而氮化硼纳米管的能隙缩小了0.5 eV.对C(6,0)@BN(16,0)的轨道分析表明,碳纳米管与氮化硼纳米管之间的作用力为范德华力.

c-BN含量对(Ti,W)C/WC/Co金属陶瓷刀具材料力学性能的影响

采用真空热压烧结工艺制备了(Ti,W)C/WC/c-BN/Co金属陶瓷刀具材料,分析了(Ti,W)C/WC/c-BN/Co金属陶瓷刀具材料的微观结构、元素成分和物相组成,研究了不同含量c-BN对(Ti,W)C/WC/c-BN/Co金属陶瓷刀具材料微观结构和力学性能的影响。研究结果表明:适量添加c-BN能有效细化颗粒,减少气孔等缺陷,提高材料的相对密度,(Ti,W)C/WC/c-BN/Co金属陶瓷刀具材料的断裂模式为穿/沿晶混合断裂模式;当c-BN含量为1wt%时,(Ti,W)C/WC/c-BN/Co金属陶瓷刀具的综合力学性能最优,其抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为769.32±10.21 MPa、6.69±0.18 MPa·m^1/2和22.83±0.46 GPa。

Nb镀层对c－BN－玻化陶瓷结合剂界面成分结构的影响

用ＤＴＡ、ＸＲＤ、ＳＥＭ、ＥＰＭＡ等研究了Ｎｂ镀层与ｃ－ＢＮ晶体在６０－１０００℃范围的界面反应过程、界面成分和结构特征，讨论了烧结时Ｎｂ镀层与ＳｉＯ２—Ｎａ２Ｏ－Ｂ２Ｏ３玻化结合剂的作用．结果表明：Ｎｂ镀层与ｃ—ＢＮ晶体在６００℃以上发生界面反应，外延生长形成ＮｂＮ，８００℃以上形成ＮｂＢ２，它们使Ｎｂ镀层与ｃ－ＢＮ牢固结合并阻止结合剂中的磁性组分对ｃ－ＢＮ的侵蚀，镀Ｎｂ的ｃ－ＢＮ表层的Ｎｂ则作为活性金属实现与玻化结合剂的化学健合．

PIII技术在制备c-BN硬化层中的应用

采用一种新型的等离子体浸没式离子注入技术 (PIII)在渗硼后的 5 0Mn钢试样上制备出了厚度为 0 .15～ 0 .2mm的立方氮化硼 (c BN)表面硬化层。经X射线电子能谱 (XPS)和X射线衍射分析 (XRD) ,发现硬化层中的组织有立方氮化硼 (c BN)、六方氮化硼 (h BN)、B2 O3,FeB和Fe2 B。在表层 60nm的深度范围内 ,c BN的含量较高。采用球盘式无润滑滑动摩擦实验和维氏显微硬度实验分别对渗硼 +PIII复合处理以及单独渗硼的 5 0Mn钢试样的性能进行了对比实验。结果表明 :与单独渗硼的试样相比 ,经渗硼 +PIII复合处理的试样具有高得多的硬度 (高达HV0 .1N44GPa)

c-BN涂层及其在刀具上的应用

介绍了c BN的性能和制备c BN涂层的方法 (等离子体增强脉冲激光沉积法和热丝辅助射频等离子体CVD法 ) ;简述了c BN涂层的研究现状及其发展前景 ;通过等离子体增强脉冲激光沉积法制备c BN涂层的试验结果 ,认为增强c BN涂层与刀具基体的结合力是将c

h-BN含量对模压技术制备C/C-BN复合材料摩擦性能的影响

以h-BN、石墨、短切炭纤维和树脂等为原料,采用模压技术＋浸渍/炭化技术制备4种C/C-BN复合材料,并在M2000型试验相同测试其与40Cr钢配副时的滑动摩擦性能。结果表明：h-BN质量分数分别为3.4%和20.7%的材料的抗压强度较高,其摩擦因数随载荷增加均先增加后降低;h-BN为6.8%的材料的摩擦因数降幅最大,达0.049;而h-BN为10.1%的材料的抗压强度最低,其摩擦因数呈现波浪状起伏。随载荷增加,h-BN为3.4%和20.7%的材料的体积磨损增幅较低;而h-BN为6.8%的材料的体积磨损增幅最大,达2.41 mm3。随着时间的延长,4种材料的摩擦因数均逐渐稳定。SEM观察表明：h-BN为3.4%的材料的摩擦表面在中低载荷下较完整致密、但有长度与石墨微晶尺寸接近（10~50μm）的网络状裂纹,摩擦表面在高载荷下则较粗糙;而h-BN为10.1%的材料的摩擦表面均较粗糙、不完整。

r.f.PCVD法制备c-BN膜的研究

采用 Ｆ Ｔ Ｉ Ｒ、 Ｔ Ｅ Ｍ、 Ｓ Ｅ Ｍ 等技术， 对在渗硼层表面经ｒｆ Ｐ Ｃ Ｖ Ｄ 沉积的 Ｂ Ｎ 膜进行了研究试验证明， 与采用 Ｎ２ 气和 Ｈ２ 气相比， 以 Ａｒ ＋ １０ｖｏｌ％ Ｈ２ 作为载气， 所获得的膜层ｃ Ｂ Ｎ 含量最高， 膜厚最大， 可达４６μｍ ， 且膜基结合良好而以 Ｎ２ 气或 Ｈ２ 气为载气时， 前者会导致膜基结合力大大下降， 后者会引起沉积速度明显降低结果表明， 对于 Ｐ Ｃ Ｖ Ｄ 过程， 控制ｃ Ｂ Ｎ 形成的主要因素是离子轰击能量的转移， 而不是氢的选择溅射过程试验获得的膜层由ａ Ｂ Ｎ 和ｃ Ｂ Ｎ 组成， ｃ Ｂ Ｎ的尺寸为２０

PIII技术制备c-BN硬化层

采用一种新型的等离子体浸没式离子注入技术（PIII）在渗硼后的50Mn钢试样上制备出了厚度为0．15-0．2mm的立方氮化硼（c-BN）表面硬化层。经X光电子能谱（XPS）和X光衍射分析（XRD），发现硬化层中的组织有立方氮化硼（c-BN）、六方氮化硼（h-BN）、B2O3、FeB和Fe2B。在表层60nm的深度范围内，c-BN的含量较高。采用球盘式无润滑滑动摩擦试验和维氏显微硬度试验分别对渗硼＋PIII复合处理以及单独渗硼的50Mn钢试样的性能进行了对比试验。结果表明，与单独渗硼的试样相比，渗硼＋PIII复合处理的试样具有高得多的硬度（高达Hv0．1N44GPa）和耐磨性。该项技术在电缆压模上进行了应用试验。获得了较好的应用效果。

在不同基体上沉积c-BN膜的研究

研究了在不同基体上用射频 ＰＣＶＤ方法沉积的 ＢＮ膜结果表明，镀层中的 Ｃ-ＢＮ含量、残余应力、镀层硬度基本上不受基体种类的影响，但沉积速度、膜基结合力却有较大差别镀层由 ａ－ＢＮ和 ｃ-ＢＮ组成， ｃ-ＢＮ的尺寸为 ２０～４０ｎｍ．镀层的硬度为 ＨＶ３０００，残余应力为 ７．０ＧＰａ．

模压技术制备C/C-BN复合材料的摩擦学特性

以h-BN、石墨、短切PAN炭纤维和酚醛树脂为原料,采用单向模压结合呋喃树脂浸渍炭化技术制备C/C-BN复合材料。在M2000型实验机上测试不同取向的C/C-BN试样与表面镀Cr的40Cr钢配副时的摩擦磨损行为。结果表明:在平行于压制方向的试样(试样1)中,抗压强度达82.43 MPa,高于垂直于压制方向试样(试样2)的(51.47MPa)。摩擦实验结果表明:随载荷增加,试样1、试样2的摩擦因数均先增加后降低,试样1的摩擦因数在120 N时达到峰值0.157,而试样2在100 N时达到峰值0.152;随载荷增加,试样1的体积磨损除150 N外,基本为增加态势,最高达2.07 cm3;而试样2的体积磨损则呈现三段式增加趋势,最高值为1.66 cm3。SEM形貌表明,在实验后,试样1的摩擦膜更完整、致密。其中,在60 N时,试样1的摩擦膜表层因粘着发生卷曲撕裂,而试样2则形成了网络状裂纹。

c-BN薄膜研究进展

立方氮化硼（ｃ－ ＢＮ） 在机械、热、电子及光学方面有许多优异性能，因此世界上有很多研究人员从事ｃ－ ＢＮ 薄膜制备的研究，近年来薄膜沉积技术和ｃ－ ＢＮ 薄膜质量都已取得显著进步。介绍ｃ － ＢＮ 薄膜的用途、结构、制备方法及存在的问题。重点总结了控制ｃ－ ＢＮ 相形成的关键因素及ｃ－ ＢＮ 相形成机理。