碳纤维增强SiC陶瓷复合材料的制备及性能研究

以不同掺杂量(0,3%,6%和9%(质量分数))的碳纤维作为增强体,采用先驱体浸渍裂解法(PIP)制备了碳纤维增强SiC陶瓷复合材料,通过XRD、SEM和密度、孔隙率、力学性能测试等,研究了复合材料的晶格结构、微观形貌及力学性能。结果表明,碳纤维可以较好地与SiC陶瓷基体进行结合,并未改变SiC的主相,掺入适量的碳纤维后,可以提高复合材料的结晶度和致密度;掺入碳纤维后,复合材料的颗粒之间变得相对更加紧密,有着明显的体积收缩,当碳纤维掺杂含量为6%(质量分数)时,样品表面的裂痕最少,形貌最佳;随着碳纤维含量的增加,复合材料样品的密度、抗弯强度和断裂韧性均呈现出先升高后降低的趋势,而孔隙率表现出先降低后升高的趋势,当碳纤维掺杂含量为6%(质量分数)时,样品的密度、抗弯强度和断裂韧性达到了最大值,分别为2.91 g/cm^(3),233.7 MPa和3.48 MPa·m^(1/2),而孔隙率达到最小值,为62.18%。综合可知,当碳纤维掺杂含量为6%(质量分数)时,碳纤维增强SiC陶瓷复合材料的综合性能最佳。

复合SiC刀具切削高锰钢的磨损机制

用复合SiC刀具对奥氏体高锰钢进行了半精加工研究,试验条件为:进给量f=0 3mm/r,切削深度ap=0.5mm,干切。通过测量刀具后刀面磨损宽度与切削时间和切削速度的关系,对前、后刀面的电镜及能谱分析,研究了复合SiC刀具的磨损机制。结果表明:最佳切削速度为53m/min,低、中速切削时主要是由(Fe,Mn)3C引起的机械磨损,高速切削时由γ相引起的扩散磨损,且随着切削时间的延长,磨损也逐步由机械磨损过渡到扩散磨损。

SiC_p/ZA27复合材料的界面结构及耐磨性研究

通过扫描电镜和高分辩透射电镜观察,经选区电子衍射和微区化学成分分析,研究了SiCp/ZA27复合材料的界面结构及耐磨性。结果表明,SiC颗粒均匀地分布于ZA27合金中,界面结合良好,SiCp颗粒周边存在着大量的CuZn4化合物。CuZn4依附于SiC颗粒形核,沿SiC晶面长大速率大于垂直于SiC晶面的长大速率。SiC颗粒显著地提高了ZA27合金的耐磨性。当SiC颗粒含量达30%时,耐磨性提高了126.5倍。

TC4合金表面Ni-SiC-Y_2O_3复合镀层的摩擦磨损性能

为提高TC4合金表面耐磨性能,采用复合镀方法在其表面制备Ni-SiC-Y_2O_3复合镀层,研究镀层的组织结构及其在常温和高温下(600℃)下的摩擦磨损行为。结果表明,所制备的Ni-SiC-Y_2O_3复合镀层组织致密且与基体结合紧密,主要由Ni基体和弥散分布其中的SiC颗粒及微量Y_2O_3混合组成。镀层的硬度明显高于TC4基体合金,且由表向内呈梯度降低趋势。与GCr15对摩时,Ni-SiC-Y_2O_3复合镀层在常温和600℃均具有一定程度的减磨作用,并且耐磨性能明显优于TC4基体合金。镀层在常温下的磨损失重显著低于TC4基体合金,此时其磨损机制可以归结为疲劳磨损和轻微的氧化磨损;随磨损温度升高至600℃,镀层的磨损失重明显增大,此时的磨损机制为严重的氧化磨损、削层磨损和疲劳磨损。

难熔金属化合物掺杂对先驱体转化2D C/SiC复合材料抗氧化性能影响

提出在2D C/SiC复合材料基体中掺杂难熔金属化合物ZrB2,TaC,ZrC,制备了2D C/SiC-ZrB2,2D C/SiC-ZrC和2D C/SiC-TaC新型复合材料,考察了难熔金属化合物的引入对材料力学性能、抗氧化性能和微观结构的影响。结果表明,ZrB2和TaC的引入,能明显提高2D C/SiC复合材料的抗氧化性能;ZrC的引入对2D C/SiC复合材料的抗氧化性能极其不利。这归结于高温下ZrB2和TaC有助于在复合材料表层氧化形成ZrO2,B2O3和Ta2O5保护膜,阻止了材料内部的进一步氧化,从而提高了复合材料的抗氧化性能。

有害元素对Sialon结合SiC砖的侵蚀研究

对高炉炉身位用的Sialon结合SiC砖进行了高炉有害元素锌和碱金属氧化物在宝钢工况条件下的复合侵蚀机理研究,并分析了宝钢高炉有害元素富集和分布的特点。研究表明,有害元素在炉内会引起耐火材料发生变质和变形,对高炉生产顺行和长寿产生不利影响。研究结果对合理控制有害元素的入炉标准,保证高炉获得长期的、最佳的经济效益有现实的指导意义。

射频共溅射SiC薄膜的制备和特性研究

用射频（ＲＦ）共溅射复合靶技术和Ｎ２ 气保护下高温退火的后处理方法，在Ｓｉ 衬底上制备出了碳化硅（ＳｉＣ） 薄膜，通过傅里叶变换红外光谱（ＦＴＩＲ） 、室温光致发光谱（ＰＬ） 、电阻率—温度关系谱、Ｘ 射线光电子谱（ＸＰＳ）等测量手段，研究了淀积膜和不同温度退火薄膜的结构、电学和光致发光等性质．与采用ＳｉＣ合金靶制备的薄膜作分析比较，结果表明，采用简单经济的复合靶共溅射方法，可以制备出性能较好的ＳｉＣ薄膜；通过调整靶中Ｓｉ，Ｃ比例并经高温退火后，有效地改善了薄膜的结构和性能．

SiC_p表面处理对SiC_p/6066Al复合材料组织性能的影响

对SiC颗粒表面进行不同方式的处理后,采用复合铸造法制备SiCp/6066Al复合材料,并利用扫描电镜、金相显微镜、X-射线衍射仪等分析了SiC颗粒的表面形貌和复合材料的显微组织、相结构及硬度。结果表明,经过酸洗+高温氧化处理的SiC颗粒表面生成非晶态的SiO2膜,棱角明显钝化;经过碱洗+氟酸盐处理的SiC颗粒表面得到粗化,并有少量K2ZrF6盐析出;经过碱洗+酸洗处理的SiC颗粒表面洁净,棱角稍有钝化。经碱洗+氟酸盐处理的SiC的分散性最好,复合材料的硬度最大。

改性SiC微粉复合粒子的制备与表征

针对SiC超细微粉在磨具制造过程中存在的易团聚、分散稳定性差、与结合剂相容性低等问题,本课题借助悬浮聚合工艺,采用聚丙烯酸对SiC微粉进行表面包覆改性,优化筛选出了羧甲基纤维素和CaCO3复合分散剂及其相关的较佳改性工艺条件。结果表明：反应温度65℃,反应时间30 min,搅拌速度500 r/min条件下,SiC弹性复合粒子的分散性和成球性最好;羧甲基纤维素浓度9%-11%、CaCO3用量0.5%~2%时,分散效果最好。制备出的有机物包覆的SiC微粉弹性复合粒子,显著改善了SiC超细微粉的分散流动性和其与有机结合剂的相容性。

Zn基合金中CuZn_4化合物在SiC颗粒上的形成机理

通过高分辨透射电镜和带能谱透射电镜观察 ,经选区电子衍射和微区化学成分分析 ,发现在ZnAl2 7复合材料中 ,SiC颗粒周边存在着大量的CuZn4化合物。CuZn4依附于SiC颗粒形核 ,其沿SiC晶面长大速率大于垂直方向的长大速率。

稀土对Ni-P-SiC复合镀层的工艺及性能的研究

研究了稀土化合物对化学复合镀Ni P SiC镀液稳定性、镀速、镀层中SiC含量及镀层性能的影响 ;并对镀层的表面形貌进行了测定。结果表明 :复合稀土的适量加入有利于延长镀液的使用周期 ,加快施镀速度 ,所得镀层表面光亮均匀 。

复合化学镀Ni-P-SiC在铝合金转杯上的应用研究

采用复合化学镀工艺方法在铝合金转杯表面镀一层Ni-P-SiC合金,提高其耐磨性和使用寿命。对铝合金转杯的预处理工艺、镀液配方、施镀工艺以及镀后热处理工艺进行了研究。所获得工件镀层厚度达40μm以上,硬度可达1390HV0.05以上,其综合性能良好。

SiC_w/MoSi_2的化学炉自蔓延高温合成及反应过程研究

采用"化学炉"自蔓延高温合成(COSHS)技术,成功地原位合成了SiCw/MoSi2复合粉体。通过在原料中引入Si3N4晶须,在产物中获得了SiC晶须。XRD结果表明,产物中除了主要的MoSi2和SiC相,还含有少量的Mo4.8SiC0.6。研究了中间产物的相组成和反应过程中的温度变化,指出"化学炉"自蔓延合成SiCw/MoSi2复合粉体的反应过程包括如下两步反应:①Mo与Si自蔓延反应生成MoSi2;②Si3N4与C反应生成SiC和N2。

线切割加工SiC_p/LY12复合材料的试验研究

研究了电参数对电火花线切割加工SiCp/LY1 2复合材料的切割速度和表面粗糙度的影响 ;用扫描电镜分析了复合材料线切割加工表面的SEM形貌。试验结果表明 :峰值电流和脉冲宽度对切割速度和表面粗糙度有较大的影响 ,其次是加工电压 ;脉冲间隔对表面粗糙度影响不大 ,当其达到一定程度时 ,表面粗糙度基本不受其影响 ;选用较大的峰值电流和较短的脉冲宽度 ,可对复合材料进行较理想的电火花线切割加工。

提高Si_3N_4结合SiC棚板坯体成型密度的研究

为了获得性能优良的Ｓｉ３Ｎ４－ＳｉＣ棚板，就棚板制造过程中的配料及成型工艺等问题进行了实验研究，探讨了提高Ｓｉ３Ｎ４－ＳｉＣ棚板坯体密度的最佳途径。实验表明：振动成型时，振动时间和振动压力要匹配适当，才能得到最佳的坯体密度。工艺调整适当后，Ｓｉ３Ｎ４－ＳｉＣ棚板实际使用寿命可达５００次以上。

Al_3Ti-TiB_2-SiC/Al-13Si复合材料的增强机理

为探讨复合材料的增强增韧机理,用MTS800力性试验机测试了材料的力学性能,并用OM和TEM对原位反应与高剪切液态搅拌复合技术制备的A l3Ti-TiB2-SiC/A l-13Si复合材料的微观结构进行了研究.结果表明:热处理态混杂增强复合材料的硬度、弹性模量和高温(350℃)强度都比基体材料高,相对于基体合金,硬度、弹性模量和高温(350℃)强度分别提高20.8%、17.1%、20.7%;A l3Ti-TiB2-SiC/A l-13Si复合材料中第二相TiB2与α-A l之间存在共格对应关系;混杂增强铝基复合材料的主要强化机理:位错强化、固溶强化和细晶强化.

高温处理对SiC颗粒增强镍镀层的影响

本文研究了高温处理后 SiC 颗粒增强镍镀层的组织及耐磨性的变化.研究发现,经600、800、1000℃、1h处理的镀层中,相应地形成三种不同的 Ni-Si 化合物;在600℃处理时,首先生成过渡相 Ni_5Si_2,然后转变为稳定相Ni_3Si.结果表明,该复合镀层的耐磨性受热处理温度影响的同时,还与高温反应产物的种类有关.

燃烧反应合成Ni-Al-SiC摩擦磨损性能研究

采用燃烧反应合成方法,在球墨铸铁表面制备Ni-Al-SiC金属间化合物复合涂层,通过加入SiC粒子来改善Ni-Al系金属间化合物的摩擦磨损性能。试验结果表明:随着载荷的提高,磨损量增加,摩擦因数减小;随着SiC粒子含量的增加,硬度增加,磨损量降低;在燃烧反应的过程中,随着烧结压强的增加,硬度有明显提高。由此得出结论:SiC粒子的加入,明显改善了Ni-Al系金属间化合物的摩擦磨损性能,并且提高了材料的硬度。

单晶SiC基片的磁流变化学复合抛光

基于芬顿反应的磁流变化学复合抛光加工原理,对单晶SiC基片进行磁流变化学复合抛光试验,研究工艺参数对其抛光效果的影响。结果表明:随着金刚石磨粒粒径的增大,材料去除率先增大后减小,而表面粗糙度先减小后增大;随着磨粒质量分数的增大,材料去除率增大,而表面粗糙度先减小后增大;当羰基铁粉质量分数增大时,材料去除率增大,而表面粗糙度呈先减小后增大的趋势;随着氧化剂质量分数增大,材料去除率先增大后减小,而表面粗糙度呈现先减小后增大的趋势;加工间隙对材料去除率的影响较大,加工间隙为1.0 mm时,加工表面质量较好;随着工件转速和抛光盘转速增大,材料去除率均先增大后减小,表面粗糙度均先减小后增大。获得的优化的工艺参数为:磨粒粒径,1.0μm;磨粒质量分数,5%;羰基铁粉质量分数,25%;过氧化氢质量分数,5%;加工间隙,1.0 mm;工件转速,500 r/min;抛光盘转速,20 r/min。采用优化的工艺参数对表面粗糙度约为40.00 nm的单晶SiC进行加工,获得表面粗糙度为0.10 nm以下的光滑表面。

Ni—SiC复合电镀沉积机理的研究

对Ni—SiC体系的复合电镀的电沉积机理进行了探讨和研究，并提出一套求动力学参数的方法，经实验证实，理论推导与实验结果相符。