TiO_(2)添加量对SiC多孔陶瓷物相组成及性能的影响

为制备同时具有高气孔率和高强度的硅结合SiC多孔陶瓷,以α-SiC粉、单质Si粉及TiO_(2)粉为主要原料,在氩气气氛下经1400℃保温3 h制备SiC多孔陶瓷,探究TiO_(2)添加量(加入质量分数分别为0、2%、4%、8%)对材料物相组成、显微形貌、孔径分布及主要物理性能的影响。结果表明:随TiO_(2)添加量的增加,单质Si的衍射峰逐渐消失,材料中检测到Ti_(3)O_(5)及TiSi_(2)物相,伴随着新相的生成,SiC颗粒间结合更加紧密,其显气孔率及平均孔径减小,力学性能显著提升。当TiO_(2)添加量为8%(w)时,材料具有优异的综合性能,其显气孔率、常温抗折强度及平均孔径分别为33.6%、29.6 MPa和0.27μm。

颗粒级配对重结晶SiC蜂窝陶瓷显微结构与力学性能的影响

以不同粒径(0.5、25、38和45μm)α-SiC粉末为原料,采用重结晶烧结工艺制备碳化硅蜂窝陶瓷,探究了颗粒级配对重结晶碳化硅(R-SiC)显微形貌、孔径分布及物理性能的影响。结果表明:1)经2200℃保温1 h烧成后,与仅添加25、0.5μm双粒径颗粒级配相比,随着38和45μm粒径α-SiC的逐步引入,R-SiC蜂窝陶瓷的烧结致密度无明显变化,但R-SiC粗颗粒间的平均烧结颈面积增大,中位孔径提高且孔径分布更为集中。2)当α-SiC原料的颗粒级配为25、0.5、38μm三种粒径时,R-SiC蜂窝陶瓷力学性能达到最优,其常温抗压强度、体积密度、显气孔率分别为18.0 MPa、1.81 g·cm^(-3)、40.8%。

碳化硅复合陶瓷密封材料的烧结性能、显微结构与力学性能

以纳米TiN、SiC晶须为增强相,采用液相烧结法制备了碳化硅复合陶瓷密封材料,研究了不同烧结温度(1800,1850,1900,1950℃),不同增强相添加质量分数(0,2.5%,5.0%,10.0%,纳米TiN与SiC晶须质量比为1∶1)下复合陶瓷的烧结性能、显微组织和力学性能。结果表明:随烧结温度升高,陶瓷硬度和抗弯强度均先增大后减小,断裂韧度先减小后增大,当烧结温度为1900℃时,碳化硅复合陶瓷烧结完全,相对密度较高,晶粒平均尺寸较小;在1900℃下烧结,与未添加增强相相比,添加增强相碳化硅复合陶瓷的晶粒尺寸减小,晶粒结构排列紧密;随着增强相添加量增加,陶瓷硬度下降,抗弯强度先增大后减小,断裂韧度明显增大;当烧结温度为1900℃,增强相质量分数为5.0%时,碳化硅复合陶瓷具有最佳综合性能,相对密度为94.68%,抗弯强度为429.51 MPa,硬度为17.14 GPa,断裂韧度为4.32 MPa·m^(1/2)。

电石炉取样条件下氮化硅陶瓷穿透器受力特性有限元模拟

为研究高温情况下力学性能对氮化硅陶瓷穿透器形变量的影响,本文对电石取料现场所用穿透器使用SolidWorks软件进行建模,在Ansys软件的Workbench模块进行耦合和仿真模拟,分析氮化硅陶瓷穿透器在不同力学性能下的变形情况。结果表明,25℃时氮化硅陶瓷穿透器最高形变量为3.12 mm,变化率为0.7%。随着温度升高,氮化硅陶瓷穿透器形变量呈降低趋势,1 800℃时最高形变量为2.95 mm,变化率为0.6%。数值模拟结果表明使用氮化硅陶瓷作为穿透器是可行的,可完成电石炉取料作业。

SiC纤维成键陶瓷材料研究进展

SiC纤维成键陶瓷(SiC fiber-bonded ceramics,FBCs)作为一种由SiC纤维热压烧结而得到的新型高温结构材料,具有低气孔率、高纤维体积分数的结构特点,以及耐高温、抗氧化、高强度等性能优势,是航空发动机涡轮叶片、转子等高温部件的极佳候选材料。本文系统论述了SiC纤维成键陶瓷的研究进展情况,介绍了两类成键陶瓷(Tyrannohex与SA-Tyrannohex)的结构特点与制备方法,讨论了成键陶瓷组成、结构与性能之间的相互关系,指出界面碳层对于成键陶瓷性能的发挥具有关键作用,着重介绍了SA-Tyrannohex型成键陶瓷的室温与高温力学性能,分析其具有优异高温性能的原因,总结SA-Tyrannohex考核验证与应用发展情况,指出目前成键陶瓷还存在复杂构件成型困难等问题,并展望了成键陶瓷未来需要进一步强韧化、加强动态服役考核等发展趋势与研究方向,最后提出开展SiC纤维成键陶瓷的研究对于我国耐高温部件新材料的研制具有重要意义。

2维C/SiC复合材料的拉伸损伤演变过程和微观结构特征

通过单向拉伸和分段式加载-卸载实验,研究了二维编织C/SiC复合材料的宏观力学特性和损伤的变化过程。用扫描电镜对样品进行微观结构分析,并监测了载荷作用下复合材料的声发射行为。结果表明:在拉伸应力低于50MPa时,复合材料的应力-应变为线弹性;随着应力的增加,材料模量减小,非弹性应变变大,复合材料的应力-应变行为表现为非线性直至断裂。复合材料的平均断裂强度和断裂应变分别为234.26MPa和0.6%。拉伸破坏损伤表现为:基体开裂,横向纤维束开裂,界面层脱粘,纤维断裂,层间剥离和纤维束断裂。损伤累积后最终导致复合材料交叉编织节点处纤维束逐层断裂和拔出,形成斜口断裂和平口断裂。

维氏压痕对常压固相烧结碳化硅陶瓷材料力学性能的影响

为了研究维氏压痕裂纹对常压固相烧结碳化硅陶瓷(SSiC)材料力学性能的影响,通过扫描电镜观察了0.1～100 N的压痕载荷下产生的表面裂纹及裂纹剖面的状况,并测试了相应载荷下的力学性质,探讨了压痕法测量SSiC材料硬度、韧性等力学性质的适当压力载荷.结果表明,SSiC材料压痕裂纹起始的临界压力载荷介于0.1～0.2 N;当压痕载荷小于0.5 N时,裂纹尺寸小于5μm,SSiC材料的平均弯曲强度受影响程度较小.此外,当压痕载荷为10 N以上时,压痕法测得的维氏硬度值趋近定值,且所得到的裂纹是半圆形裂纹,因此,10 N为采用压痕法准确测量SSiC材料硬度及韧性的最低压痕载荷值.

烧结温度对碳化硅陶瓷力学性能的影响

采用硼、碳助剂无压烧结制备碳化硅陶瓷。针对烧结温度与碳化硅烧结体密度、抗弯强度以及硬度之间的关系进行了试验研究,并对不同温度下制备的烧结体进行了显微结构形貌观察和XRD图谱分析。结果表明,烧结温度在2190～2220℃范围内可以制备密度高、力学性能好的碳化硅陶瓷。其相对密度超过96%;抗弯强度接近400MPa;维氏硬度23GPa以上。在试验温度范围内,密度与抗弯强度之间的关系近似为线性关系,密度越高抗弯强度和硬度性能越好。

液相渗硅法制备多孔Si/SiC生物形态陶瓷

榉木经高温热解转化为生物碳模板,经液相渗硅反应（LSIP）,在1 550℃、渗硅1.5 h、1 700℃抽真空排硅制备了保持木材微观结构的多孔Si/SiC生态陶瓷。利用X射线衍射分析（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）及压汞技术对样品的物相构成、显微结构和孔径分布进行了测试分析。利用阿基米德法和三点弯曲法测定了多孔陶瓷的气孔率、密度和弯曲强度。结果表明,最终产物由主晶相β-SiC和少量Si组成,控制高温排硅时间可以得到孔隙率为16%~32%的多孔Si/SiC生态陶瓷,可调控其产物的相组成和力学性能。对LSIP工艺的反应机理进行了探讨。

SPS工艺制备SiC_p/Si_3N_4复相陶瓷及其力学性能的研究

使用Si3N4、SiC陶瓷微粉为原料,氧化铝(Al2O3)和氧化钇(Y2O3)为烧结助剂,通过放电等离子烧结(SPS)技术快速制备了SiC/Si3N4复相陶瓷,并研究了SiC的添加量、SPS的烧结温度、压力和保温时间等参数对烧结试样相对密度、力学性能及显微结构的影响。结果表明,SiC颗粒补强增韧Si3N4陶瓷的最佳添加量为15%,相对与单相Si3N4陶瓷,维氏硬度提高了6·6%,断裂韧性提高了5%,抗弯强度提高了24%,样品晶粒比较均匀,SiC颗粒诱发穿晶断裂和钉扎效应提高了基体的断裂韧性。

常压烧结碳化硅陶瓷的力学性能与质量密度

通过烧结工艺试验和力学性能检测以及数据处理等试验方法,建立了力学性能与质量密度的数学关系式,并通过α相常压烧结碳化硅陶瓷为学性能与质量密度对应关系的试验研究,为实现烧结过程的计算机仿真奠定了试验数据和数学模型基础.

纤维束丝数对平纹编织C/SiC复合材料力学性能的影响

通过对2种丝束平纹编织碳纤维布增强SiC(C/SiC)复合材料的力学性能实验,研究了纤维束丝数(1 k和3 k)对复合材料性能的影响。实验结果表明:1 k C/SiC复合材料的拉伸模量、拉伸强度、压缩模量、压缩强度、面内剪切强度和弯曲强度分别为90.8 GPa,281.8 MPa,135.8 GPa,452.2 MPa,464.3 MPa和126.8 MPa,分别比3 k C/SiC高39%,15.8%,25%,132%,29.3%和30.2%。纤维束粗细不同是导致纤维束弯曲度和复合材料孔隙率差异的主要原因,对压缩强度的影响最大,对拉伸强度的影响最小。

硼离子注入对SiC-C/SiC复合材料抗氧化性影响

通过等离子体源离子注入法(PSII),对带有SiC涂层的C纤维增强SiC基(SiCC/SiC)复合材料进行硼离子注入,研究了硼离子注入对样品抗氧化性能的影响。通过俄歇电子能谱检测分析了样品成份的深度分布。在空气中1300℃的高温条件下进行了氧化实验。通过XRD和扫描电镜分别对样品的化学组成和表面形貌进行了表征,对样品的力学性能进行了测试。结果表明,对SiCC/SiC复合材料注入硼有助于提高其抗氧化性能。经过离子注入试样的弯曲性能与未经离子注入试样相比变化很小。

氮掺杂导电碳化硅陶瓷研究进展

可电火花加工的导电碳化硅(SiC)陶瓷不仅可以克服传统高电阻率SiC陶瓷难加工的突出缺点,而且能够保留传统高电阻率SiC陶瓷的其他优异性能,在结构陶瓷领域取代传统的高电阻率SiC陶瓷具有突出优势。本文阐述了粉末烧结制备氮掺杂导电SiC陶瓷的原理,归纳总结分析了其粉末烧结制备方法、烧结助剂的种类及其所获得SiC陶瓷的热电和力学性能。同时,探讨了SiC陶瓷的电性能影响因素,为调控SiC陶瓷的电性能提供了参考依据。最后,指出了氮掺杂导电SiC陶瓷面临的主要挑战,在未来研究中,应聚焦于发展新烧结技术与烧结添加剂体系以及澄清电性能调控机制,为制备电阻率可控的高性能导电SiC陶瓷奠定技术基础。

SPS制备碳化硅陶瓷的研究

本文用放电等离子烧结(SPS)的方法制备了SiC陶瓷,研究了SPS烧结温度、压力和保温时间对烧结试样力学性能的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,烧结试样的密度和硬度增加,当温度超过1600℃后,密度和硬度不再增加,反而有稍微的下降,而断裂韧度和弯曲强度则随温度的升高而提高;随着压力的增大和保温时间的延长,样品的致密度和力学性能均提高。当温度为1700℃、压力为50MPa、保温时间为5min时,烧结样品的密度达3.280g/cm3,维氏硬度达25.0GPa,断裂韧度达8.34MPa.m1/2、弯曲强度达684MPa。

莫来石/SiC-Si_3N_4高温结构复相陶瓷的制备

采用常压烧结工艺制备莫来石/SiC-Si3N4复相陶瓷。采用X射线衍射和环境扫描电镜等对复相陶瓷进行结构分析,测试陶瓷样品的体积密度、开孔率、线收缩率和力学性能。研究结果表明:不同温度下烧结得到的陶瓷主晶相均为莫来石。随烧结温度升高,陶瓷的晶粒长大,内部形成较多闭孔隙,体积密度和线收缩率增大,开孔率减小,显微硬度显著下降,抗弯强度和抗压强度明显提高,其最高分别达到110 MPa和193 MPa。1 600℃烧结的陶瓷样品,随陶瓷中Al2O3和SiO2摩尔比(1:1、11:9、3:2)的增大,体积密度和显微硬度升高,抗压强度增大,气孔变小。

SiC_(sf)/Si_3N_(4p)混杂增强BAS陶瓷基复合材料的制备及其结构与性能的研究

采用热压烧结方法制备出致密的SiC短纤维和Si3N4颗粒复合增强的BAS玻璃陶瓷基复合材料。利用XRD、SEM、TEM和3点弯曲等分析测试手段研究了物相组成、显微结构、界面结构及室温力学性能。结果表明,BAS能有效地促进复合材料的致密化和实现Si3N4的α→β相转变。复合材料中的BAS为六方相,SiC短纤维具有热压取向性,与BAS基体之间的界面结合紧密。SiC短纤维和Si3N4颗粒对BAS有较为显著的强韧化效果,复合材料的室温弯曲强度和断裂韧性为298MPa和4.38MPa.m1/2,比纯六方BAS玻璃陶瓷分别提高了247%和143%。

SiC-WC复相陶瓷的力学性能与显微结构

在α-SiC和β-SiC超细粉末中,以Al、B、C为烧结助剂,分别添加0～24vol%WC,研究了SiC—WC复相陶瓷的力学性能和显微结构,获得了一种室温弯曲强度和断裂韧性分别达700MPa和8.6MPa·m(1/2)的SiC-WC复相陶瓷.

陶瓷/纤维/树脂超混杂复合材料的力学性能

以泡沫SiC陶瓷为基本骨架,以改性酚醛树脂为基体,加入短切高硅氧玻璃纤维制备出陶瓷/纤维/树脂超混杂复合材料(SHCM),研究了泡沫陶瓷骨架和高硅氧纤维对材料力学性能的影响.结果表明,泡沫陶瓷骨架有利于材料的刚度和尺寸稳定性提高.加入泡沫陶瓷骨架后,纤维/树脂/陶瓷超混杂复合材料的压缩强度和压缩模量增大,随着泡沫陶瓷骨架含量的提高,弯曲模量大幅度提高而弯曲强度略有下降;随着高硅氧纤维含量的提高,材料的弯曲强度及弯曲模量均明显提高.

B_2O_3和Si粉的添加对碳化硼陶瓷性能的影响

采用反应烧结的方法通过热压工艺(2000℃保温1 h)以B_2O_3和Si粉为添加剂制备了碳化硼陶瓷复合材料,研究了不同添加量对陶瓷致密化和力学性能的影响。研究表明:加入B_2O_3和Si粉后制备的碳化硼陶瓷的致密度和力学性能都有明显地提高。添加5wt.%B_2O_3和5wt.%Si粉的碳化硼复合材料的相对密度、硬度、断裂韧性和抗弯强度分别达到了99.3%、30.9 GPa、4.59 MPa·m1/2和442 MPa。添加1wt.%B_2O_3和1wt.%Si粉的碳化硼复合材料的断裂韧性能够达到4.97 MPa·m1/2。