SiC颗粒增强铝基复合材料断裂韧性的研究进展

介绍了SiC颗粒增强铝基复合材料断裂韧性的研究现状,着重分析了基体合金成分、SiC颗粒体积分数、颗粒粒度形貌、界面性质以及热处理工艺对复合材料断裂韧性的影响,并对SiC复合材料的研究进行了探讨和展望。     

纳米SiCp/108Al复合材料的组织与性能

采用粉末冶金法制备了不同体积分数SiC颗粒增强的纳米SiCp/108Al复合材料。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对复合材料的微观组织及拉伸断口形貌进行了表征,测定了复合材料的相对密度、硬度、抗拉强度、屈服强度及延伸率,分析了纳米SiC颗粒体积分数对复合材料组织及性能的影响。分析结果表明:添加纳米SiC颗粒的SiCp/108Al复合材料组织明显细化,性能得到提高。当纳米SiC颗粒体积分数为2%时,复合材料组织的晶粒最细小,缺陷较少,同时纳米SiC颗粒分布均匀,复合材料的性能最佳,相对密度达到98%。复合材料的硬度达到102HV,抗拉强度达到348MPa,屈服强度达到229MPa,分别比108Al基体提高了34%、26%和43%。当纳米SiC颗粒体积分数较大时,SiC颗粒会出现明显团聚现象,导致复合材料的性能降低。     

纳米SiC含量对Ti3SiC2/Al复合材料摩擦磨损特性的影响

采用SPS方法制备出SiC和Ti3SiC2双相增强Al基复合材料,并在MM-200型摩擦磨损实验机上进行干摩擦试验。研究了不同含量SiC对Ti3SiC2/Al复合材料组织及耐磨性的影响,结果表明,颗粒体积分数及磨损载荷对复合材料摩擦磨损特性有显著影响。复合材料具有良好的摩擦磨损性能,烧结温度为550℃,SiC的体积分数从0.5%上升到2%时,复合材料的摩擦系数从0.34降到0.285,降低16.2%。烧结温度为400℃,SiC的体积分数从0.5%上升到2%时,复合材料的磨损量从0.0079降到0.0039,降低50.63%。     

SiCp/Mg-Zn-Zr复合材料的制备及其阻尼性能

采用搅拌铸造法制备SiC颗粒增强Mg-Zn-Zr复合材料，并分析了Mg-Zn-Zr复合材料的压缩强度和内耗与SiC粒度的关系.结果表明：加入粒度10 μm的SiC颗粒，可使基体合金的压缩强度增加；SiC粒度为20 μm的复合材料阻尼性能优于SiC粒度为10和50 μm的复合材料.     

SiC/PTFE纳米复合材料定量分析方法

为对SiC/PTFE纳米复合材料微观结构进行定量分析,运用自主开发的、基于图像处理技术的纳米复合材料微观结构分析系统,用颗粒分散度计算方法,对SiC/PTFE纳米复合材料微观结构进行了计算和分析.结果表明：颗粒分散度能较好地定量表征纳米粒子在PTFE基体中分散的均匀性;随着SiC纳米粒子含量增加,颗粒分散度先增大后减小;SiC纳米粒子含量为7%时,颗粒分散度较高,复合材料中纳米粒子分散较均匀;偶联剂处理可以提高SiC纳米粒子在PTFE基体中颗粒分散度.     

SiC纳米线改性环氧树脂研究

实验以SiC纳米线为增强剂,利用回流法将偶联剂KH-550嫁接在SiC表面,进而使SiC粒子更好地分散在环氧树脂中.通过对复合材料拉伸强度的测试和断裂面形貌的分析,探讨了复合材料的增韧机理.实验结果表明:纳米SiC可提高环氧树脂的机械性能,而经过表面接枝处理的纳米SiC填充复合材料的抗拉伸等性能显著改善.同时在耐腐蚀测试中,由于偶联剂影响了复合材料的性质,使不同的复合材料在酸碱条件下优势各不相同.     

搅拌摩擦加工制备铝基复合材料的组织和力学性能

采用搅拌摩擦加工方法制备铝基SiC复合材料,研究SiC颗粒在复合材料中的分布均匀性问题,并对复合材料的力学性能及断口形貌进行分析.结果表明:1、2、3道次加工后SiC颗粒在复合材料中出现漩涡状和带状团聚现象;经4道次搅拌摩擦加工后复合层中SiC颗粒均匀弥散分布在基体金属中,复合层组织发生明显细化;添加SiC颗粒4道次加工后复合材料显微硬度提高,抗拉强度降低.搅拌摩擦区的显微硬度平均值为68HV,为基体金属显微硬度(45HV)的1.5倍;抗拉强度降低为176MPa,为基体金属的81%;复合材料拉伸试样总体表现为韧性断裂,断裂机制包含韧性断裂以及SiC颗粒与基体结合界面的撕裂.     

6066Al/SiCP复合材料的组织特征与阻尼性能

研究了经制粉→混料→真空抽气→热挤压工艺制备的6066Al/SiCp复合材料的组织特征与阻尼性能.复合材料的阻尼特征通过动态机械热分析仪(DMTA)测量,得出了2种不同SiC含量的6066Al/SiCp复合材料及6066Al合金在温度为30～250℃,频率为0.1,1,10和30Hz时的阻尼值.利用扫描电镜、光学显微镜对复合材料组织特征进行了分析,根据组织特征及阻尼数据对复合材料的阻尼机制进行了讨论.结果表明将2～3μm的SiC颗粒加入6066Al中,当SiC含量为7%(体积分数)时,增强的SiC颗粒分布较均匀,与基体结合良好;当SiC含量为12%时,SiC易聚集成团.少量SiC能明显提高6066Al的阻尼能力,尤其是高温阻尼性能;6066Al/SiCp复合材料的高阻尼性能主要是SiC颗粒加入后使位错密度大大增加,基体晶界及基体与SiC颗粒界面的存在使材料在循环载荷下消耗能量所致.     

C/SiC复合材料摩擦性能及储油性能分析

复合材料因性能独特而备受关注,但其自身结构复杂且受到诸多因素的影响,因而对其摩擦学性能的研究仍有待进一步加强。为了对比不同摩擦配副对C/SiC复合材料摩擦性能及储油性能的影响,以C/SiC复合材料为研究对象,运用销盘摩擦学试验方法,研究了C/SiC复合材料与45#钢以及C/SiC复合材料与ZrO₂材料摩擦配副的摩擦学性能,采用三维形貌仪等仪器对C/SiC复合材料摩擦后的表面进行表征分析,研究其摩擦后的表面质量及其储油性能。结果表明,C/SiC复合材料与45#钢磨损剧烈,摩擦后表面储油性能严重下降;其与ZrO₂对磨则摩擦系数较低,磨损量较小,摩擦后的表面仍保持了较好的承载性能及储油性能,是一种良好的摩擦配副。研究结果为拓展C/SiC复合材料的应用及揭示其摩擦学特性提供了有力支撑。     

无压浸渗法制备高体分比SiCp/Al

采用粉末注射成形/无压浸渗法成功制备出了SiC体积分数为63%的SiCp/Al复合材料.重点研究了主要工艺参数对SiC骨架及复合材料性能的影响规律.研究表明,采用粉末注射成形制备的SiC骨架经1100℃预烧后,仍具有很高的开口孔隙率,达到总孔隙率的97.9%.SiC颗粒经高温氧化处理后所生成的SiO2薄膜可明显改善铝合金熔液与SiC颗粒之间的润湿性,显著提高复合材料的密度.通过对工艺参数的优化可使铝液较好地润湿SiC骨架,获得最高相对密度可超过97%的复合材料.     

ZrO_2 颗粒弥散 MoSi_2 陶瓷力学性能及氧化性能

研究了ＺｒＯ２颗粒弥散ＭｏＳｉ２陶瓷的力学性能及氧化性能．结果表明，ＺｒＯ２颗粒同时实现了室温相变韧化和高温弥散强化双重作用，显著提高了复合材料的室温强韧性及高温强度，同时复合材料仍具有较优良的抗氧化性能．     

制备工艺对合成ZrO_(2(f))/NiFe_2O_4复合材料的影响

以NiO和Fe2O3为原料采用固相烧结法合成了NiFe2O4尖晶石,通过向其中添加二氧化锆纤维(ZrO2(f))制备了ZrO2(f)/NiFe2O4复合材料.研究了成型压力、烧结温度及烧结时间对复合材料气孔率和抗弯强度的影响,并利用热重分析仪、X射线衍射仪和扫描电子显微镜对复合材料进行了表征.结果表明:在160 MPa成型压力下,于1 300℃烧结6 h制备的ZrO2(f)/NiFe2O4复合材料气孔率较低,具有较高的抗弯强度;复合材料主要由四方相ZrO2和立方相NiFe2O4尖晶石组成;ZrO2(f)未与基体发生反应,避免了过强的界面结合力.     

纳米ZrO_2颗粒强韧MoSi_2基复合材料

研究了热压纳米ＺｒＯ２粒子强韧ＭｏＳｉ２基复合材料的显微结构与力学性能，初步探讨了纳米ＺｒＯ２粒子的增韧补强机制．结果表明，复合材料的室温断裂韧性有了较大的提高，ＫＩｃ达到５．７９ＭＰａ·ｍ１／２．ＳＥＭ观察表明纳米ＺｒＯ２粒子既分布于基体材料的晶界同时也存在于晶粒内部，断口形貌呈现出沿晶与穿晶的混合型断裂特征．复合材料的韧化效应是由ＺｒＯ２粒子引起的相变韧化、晶粒桥接以及裂纹偏转等机制的综合作用．     

胶态二氧化锆纳米晶/聚甲基丙烯酸甲酯复合物的制备与表征

以正丁基氧锆为无机氧化锆前体,采用水解溶胶-凝胶法合成了不同掺杂量的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/二氧化锆(ZrO2)复合物,并用浸渍/提拉镀膜和浇注法制备了PMMA/ZrO2复合薄膜.借助X-射线衍射、红外光谱、紫外-可见光谱、荧光光谱、热重手段研究了复合薄膜的结构和性能.结果表明,相对温和条件下制备得到PMMA与单斜晶型ZrO2纳米复合物,加入纳米氧化锆后,PMMA的热稳定性和可见光透光性能提高,尤其是发光性能明显增强.     

氧化铝陶瓷的增韧

本文研究采用氧化锆相变增韧及晶须补强两条途径增韧氧化铝基复合陶瓷。 通过控制Y_2O_3在YPSZ(Y_20_3部分稳定氧化锆)的含量以及YPSZ在ZTA(氧化锆增韧氧化铝)的含量可以最大限度地使基质中氧化锆以亚稳四方相形式存在。 通过控制YPSZ的晶粒尺寸小于基质晶粒尺寸可使ZTA陶瓷的K_(1c)和σ_(bb)同时得到提高。 SiC晶须补强ZTA陶瓷,利用ZrO_2(t)相变作用缓解晶须引入基体的张应力,使材料得到双重韧化,提高了力学性能。     

热压烧结α-SiC陶瓷基复合材料力学性能的研究

以α-SiC为原始粉体,采用1 800℃热压烧结工艺制备了BAS/SiC复合材料.利用阿基米德排水法、XRD、SEM、三点弯曲和单边切口梁法等分析测试手段研究了复合材料的致密度、物相组成、断口形貌及室温力学性能.实验结果表明,随着BAS含量的增加,复合材料的致密度增大,其相应的力学性能也有很大的提高.而复合材料的物相不受BAS含量的影响,只有六方BAS和α-SiC两相组成.     

O'-Sialon-ZrO2-SiC复合材料的合成热力学分析及其制备

在分析、绘制Ｓｉ－Ｏ－Ｎ三维立体参数状态图基础上,采用纯原料合成了Ｏ’－Ｓｉａｌｏｎ－ＺｒＯ２－ＳｉＣ复合材料．对实验结果用ＸＲＤ、ＴＥＭ进行分析,验证热力学分析的可靠性．结果表明,Ｏ’－Ｓｉａ－ｌｏｎ－ＺｒＯ２－ＳｉＣ复合材料中,主晶相Ｏ’－Ｓｉａｌｏｎ彼此之间构成网络状结构,ＺｒＯ２和ＳｉＣ颗粒弥散于编织状结构的孔隙中,起强化作用     

BMT复合介质材料中ZrO_2包覆层的制备及性能

采取溶胶析出法对BMT{Ba(Mg1/3Ta2/3)O3}表面进行ZrO2包覆处理,制备了BMT陶瓷与LMSZA微晶玻璃的复合材料。结合X射线衍射和扫描电镜分析,确定了样品的晶相组成。结果表明,ZrO2包覆层对BMT的保护是隔离牺牲性的,同时用ZrO2制作包覆层是合适的,对介电性能没有不利影响。     

纳米ZrO2改性水泥基复合材料的水化及微观分析

基于亚稳态四方相ZrO_2纳米颗粒的纳米微集料效应,将其应用于改性水泥基复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和低场核磁共振波谱仪表征了纳米氧化锆与水泥净浆的微观结构与形貌,研究了ZrO_2纳米颗粒的掺量、粒径和晶型对水泥基复合材料水化过程的影响规律。结果表明:在水泥净浆中掺入ZrO_2纳米颗粒,将增加标准稠度用水量,促进水泥净浆溶胶向凝胶的转变,增加C—S—H凝胶含量,提高水泥石密实度,对水泥基复合材料微观结构有较明显的改善。     

O'-Sialon/BN和O'-Sialon/ZrO2复合材料抗熔融金属和保护渣侵蚀

研究了O′－Sialon/BN和O′－Sialon/ZrO2复合材料抗溶融金属和保护渣侵蚀,结果表明：O′－Sialon/BN复合材料抗钢水侵蚀的动力学分为两段控制：前期为界面化学反应控制,后期为扩散控制,O′－Sialon/ZrO2复合材料具有良好的保护渣侵蚀性能,这是由于ZrO2在硅酸盐溶体中的溶解度较低,随着ZrO2的增加,抑制了O′－Sialon与CO,以及渣中其他组元的反应,从而提高了O′－Sialon抗的侵蚀性。