ZrC薄膜对Nb与ZrB2-SiC相互作用的影响

以ZrB2、SiC粉体为原料,通过等离子活化烧结在1800℃,30 MPa,保温时间5 min条件下制得出组织结构均匀致密度的ZrB2-SiC陶瓷块体;采用磁控溅射在Nb箔表面镀微米级别的ZrC薄膜.然后将Nb箔与ZrB2-SiC叠层进行烧结.利用XRD检测了产物物相,采用SEM和能谱分析观测了断口显微结构和元素分布.结果表明,当Nb箔表面无ZrC薄膜或薄膜被破坏后,产物中基本不存在单质Nb.当Nb箔表面保持有完整ZrC薄膜时,Nb金属相可以大量保留下来.当烧结温度低于1500℃时,ZrC薄膜可以有效阻止铌箔的与ZrB2、SiC的反应.镀有ZrC薄膜的Nb箔做中间层与ZrB2/SiC叠层材料的断裂韧性有明显提高,断裂韧性达到了9.66 MPa·m1/2.     

MoSi2-SiC复合材料制备及抗热震性能研究

本文采用直接熔渗法制备二硅化钼-碳化硅(MoSi2-SiC)复合材料.以碳化硅(SiC)(粒度为0～2.5 mm、≤240目)为主要原料,水溶性树脂为结合剂,经混炼、成型、烘干后得到SiC坯体,再用二硅化钼(MoSi2)(D50 =3μm)粉末掩埋SiC坯体,在真空条件下2000℃保温3h进行熔渗烧结,制备出MoSi2-SiC复合材料.采用阿基米德排水法研究了MoSi2-SiC复合材料的显气孔率、体积密度;采用三点抗弯法测试了MoSi2-SiC复合材料1400℃抗折强度;采用热线法测试了MoSi2-SiC复合材料导热系数;采用X射线衍射测试了MoSi2-SiC复合材料的物相组成;采用SEM测试了MoSi2-SiC复合材料的显微结构;分别采用风冷法和水冷法对比研究了MoSi2-SiC复合材料、重结晶碳化硅(R-SiC)、氮化硅-碳化硅(Si3N4-SiC)三种材料抗热震性.结果表明:MoSi2在烧结过程中部分发生分解,生成了Mo5Si3,MoSi2、Mo5Si3填充于SiC的内部并实现烧结致密化,使MoSi2-SiC复合材料的显气孔率显著降低至5.7;,体积密度为3.59 g.cm-3.MoSi2-SiC复合材料中MoSi2、Mo5Si3含量分别为10wt; ～ 15wt;、3wt; ～ 5wt;.1000℃下MoSi2-SiC的导热系数为46.5W·m-1 ·K-1,显著高于R-SiC(28.3 W.m-1.K-1)材料、Si3N4-SiC(16.8 W.m-1.K-1)材料.综上所述,MoSi2-SiC复合材料的抗热震性能显著优于R-SiC材料、Si3N4-SiC材料.     

ZrB2-SiBCN复合陶瓷恒温氧化行为研究

高温结构材料ZrB2陶瓷由于其烧结温度高,应用受到限制,SiBCN聚合物前驱体的添加降低了ZrB2的烧结温度,并能够获得致密的ZrB2-SiBCN复合陶瓷.研究其氧化行为对于ZrB2-SiBCN陶瓷在高温领域的应用有重要的意义.通过XRD、SEM等手段对陶瓷1300℃时氧化行为进行了分析和研究,结果表明,在高温空气环境下,SiBCN陶瓷氧化直接生成硼硅酸盐玻璃,硼硅酸盐玻璃粘度低,铺展速度快,在陶瓷表面可形成氧化物保护层,阻碍陶瓷的进一步氧化.ZrO2与SiO2反应生成新的ZrSiO4相,使硼硅酸玻璃层因被消耗而变薄,ZrSiO4附近的ZrB2颗粒从硼硅酸盐玻璃层内裸露出来,加速了ZrB2的氧化.ZrSiO4相的生成降低了硼硅酸盐玻璃对陶瓷的抗氧化保护作用.     

ZrB2/ZrO2复合粉体的放电等离子烧结行为

以高纯ZrB2粉末和ZrOCl2为原料,应用沉淀法制备了ZrO2包覆ZrB2复合粉体,并通过放电等离子烧结技术(SPS)得到高致密度的ZrB2/ZrO2复合材料.采用TEM、SEM、XRD对粉体及其烧结体进行测试,并对纯ZrB2粉体与包覆式复合粉体的烧结行为进行分析.研究结果表眀:利用沉淀法可以形成包裹结构;包覆式复合粉体的烧结性能大大优于纯ZrB2粉体,在1950℃的烧结温度下,保温10min,得到相对致密度97.8;的ZrB2/ZrO2复合材料.     

熔盐法低温合成ZrB2-ZrC-SiC复合粉体的研究

以ZrSiO4、Na2B4O7、Mg粉及C粉为原料,MgCl2为熔盐介质,采用熔盐法制备了ZrB2-ZrC-SiC复合粉体,研究了熔盐温度(900～1200℃)、原料配比对熔盐法合成ZrB2-ZrC-SiC复合粉体的物相组成及含量的影响.结果表明:当MgCl2∶反应物=4∶1(wt;),ZrSiO4∶Na2B4O7∶Mg∶C=2∶1∶18.2∶2(mol;)时,经1150℃反应3h所制备的复合粉体中ZrB2-ZrC-SiC的相对含量最高,约为78wt;.     

固溶TaB2对HfB2-SiC陶瓷材料的组织结构与力学性能的影响

以HfO2、Ta2O5和B为原料,通过硼热还原法原位固溶TaB2制备出HfB2粉体,然后加入20vol;SiC,通过放电等离子烧结(SPS)制备HfB2-SiC复相陶瓷,探究固溶TaB2对陶瓷显微结构和力学性能的影响.结果表明,随着固溶TaB2含量的增加,合成HfB2粉体的粒径显著降低,HfB2-TaB2固溶体的晶格常数减小.在SPS烧结下,固溶不同含量TaB2的HfB2-SiC陶瓷粉均实现全致密,但随着固溶TaB2含量的增加,HfB2-SiC陶瓷材料的硬度和韧性略有降低.     

粉体粒径及烧结工艺对ZrB2陶瓷致密化行为与晶粒长大的影响

利用热压烧结(HP)和放电等离子烧结(SPS)制备了ZrB2陶瓷,研究了粉体粒径和烧结工艺对ZrB2陶瓷致密化行为和晶粒长大的影响.结果表明,相同工艺下以平均粒径为200 nm的ZrB2粉体为原料替代平均粒径为2μm的ZrB2粉体可以明显促进粉体的致密化烧结,采用SPS替代HP工艺可以显著降低粉体的致密化温度,采用平均粒径为200 nm的ZrB2粉体在1900℃进行SPS工艺烧结即可实现ZrB2陶瓷的致密化烧结.     

制备工艺对B4C/TiB2/Mo/C陶瓷复合材料力学性能和显微结构的影响

采用热压法制备了80.6?C/11.6%TiB2/4.7%Mo/3%C质量分数陶瓷复合材料,分析了烧结工艺对力学性能和微观结构的影响。烧结温度变化范围是1800~1950℃,保温时间变化范围是15~60m in,烧结压力30~35MPa。当烧结参数为1900℃、45m in、35MPa,B4C/TiB2/Mo/C陶瓷复合材料抗弯强度、硬度、韧性、相对密度分别为705MPa、20.6GPa、3.82MPa.m1/2、98.2%。     

力学性能对B4C/TiB2基陶瓷喷嘴抗冲蚀特性的影响

采用压痕断裂力学研究了B4C/TiB2基陶瓷喷嘴(B4C/TiB2/Mo和B4C/TiB2/Al2O3)力学性能对抗冲蚀特性的影响,从力学的角度分析了采用SiC磨料和Al2O3磨料时,B4C/TiB2基陶瓷喷嘴抗冲蚀特性产生显著差异的原因.结果表明,B4C/TiB2基陶瓷喷嘴的体积冲蚀磨损率随lnH和lnKIC增加呈线性降低;ln(Hp/H)＝1.1是B4C/TiB2基陶瓷喷嘴软硬颗粒磨损的分界线.当使用SiC作为磨料时冲蚀磨损较为严重,因为ln(Hp/H)>1.1,即SiC对于B4C/TiB2基陶瓷喷嘴的冲蚀磨损为硬颗粒磨损;而Al2O3磨料造成冲蚀磨损较轻,因为ln(Hp/H)<1.1,此时的磨损属于软颗粒磨损.     

添加碳对ZrB2-SiC陶瓷的低温致密化和力学性能影响

以纳米ZrB2粉体为原材料,采用热压烧结的方法制备了ZrB2-SiC超高温陶瓷,研究了碳含量对ZrB2-SiC陶瓷致密度、微结构和力学性能的影响.结果表明:纳米粉体显著降低了ZrB2-SiC陶瓷的烧结温度,在1500℃即可获得95.1;的致密度,在1800℃实现了超高温陶瓷的致密化烧结;添加碳能够进一步促进ZrB2-SiC陶瓷的低温致密化,同时抑制晶粒长大.当碳的含量为1.0wt;时,材料表现出最佳的烧结性能,在1700℃热压烧结的ZrB2-SiC陶瓷致密度达到99;以上,而且烧结后的材料表现出优异的力学性能.     

添加聚碳硅烷(PCS)对ZrB2-SiC超高温陶瓷微结构和力学性能的影响

采用聚碳硅烷(PCS)和纳米ZrB2粉体为原料在不同温度下热压烧结制备了ZrB2-SiC超高温陶瓷,对比了PCS和颗粒状SiC的引入对ZrB2陶瓷微结构和力学性能的影响.结果表明:通过PCS替代颗粒状SiC制备ZrB2-SiC超高温陶瓷可以形成SiC均匀包覆基体ZrB2晶粒的微观结构,明显促进了材料的低温致密化并抑制了晶粒长大.但力学性能略有降低,其原因可能是PCS裂解产生的微量碳遗留在基体ZrB2的晶界处,弱化了晶界结合强度.本文验证了采用PCS和纳米ZrB2粉体进行热压烧结是实现ZrB2-SiC超高温陶瓷低温致密化的有效手段.     

MgTiO3对Mg2SiO4-SiC复相材料烧结性能的影响

在采用传统固相法预合成Mg2SiO4和MgTiO3粉体的基础上,在H2气氛下常压烧结制备了Mg2SiO4-MgTiO3-SiC复相材料。研究了Mg2SiO4和MgTiO3的最佳原料配比及MgTiO3的添加量、烧结温度、保温时间对复相材料烧结性能和相组成的影响。结果表明:Mg2SiO4粉的最佳Mg/Si物质的量比为2.02,MgTiO3粉的最佳Mg/Ti物质的量比为1,Mg2SiO4-MgTiO3-SiC复相材料的相组成为Mg2SiO4、MgTiO3和6H-SiC;MgTiO3的加入可促进材料烧结,最佳保温时间为1 h。     

ZrB2-SiC-Csf超高温陶瓷复合材料碳纤维损伤抑制研究

采用放电等离子烧结和热压烧结制备了短切碳纤维(Csf)增韧ZrB2-SiC超高温陶瓷复合材料(ZrB2-SiC-Csf),研究了制备工艺对ZrB2-SiC-Csf复合材料微结构演变、力学性能和抗热冲击性能的影响.结果表明:烧结温度是导致碳纤维结构损伤的主要因素,降低烧结温度能有效抑制碳纤维的结构损伤.采用纳米ZrB2粉体在1450 ℃低温热压烧结制备的ZrB2-SiC-Csf复合材料在断裂过程中表现出纤维拔出、纤维侨联和裂纹偏转增韧机制,其临界热冲击温差高达741 ℃,表现出良好的力学性能和优异的抗热冲击性能.从热力学的角度阐明了ZrB2-SiC-Csf复合材料中碳纤维结构损伤的机理,并揭示了该类材料的烧结温度应低于1500 ℃.     

高速正交切削SiCp/Al复合材料的切屑形成及边界损伤仿真研究

针对SiCp/Al复合材料颗粒增强相与基体相不同的机械力学性能,对照SiCp/Al复合材料金相照片中的SiC颗粒形状与分布状态建立仿真模型,并对SiCp/Al复合材料的颗粒和基体进行分别定义.使用ABAQUS有限元软件仿真研究了高速切削复合材料切屑的形成、工件已加工表面的缺陷特征、边界损伤的形成机理及切削用量对边界损伤程度的影响规律.结果表明:在第1变形区切削变形主体表现为沿剪切角方向Al合金基体的剪切滑移,滑移主要发生在SiC颗粒与Al合金基体的边界邻近区域;对刀刃直接作用的SiC颗粒,由于其压力较大,会发生破碎现象;SiCp/A1复合材料的切屑形态以单元状切屑和由几个单元构成的节状切屑为主;SiC颗粒的破碎和整体剥落是造成已加工表面缺陷的重要因素;负剪切角是产生边界损伤的标志;切削速度对边界缺损几何尺寸大小的影响较小,切削深度对边界缺损几何尺寸大小的影响较大;随着切削深度的增大,边界缺损长度呈直线上升趋势,边界缺损高度先显著增加后缓慢增加.     

以MH2(M=Ti,Zr)为原料反应烧结制备MB2-SiC复相陶瓷

分别以TiH2,ZrH2为原料,结合原位反应与脉冲电流辅助烧结制备了TiB2-SiC及ZrB2-SiC复相陶瓷.研究发现,所制备的复相陶瓷表现出一定的织构化现象,TiB2及ZrB2晶粒在反应烧结过程中其(001)面沿垂直压力和电流方向生长.金属氢化物粉体的粒径大小对复相陶瓷的致密化及微结构有较大影响:粒径越小越有利于陶瓷的致密化和硼化物晶粒的定向生长.由于金属硼化物的定向,复相陶瓷的机械性能表现出各向异性.TiB2-SiC复相陶瓷具有较高的断裂韧性,最高可达7.3 MPa·m1/2,而ZrB2-SiC复相陶瓷具有更高的抗弯强度(937 MPa).