凝胶注模和反应熔渗SiC陶瓷基零件素坯缺陷控制及高温力学性能研究

针对凝胶注模和反应熔渗SiC陶瓷零件由于炭黑团聚、含量不足引起的坯体宏观裂纹、残留硅含量过高等问题,提出了一种有效控制陶瓷组织缺陷与残硅含量、提升陶瓷零件高温力学性能的方法。以短碳纤维代替炭黑作为碳源,通过实验对比分析了碳纤维与炭黑在陶瓷浆料中的分散性,以及这两种碳源对陶瓷素坯质量的影响规律;采用扫描电子显微镜和X射线衍射等手段研究了碳纤维和SiC陶瓷微观结构及其物相组成,并探讨了碳纤维体积分数对反应熔渗SiC陶瓷基零件高温性能的影响规律。结果表明:较之炭黑,短碳纤维在陶瓷浆料中具有良好的分散性,干燥后陶瓷坯体内大尺寸气孔和裂纹等缺陷得到有效控制;在反应熔渗过程中,碳纤维溶解到液硅中并生成β-SiC取代残硅,填充了陶瓷坯体的剩余孔隙;当碳纤维体积分数增加时,陶瓷坯体中的残硅含量得到有效控制;碳化硅陶瓷高温(1 350℃)力学性能指标随着碳纤维体积分数增加,先增大后减小,当碳纤维体积分数为20%时达到最大,高温弯曲强度、断裂韧性分别为(343±19)MPa、(5.04±0.27)MPa·m~(1/2)。     

温度对煤层气井用低密陶粒支撑剂性能的影响

以铝矾土和煤矸石为主要原料,加以钾长石为助烧结剂,在不同温度下烧结制备30/50目煤层气井用陶粒支撑剂。使用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对陶粒支撑剂样品进行物相组成和微观形貌表征,同时研究了烧结温度对陶粒微观结构与力学性能的影响。结果表明：陶粒内部形成了大量闭气孔,导致陶粒随烧结温度的升高,其密度和抗压能力呈下降趋势。1 260℃下烧结制备的陶粒支撑剂综合性能较好,其视密度为2.34 g/cm³,体积密度1.20 g/cm³,28 MPa闭合压力下的破碎率5.12%,即满足破碎率要求的同时保持低密,在该温度下烧结制备的陶粒支撑剂,棒状莫来石晶相发育良好,数量较多,形成连续的网状结构。     

多次激光冲击对电子束熔化成形Ti–6Al–4V合金的微观组织及力学性能的影响

激光冲击强化作为一种先进的表面处理技术，利用强激光束产生等离子冲击波，可用来提升增材制造金属构件的力学性能。然而，激光冲击对增材制造金属构件力学性能的影响机制仍不清晰。本文研究了多次激光冲击对电子束增材制造（EBM）Ti–6Al–4V钛合金的微观组织及力学性能的影响。系统地分析了多次激光冲击前后电子束增材制造Ti–6Al–4V钛合金试样的微观组织、表面形貌、残余应力及拉伸性能。通过x射线计算机断层扫描三维成像技术分析了激光冲击前后电子束成形试样的内部孔隙分布。研究结果表明，经过两次激光冲击强化处理，可以降低电子束成形Ti–6Al–4V合金试样内部孔隙，细化表层晶粒；两次激光冲击强化后试样抗拉强度提升了12%。此外，试样表层应力状态发生改变，表层产生的最大残余压应力达到419 MPa，影响层深度达到700 μm。多次激光冲击提升EBM成形钛合金力学性能的强化机制可归结为α相的晶粒细化与较深的残余压应力层的形成。     

准噶尔盆地乌尔禾组凝灰岩孔隙特征及其主控因素

为明确东道海子凹陷乌尔禾组凝灰岩孔隙结构与主控因素,基于低压CO₂吸附、低温N₂吸附以及高压压汞实验,对凝灰岩全尺寸孔隙孔径进行表征;基于分形理论,对凝灰岩微孔和介孔的孔隙复杂程度和非均质性进行定量表征,阐明影响与控制凝灰岩孔隙结构的主要因素。结果表明,凝灰岩主要发育锥形管孔、开口的锥形平板孔和狭窄的平行板孔等形态孔隙,孔径呈多峰分布;凝灰岩总孔体积介于0.005 4～0.047 8 cm³/g,各类孔隙发育程度差异较大,凝灰岩总孔体积主要由介孔所提供,介孔体积介于0.004 2～0.041 3 cm³/g,平均0.026 0 cm³/g,平均占比75.10%;其次是微孔和宏孔,微孔体积介于0.000 6～0.005 5 cm³/g,平均0.003 1 cm³/g,宏孔体积介于0.000 6～0.005 3 cm³/g,平均0.002 8 cm³/g,二者的占比分别为11.5%和13.4%;...     

锯材大花序桉生长和材性的综合指数选择

【目的】大花序桉是锯材培育的潜力树种,以锯材利用为选育目标,生产选择出生长和材质兼优的大花序桉种源和家系。【方法】以广西玉林市林科所9.5年生的大花序桉种源/家系试验林为研究材料,采用Smith-Hazel综合指数选择法对胸径(D)、树高(H)、单株材积(V)、生材密度(ρ_GD)、基本密度(ρ_BD)、抗弯弹性模量(E_MOE)、抗弯强度(σ_MOR)和顺纹抗压强度(σ_c)进行多性状综合选择。【结果】D、H、V、ρ_GD、ρ_BD、 E_MOE、σ_MOR和σ_c平均值分别为20.6 cm、20.0 m、0.307 m³、1.109 g/cm³、0.659 g/cm³、14.7 GPa、158.2 MPa和63.3 MPa。生长和材性性状种源间差异极显著,种源内家系间差异显著。生长性状间呈极显著的遗传正相关,生长性状与材性间呈负的遗传相关,材性性状间呈正的遗传相关。胸径对单株材积间接选择效率达174.3%,基本密度对其他材性性状的间接选择呈正向效应。多性状综合指数法选出较好的种源为南部近沿海种源。【结论】9.5年生的大花序桉木材力学性能跟家具用高级木材紫檀属的相似。大花序桉生长性状对材性性状间接选择效果不好,基本密度对其他材性性状的间接选择效果较好。多性状综合指数法可以选择出部分生长和材质兼优的家系。     

600碳化硅陶瓷的粉末注射成形及其导电特性

研究了碳化硅陶瓷的粉末注射成形工艺,分析了成形工艺及烧结助剂对其显微组织及力学性能的影响,探索了粉末注射成形碳化硅陶瓷的导电特性。以碳化硅为助剂的固相烧结温度为2100℃,脱脂坯烧结后具有最高的真实密度（3.12g/cm3）,相对密度达97.5%,烧结后试样由固相碳化硅组成,XRD及TEM能谱分析表明试样内部无残余氧化硅,制品晶粒平均尺寸小于1μm,室温弯曲强度达345MPa。采用直流电流电压测试方法,测定了粉末注射成形方法制得的SiC陶瓷在室温至800℃范围内的直流电导率。     

B_4C陶瓷材料的无压烧结与性能

以碳化硼微粉作为原料,选用SiC和C为烧结助剂,研究了SiC和C对无压烧结B4C材料的体积密度、硬度、抗折强度和断裂韧性等性能的影响.结果表明,最佳烧结温度为1975℃,保温时间是30min.SiC和C的质量分数对材料密度、硬度和抗折强度的影响都是先增大后减小.烧结助剂SiC和C的最佳添加量分别为6%和5%(质量分数)时,得到相应的无压烧结B4C陶瓷材料的最佳力学性能:体积密度为2.45g/cm3,维氏硬度为35GPa,抗折强度为240MPa,断裂韧性为3.0MPa.m1/2     

短切碳纤维C/SiC陶瓷基复合材料的动态力学性能研究

对三种不同短切碳纤维体积含量(16%、21%、24.8%)的C/SiC复合材料利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置进行了常温下的冲击力学试验。根据不同应变率下的试验结果分析了其动态破坏强度和应变率效应的关系,阐明了其破坏机理。实验结果表明:三种短切碳纤维体积含量的C/SiC陶瓷基复合材料的动态应力-应变曲线光滑无震荡,且具有一定的自相似性。在近似平均应变率下,当短切碳纤维体积含量的不断提高,则C/SiC复合材料的破坏程度不断降低,整体性越来越好,说明短切碳纤维体积含量的提高对C/SiC复合材料的强度有着积极的作用。     

正交设计优化低密度陶粒支撑剂的制备

一般来说,原料粒度越细,合成的材料性能越好。该文通过研究支撑剂原料的球磨时间和煅烧温度,探究对于支撑剂影响较大的因素,并优化出最优组合。通过正交优化实验,采用三因素五水平的方案,对铝矾土、长石球磨不同时间和不同的烧结温度进行研究。经过实验发现最优组合为铝矾土球磨4 h,长石球磨8 h,烧结温度为1 280℃.最优组合制备的支撑剂的主晶相为刚玉和莫来石,体积密度为1.48 g/cm³,视密度为2.7 g/cm³,在52 MPa压力下破碎率为4.07%,符合国家标准。     

Zr含量对大功率0.125PMN 0.875PZT陶瓷压电性能的影响

采用二次合成法制备不同zr含量（x=0.46～0.52）的0.125 Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.875PbZr_xTi_1-xO₃（0.125PMN-0.875PZT）三元压电陶瓷。采用x线衍射仪（XRD）、阻抗分析仪等对陶瓷进行表征和性能测试,考察了Zr含量变化对陶瓷烧结相结构、体积密度、介电和压电性能的影响。结果表明:采用二次合成法,制备了纯钙钛矿相结构的陶瓷;当x=0.48～0.50时,0.125PMN-0.875PZT陶瓷处于四方一三方准同型相界（MPB）.在x=0.49时制备的0.125PMN-0.875PZT陶瓷性能最佳,体积密度为7.84 g/cm³,介电损耗低至0.76%,相对介电常数为2 130,压电常数为:320 pC/N,机电耦合系数达0.61,机械品质因数为76。     

碳纤维改性反应烧结碳化硅陶瓷组织及力学性能

针对传统反应烧结碳化硅陶瓷中由于残硅量过多而引起力学性能下降的问题,提出了一种有效降低组织中残硅量的方法。该方法使用不同体积分数的短碳纤维作为碳源,添加碳化硼促进液硅渗入,有效降低了组织中的残硅量,制备出一种力学性能优异的复合陶瓷。对碳纤维的反应机理、烧结体组织演变和力学性能变化进行了分析,实验结果表明:碳纤维作为碳源主要是以溶解-沉淀的形式与硅反应,最终组织中形成了纤维状残硅;当生成的次生碳化硅堵塞渗硅通道后,硅与碳纤维以扩散形式反应;在碳纤维自搭建的贯穿网状结构和碳化硼的双重作用下,当添加体积分数为30%的碳纤维时,抗弯强度最高为(482±12)MPa;当添加体积分数为40%的碳纤维时,残硅体积分数为1.6%,残硅相尺寸仅为纳米级,断裂韧性最高为(5.82±0.37)MPa·m~(1/2)。     

油套管钢在氯化钙溶液中腐蚀及缓蚀性能研究

为了获得普通碳钢在常规压井液中腐蚀性,并找到一种腐蚀控制途径,利用失重法和电化学方法研究了N80、P110钢在1.35 g/cm³ CaCl₂溶液中不同温度、高温高压,缓蚀剂种类、用量等条件下的腐蚀及缓蚀行为。实验结果表明,随温度的升高N80和P110钢腐蚀加剧,在常压60~80℃,普通碳钢自腐蚀电流密度从10^-6 A/cm²增加到10^-5 A/cm²;4 MPa条件下,温度从90℃升高至150℃时,腐蚀速率增大了1个数量级;80℃下,WLD31A用量仅为30 mg/L时,对N80缓蚀效率可达95.51%,P110钢缓蚀效率可达93.11%;在60~80℃,升高温度有利于提高WLD31A缓蚀效果,N80钢缓蚀效率从88.08%增加到96.51%,P110钢缓蚀效率从61.38%增加到93.11%。     

连续碳纤维增强碳化硅复合材料的制备与性能研究

利用自加热化学气相渗积法制备了连续碳纤维增强的碳化硅陶瓷基复合材料,分析研究了复合材料致密度和涂层厚度对复合材料力学性能的影响,同时运用SEM对复合材料的微观结构进行了表征.研究结果表明:随着致密度的提高,复合材料的力学性能有了明显改善,密度为1.93 g/cm3时,弯曲强度达到382.2 MPa,断裂韧性达到9.2 MPa*m1/2;碳涂层的厚度对复合材料的力学性能有较大影响,涂层厚度在0.35 μm时,弯曲强度达到231.9 MPa,在0.55 μm时,断裂韧性达到10.4 MPa*m1/2.     

冷烧并退火制备(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3无铅陶瓷及其结构与电学性能

采用冷烧并退火方法制备了(Bi_0.5Na_0.5)_0.94Ba_0.06TiO₃无铅陶瓷,探究了退火温度对陶瓷物相,显微组织,介电、铁电及压电性能的影响。结果表明：冷烧并退火所得陶瓷均呈纯钙钛矿结构,在180℃冷烧所得坯体的相对密度为71.8%。冷烧坯体经1 000～1 100℃退火所得陶瓷的相对密度为81.7%～97.1%,平均晶粒尺寸为600～800 nm,介电弥散因子为1.85～1.96。在1 025、1 050、1 075和1 100℃退火陶瓷的退极化温度分别为130、137、135和123℃;在1 075℃退火陶瓷具有最大的饱和极化强度和剩余极化强度,分别为60.9μC/cm²和51.8μC/cm²。与常规固相法烧结的(Bi_0.5Na_0.5)_0.94Ba_0.06TiO₃陶瓷的击穿场强(<75 kV/cm)相比,冷烧...     

激光选区熔化高导电CuCrZr感应线圈及工艺调控

采用激光选区熔化(SLM)增材制造技术成形高导电率CuCrZr感应加热线圈．对感应加热线圈进行逆向建模与优化设计后,使用自主研发的SLM设备DiMetal-280进行成形．结果表明：CuCrZr合金成形致密度与导电率分别达到99.34%与26%IACS(国际退火铜标准)值,提高致密度有利于改善导电性能;SLM成形CuCrZr合金的工艺窗口为高激光功率、低扫描速度;经过800℃固溶2 h后,CuCrZr合金的导电率从20%IACS值提升到88.96%IACS值;热处理后,其导电性能与力学性能得到提升,在500～600℃进行热处理时获得优异的综合性能,抗拉强度与导电率分别达到475 MPa及80%IACS值以上;最后,通过SLM一体化成形复杂结构的感应加热线圈,经过600℃时效5 h处理后平均导电率为82.80%IACS值,冷却水流量达到19.5 L/min,满足应用要求．     

凝胶注模/反应熔渗Si C陶瓷基零件素坯缺陷控制及高温力学性能研究

针对凝胶注模/反应熔渗Si C陶瓷零件由于炭黑团聚、含量不足引起的坯体宏观裂纹、残留硅含量过高问题,提出了一种有效控制陶瓷组织缺陷与残硅含量、提升陶瓷零件高温力学性能的方法。本文以短碳纤维代替炭黑作为碳源,通过实验对比分析了碳纤维与炭黑在陶瓷浆料中的分散性以及这两种碳源对陶瓷素坯质量的影响规律;采用SEM/XRD等手段研究了碳纤维/Si C陶瓷微观结构及其物相组成,并探讨了碳纤维体积分数对反应熔渗Si C陶瓷基零件高温性能的影响规律。结果表明:较之炭黑,短碳纤维在陶瓷浆料中具有良好的分散性,干燥后陶瓷坯体内大尺寸气孔和裂纹等缺陷得到有效控制;在反应熔渗过程中,碳纤维溶解到液硅中并生成β-Si C取代残硅,填充了陶瓷坯体的剩余孔隙。当碳纤维体积分数增加时,陶瓷坯体中的残硅含量得到有效控制;而碳化硅陶瓷高温力学性能(1350℃)随着纤维体积含量,先增大后减小,当纤维体积分数为20%时达到最大,其高温弯曲强度、断裂韧性分别为343±19MPa、5.04±0.27MPa·m1/2。     

凝胶注模/反应熔渗Si C陶瓷基零件素坯缺陷控制及高温力学性能研究

针对凝胶注模/反应熔渗Si C陶瓷零件由于炭黑团聚、含量不足引起的坯体宏观裂纹、残留硅含量过高问题,提出了一种有效控制陶瓷组织缺陷与残硅含量、提升陶瓷零件高温力学性能的方法。本文以短碳纤维代替炭黑作为碳源,通过实验对比分析了碳纤维与炭黑在陶瓷浆料中的分散性以及这两种碳源对陶瓷素坯质量的影响规律;采用SEM/XRD等手段研究了碳纤维/Si C陶瓷微观结构及其物相组成,并探讨了碳纤维体积分数对反应熔渗Si C陶瓷基零件高温性能的影响规律。结果表明:较之炭黑,短碳纤维在陶瓷浆料中具有良好的分散性,干燥后陶瓷坯体内大尺寸气孔和裂纹等缺陷得到有效控制;在反应熔渗过程中,碳纤维溶解到液硅中并生成β-Si C取代残硅,填充了陶瓷坯体的剩余孔隙。当碳纤维体积分数增加时,陶瓷坯体中的残硅含量得到有效控制;而碳化硅陶瓷高温力学性能(1350℃)随着纤维体积含量,先增大后减小,当纤维体积分数为20%时达到最大,其高温弯曲强度、断裂韧性分别为343±19MPa、5.04±0.27MPa·m1/2。     

SiO2气凝胶改性岩棉复合材料的制备及性能

分别以酚醛树脂-岩棉纤维毡(PR-RWF)、丙烯酸酯类树脂-岩棉纤维毡(ACR-RWF)2种不同纤维取向的岩棉纤维毡作为增强体,制备SiO₂气凝胶改性岩棉复合材料,即PR-SiO₂-RWF和ACR-SiO₂-RWF复合材料。研究溶剂置换时间对复合材料密度和热导率的影响,研究纤维取向对材料压缩强度、抗撕裂强度的影响,探讨气凝胶对材料的疏水性、抗湿性的影响。结果表明：将溶剂置换改为湿凝胶静置24 h为最合适的工艺过程,且制得的SiO₂气凝胶改性岩棉复合材料具有低密度、低热导率以及良好的抗湿性的优点,PR-SiO₂-RWF复合材料的密度为0.136 g/cm³、热导率为0.024 59 W/(m·K),ACR-SiO₂-RWF复合材料的密度为0.116 g/cm³、热导率为0.014 97 W/(m·K),与复合前的岩棉纤维毡相比,热导率分别降低了31.9%和49.0%,短期吸水率分别降低了97.95%和95.10%。...     

原位合成TiB_2颗粒增韧SiC的显微组织与断裂韧性

在前期对原位生成TiB2增韧SiC制备工艺研究的基础上,研究了TiB2/SiC复合陶瓷的显微组织与力学性能.研究发现:在φ(TiB2)介于5%~20%时,原位生成的TiB2相在SiC基体中的分布都比较均匀;当φ(TiB2)为5%和20%时,TiB2颗粒等面积圆直径平均值分别为2.6和3.9μm;另外,TiB2颗粒能起到明显细化SiC晶粒的作用.随着φ(TiB2)的增加,TiB2/SiC复合材料的相对密度、维氏硬度和断裂韧性均增大.当φ(TiB2)为20%时,复合材料相对密度、维氏硬度和断裂韧性分别为94.8%,29.1 GPa和5.9 MPa.m1/2.经优化工艺制备的TiB2/SiC复合陶瓷...     

SiC晶须改性金属陶瓷断裂韧性及增韧机理

用真空烧结法制备了纳米SiC晶须改性的Ti(C,N)基金属陶瓷.采用力学性能测试和扫描电子显微镜等研究了纳米SiC晶须对Ti(C,N)基金属陶瓷断裂韧性的影响及其增韧机理.力学性能测试结果表明:与未添加晶须的金属陶瓷相比,纳米SiC晶须改性的Ti(C,N)基金属陶瓷的断裂韧性(KIC)均有提高;随着晶须添加量的增加,抗弯强度(TRS)和断裂韧性均先增加后下降,而相对密度随晶须添加量的增加呈下降趋势;当晶须含量(体积分数)为7.5%时,金属陶瓷的力学性能最佳,TRS为2.270GPa,KIC为12.7MPa.m1/2.断口分析表明:添加纳米SiC晶须的金属陶瓷断口形貌呈放射状分布,有较为发达的撕裂棱,其增韧机理包括裂纹偏转和晶须桥联.