纤维增强陶瓷基复合材料与金属钎焊研究进展

纤维增强陶瓷基复合材料在高温使役性能方面表现出超越传统陶瓷材料的优异性能，与金属的连接构件在航空航天、核能、化工等高温系统中应用潜力巨大。纤维增强陶瓷基复合材料与金属的连接技术被广泛研究，钎焊是实现二者连接的最佳选择。文章重点论述钎焊纤维增强陶瓷基复合材料与金属所面临的挑战和科学问题，列举C_f/C、C_f/SiC和SiO_2f/SiO₂三种研究最为广泛的纤维增强陶瓷基复合材料与金属的钎焊实例，讨论钎料润湿行为、界面反应调控和接头应力调节的最新研究成果。可靠连接技术的发展，将会推动纤维增强陶瓷基复合材料的研究和应用。     

超高温陶瓷复合材料的研究进展

超高温陶瓷复合材料主要由ZrB2,ZrC,HfB2,HfN,HfC,TaC等过渡族难熔硼化物、碳化物和氮化物组成,这些材料的熔点高于3000℃,是一类非常重要的高温结构材料,近年来在基础研究和技术应用方面均受到了极大的关注.在超高温陶瓷复合材料家族中,ZrB2-SiC和Hf B2-SiC基超高温陶瓷复合材料因具有优异的综合性能,包括优异的抗氧化/烧蚀性能、良好的高温强度保持率和适中的抗热冲击性能,可以在2000℃以上的氧化环境中长时间使用.这些独特的性能使得它们成为高超音速飞行、再入大气层和火箭推进等极端环境下使用的最有前景的候选材料.本文对超高温陶瓷复合材料的制备、力学性能、抗热冲击性能、抗氧化/烧蚀性能和热响应进行了全面的综述.对超高温陶瓷复合材料组分、微结构和性能之间的关系进行了详细的讨论,同时添加剂对材料性能的影响也进行了讨论,这为超高温陶瓷复合材料在特定使用环境的综合性能的优化提供了有效的设计原则和方法.此外,本文还指出了超高温陶瓷复合材料目前存在的挑战,并对未来的发展趋势作了展望.     

粉末冶金法制备颗粒增强钛基复合材料新进展

钛基复合材料因其高比强度、比刚度,优良的耐腐蚀性和高温抗蠕变性,在汽车、航空、航天、军工等领域具有广阔的应用前景.根据增强相的特征,钛基复合材料可以分为连续纤维增强钛基复合材料和非连续颗粒增强钛基复合材料.近年来,随着熔铸法、粉末冶金等技术的快速     

石英纤维增强氧化硅复合材料与因瓦合金的钎焊接头界面组织及性能研究

通过一种胶接辅助钎焊连接方法, 采用自制活性胶做表面改性剂, Ag-Cu共晶箔和纯Cu箔做中间层, 对石英纤维增强氧化硅复合材料和因瓦合金进行了钎焊连接. 通过扫描电子显微镜、能谱仪及X射线衍射仪对接头的微观组织、界面成分及接头的物相组成进行了分析研究. 结果表明, 胶接辅助钎焊连接方法可以有效实现石英纤维增强氧化硅复合材料与因瓦合金的致密连接, 接头界面处形成多种生成相, 包括TiO, Si, TiC, Fe₂Ti, Cu(s,s)和Ag(s,s). 当钎焊温度为850℃, 保温时间为15 min时, 接头界面结构可表示为: QFSC/TiO+Si+Cu(s,s)+Ag(s,s) +TiC/Cu(s,s)+Ag(s,s) +Fe₂Ti/ Invar, 接头抗剪强度可达44 MPa. 当钎焊温度升高或降低时, 接头的抗剪强度均呈现降低趋势.     

科技信息

超耐热复合材料 日本航宇技术研究所复合材料结构研究室最近与宇部兴产公司、岛纺织公司合作,研究成功世界上性能最好的耐氧化性三元织物增强陶瓷超耐热复合材料(Si-Ti-C-O纤维/sic母体)。 研制的材料,用高分子烧成法(PC法)制造。先将Si等有机物溶解成液体状,再将骨炭状三元纤维放在液体中浸透,然后烧成,变为含有陶瓷的高分子材料,再放在液体中浸透、烧成,使这一材料反复进行8次,而获得最终产品。     

铝硅酸盐无机聚合物转化法制备先进陶瓷材料研究进展

铝硅酸盐无机聚合物及其转化制备的陶瓷材料具有节能环保、制备温度低、耐热性能良好、热学性能可调控的优点,因此在航空航天、原子能、生物以及化工等领域具有广阔的应用前景.此外,随温度升高,铝硅酸盐无机聚合物会转变为辉石或榴石陶瓷,具有可调控的力学和热学性能;铝硅酸盐无机聚合物的低温成型特性也使得增强的种类选择非常广泛,并且可以很方便地引入.因此铝硅酸盐无机聚合物技术为低成本成型制备高性能陶瓷和陶瓷基复合材料提供了一种新工艺.本文综述了铝硅酸盐无机聚合物热演变、结晶动力学、显微组织结构演变、性能演化等方面的主要研究进展,并阐述了碳纤维强韧铝硅酸盐无机聚合物复合材料的陶瓷化过程和性能演化研究,指出了今后的发展方向.     

陶瓷与金属的焊接

日本大阪工业技术研究所的江田仪弘研究成功一种新式陶瓷与金属的焊接法,已获得实际应用。这种焊接法可用于氧化铝、堇青石(cordlerite:2MgO·2Al_2O_3-5SiO_2)、氧化镁等氧化物陶瓷与镍等金属的焊接。焊接工艺是:在陶瓷与金属间夹一层铜皮。加热到1200℃,焊接即告完成,既不需用焊剂,亦不需特殊气体保护。焊缝强度很高,因为在加热过程中,铜一方面与被焊的金属焊牢,同     

自生纳米级TiN、AlN颗粒增强Al基复合材料的制备与形成机制

自反应原位复合材料由于其制备工艺相对简化、材料制造成本低、制成材料性能优异可控等优点而日益受到人们的重视。现在,自生金属基复合材料的研究主要集中在如何充分利用自生金属间化合物或陶瓷粒子的弥散强化作用,希望有足够体积分数细而硬的第二、第三相颗粒弥散分布于基体上,同时又能得到细化的基体组织。本文以通过气-液反应加快速凝固技术得到了纳米级TiN、AlN颗粒晶内增强铝基复合材料。     

气凝胶复合材料中遮光剂及纤维的掺杂方法

二氧化硅气凝胶广泛用于各种航天器、飞行器的热防护中,添加遮光剂或纤维能大大改善其在高温下的隔热性能.本文通过计算辐射特性得到遮光剂和纤维不同温度下的最佳掺杂粒径,在复合材料等效热导率最小时得到最佳掺杂量,并应用优化结果设计了具有温度梯度的多层掺杂方案.研究发现:遮光颗粒和纤维的最佳掺杂直径随温度增加而减小,掺杂量随温度增加而增加,研究的4种遮光剂(碳黑、SiC、ZrO_2和TiO_2)中,碳黑具有最好遮光效果,但高温下会被氧化,SiC在高温下具有较好的遮光效果;石英纤维多层掺杂具有最小有效热导率,碳黑与SiC遮光剂和石英纤维共同掺杂对辐射传热的抑制最强.气凝胶复合材料背温实验结果有效证实了掺杂优化方法的正确性.     

TiC/Ni3Al复合材料的低温致密化

TiC由于其低密度、高硬度、易加工性,以及与铁族金属的良好接合性而被广泛用于硬质工具材料及其他金属-陶瓷复合材料;另一方面,Ni_3Al金属间化合物在900℃附近具有独特的高温强度和高温抗氧化特性,被认为是金属-陶瓷复合材料中金属相的优选材料.已有的研究表明,TiC汇与Ni_3Al具有良好的界面相容性,TiC和Ni_3Al组成的复合材料具有很高的强度,所以,选择Ni_3Al和TiC作为热应力缓和型梯度材料的金属相和陶瓷相而得到的TiC/Ni_3Al系FGM(functionally graded materials)材料将能够抵抗由于大温度落差而产生的巨大的热应力.但是,由于TiC与Ni_3Al的烧结温度之间差别很大(前者最低为1800℃,后者最高为1300℃),热压温度只能控制在1300℃左右,在该条件下,如不采用“温度梯度烧结”方法来制备整体致密的TiC/Ni_3Al系梯度材料将十分困难,这是因为在富金属侧,由于Ni_3Al的粘结作用,使得TiC/Ni_3Al复合材料能够致密;但是在少金属侧,如0%,5%,10%,20%(体积分数,下同)Ni_3Al层,由于金属含量少,Ni_3Al相不能完全地粘接TiC使之致密,则得不到整体致密的TiC/Ni_3Al系FGM.因此,TiC和少金属TiC在低温下的热压致密化是一项非常有意义     

无机膜——新的工业革命

无机膜(陶瓷、玻璃、金属及其复合材料膜)与已经广泛商品化的高聚物膜相比,由于耐高温、化学稳定、耐腐蚀、力学强度高、结构稳定和易于再生,因而更适于高温或其他恶劣环境下的技术应用,特别是生物技术、石油化工膜反应器、高温气体分离等方面,有人预料无机膜技术的发展将引起—场新的工业革命.以最为吸引人的高温气体分离和膜反应器为例,其工业应用前景到底如何呢?在走向成功的道路上,材料科学与工程学家们面前的任务是什么呢?     

γ射线辐照-溶胶凝胶法制备非晶SiO_2-Ag纳米复合材料

纳米复合材料的特殊性能和用途越来越受到人们的重视.Datta及Roy等曾报道用溶胶-凝胶法制备纳米复合材料,但制备需要经过高温热处理或高温氢气还原.最近,我们将γ射线辐照与溶胶-凝胶法结合起来,在常温常压下成功地制备出非晶SiO_2-Ag纳米复合材料.其制备方法:用分     

无机法制备Si-B-C-N系非晶/纳米晶新型陶瓷及复合材料研究进展

可以在高温氧化、剧烈热震、燃气流烧蚀等苛刻条件下服役的新型高温结构和多功能防热材料是现代航空航天技术发展的迫切需求之一.Si-B-C-N系非晶及纳米晶复相陶瓷组织结构独特,高温性能优异,在高温结构和多功能防热领域极具应用潜力.有机聚合物先驱体裂解法(有机法)在致密Si-B-C-N系块体陶瓷的制备方面受限,哈尔滨工业大学特种陶瓷研究所开创的机械合金化-热压法(无机法)工艺简单,制备材料组织结构均匀、性能优良,成为Si-B-C-N系致密块体陶瓷和耐高温构件的有效制备手段,弥补了有机法的不足,对于丰富和完善该材料的实验数据和理论研究具有重要意义.本文综述了无机法制备Si-B-C-N系陶瓷及复合材料在显微组织结构特征及演变规律、力学和热物理学性能、抗氧化性能、抗热震性能、耐烧蚀性能和相关机理分析等方面的新近成果,并展望了其发展趋势.     

铁电体-金属纳米微粒复合材料的制备与性质

近年来,由金属微粒弥散相与氧化物电介质(玻璃或陶瓷)基体所构成的复合材料体系引起了人们的关注。由于这类材料在光学(光吸收、散射、非线性)、电学(隧穿效应,电致发光)、磁学及催化等方面均有一些特殊性质,使这类材料体系在理论研究和实际应用方面都具有很高的价值。目前,这类材料的制备主要是采用溅射法和溶胶-凝胶(Sol-gel)法。限于技术上的原因,上述材料的基体主要局限于一些简单的氧化物体系,包括SiO_2,Al_2O_3和ZrO_2。     

基于声发射小波分析的非连续增强金属基复合材料界面表征

界面是制约复合材料性能的关键性因素,同时界面效应的存在也为复合材料的设计与改进提供了一条重要的途径[1].因此,界面设计与界面控制工程已成为当前复合材料领域极为活跃的前沿课题,而该项工作的开展则以准确的界面性能表征为前提[2].然而,针对颇具应用前景的非连续增强金属基复合材料而言,现有的适于连续纤维增强复合材料的拔出法、顶出法等界面力学性能测试手段却难以奏效.为此,适于该种类型复合材料的直接、有效的界面力学性能表征方法的探索工作亟待开展.本文以具代表性的ＳｉＣｐ/Ａｌ复合材料为例,首次应用声发射(ＡＥ)小波分析技术…     

静高压对Al/Fe-Mo-Si-B纳米合金多层复合材料的影响

工作已取得较大的进展.将这种薄带纳米合金与具有较好韧性的金属粘接,制成金属/纳米合金多层复合材料,既具有较好的力学性能,又不破坏纳米合金的结构和性能,因而有利于纳米合金材料的实际应用.研究静高压在多层复合材料的制备过程中对纳米晶体的形成、性能、金属/纳米合金界面相的形成及扩散反应速率的影响,在理论研究上和实际应用上都具有重要的意义.     

KSZP陶瓷材料强化新途径

增强增韧一直是陶瓷科学与技术研究的重要课题.目前最常用的方法是多相复合,如颗粒、晶须和纤维补强和自补强.相变是陶瓷中的普遍现象,ZrO_2增韧陶瓷是利用相变现象的一个典型例子.表面压应力增强材料的现象,在表面施釉或膨胀系数小的膜层、离子交换、淬火和表面化学反应过程中得以应用.我们在研究[NZP]低膨胀陶瓷时,发现一种利用相变强化陶瓷的方法,本文报道其有关的内容.     

数据挖掘驱动的BiFeO_3-BaTiO_3铁电陶瓷元素替代效应

传统的材料研究方式是耗时费力的试错法,现代材料科学研究方式转向基于材料信息学(material informatics)理论的数据生产和利用——采用各种数据挖掘方法以发现材料数据下隐藏的构效关系和知识,对新材料进行预测和验证.在总结过去对钙钛矿结构氧化物铁电材料数据挖掘实践结果的基础上,选择多种不同原(离)子特征组合的元素对BiFeO_3-BaTiO_3(BF-xBT)铁电固溶体陶瓷进行替代实验,重点探索三方-赝立方结构相界附近组分的BF-xBT基三元固溶体陶瓷的铁电相变和介电、压电响应性能.实验发现替代元素的性质是BF-xBT基三元固溶体陶瓷制备工艺条件和介电损耗、压电响应等电学性质的决定因素,Bi(Zn_(1/2)Ti_(1/2))O_3是当前发现的对BF-xBT基固溶体陶瓷进行改性、获得可工程实用的高性能高温压电陶瓷新材料的有效组元.与现有商用偏铌酸铅和钛酸铋系压电陶瓷材料相比,它们可采用相同的固相反应电子陶瓷工艺制备、但具有更高压电响应等综合性能,为研制高灵敏高温压电传感器提供了新材料选项.     

银/二氧化硅介孔复合体的制备

介孔固体系指孔径为2～50nm,孔隙率大于40％的多孔固体,其孔的数量可高达10~(19)g,比表面积可高达900m~2/s,故介孔固体在催化、吸附、分离等方面有重要的应用。根据孔的排列,介孔固体可分为有序和无序两种。若将纳米尺度的颗粒(金属或非金属)置于介孔之中则形成所谓的介孔复合体,颗粒呈弥散分布,互不连接;由于孔-颗粒界面处的相互作用,从而可显著改变颗粒的性质。近几年来有关介孔复合体的研究时有报道,但主要是非金属粒子-有序介孔固体复合体及化合物(半导体)-无序介孔固体复合体的研究。而纳米金属粒子与无序介孔固体复合体的研究尚不多见。尽管Ag与无机化合物的纳米复合材料(与本文的介孔复合体含义不同)已有一些报道,也有人在多孔玻璃中制备成颗粒间基本是互为连接的Ag/SiO_2混合物,但将纳米Ag颗粒放入介孔固体的孔中而形成均匀、弥散分布的介孔复合体尚未见报道(就我们所知)。本文报道纳米Ag与SiO_2介孔固体之间的复合体的制备。     

纳米Al_2O_3固体的内耗

内耗测量可以给出陶瓷材料内部结构扩散以及晶界的力学行为等性能.有关陶瓷材料的高温内耗早有不少报道.近来纳米陶瓷/氧化物的研究越来越引起人们的关注,纳米ZrO_2和SnO_2块体的低温内耗已做了一些研究.纳米Al_2O_3可广泛应用于制作催化剂及催化剂载体,精细陶瓷和荧光材料等,关于它的一些性能已作了不少探索,然而纳米Al_2O_3固体的内