Ti_3SiC_2/TiC复合材料的制备及力学性能研究（英文）

弓网系统中,各种类型的受电弓滑板承担着传输电能的重要功能,其严酷的工作条件对受电弓滑板材料的性能提出了非常苛刻的要求。目前最主要的受电弓滑板有:粉末冶金滑板,纯碳滑板和浸金属碳滑板。其中碳滑板材料性能较好但价格昂贵,粉末冶金滑板材料价格便宜,但性能明显逊于前者。Ti_3SiC_2/Ti C是一种兼具陶瓷与金属性质的新型材料,与碳滑板材料相比,其电阻率低,且具有良好的抗氧化性和自润滑减摩性,因此Ti_3SiC_2/TiC将可能成为一种工艺简单、成本更低、而性能则更高的新型受电弓滑板材料。以Si、Ti和C为原料,利用熔渗反应烧结技术制备出Ti_3SiC_2/TiC复合材料,研究结果表明,制备样品的弯曲强度与硬度分别达到423~564 MPa和169~249 HB。同时,对Ti_3SiC_2/TiC复合材料的断裂机理进行了研究。     

粉末冶金制备Ti3SiC2的研究进展

兼有金属和陶瓷性能的Ti3SiC2是一种三元层状碳化物材料,既有象陶瓷那样的高温性能,又有类似金属的导热性和导电性,应用前景十分广阔。机械合金化和反应烧结是制备Ti3SiC2的重要方法。文中介绍了Ti3SiC2结构、性能,以及制备Ti3SiC2的一些粉末冶金方法。     

放电等离子烧结制备Cu/Ti3SiC2-TiC复合材料

选用单质粉(Ti,Si,C,Al)为原料,采用机械合金化法制备含有Ti3SiC2和TiC的混合粉体,然后将Ti3SiC2,TiC和Cu的混合粉体进行放电等离子烧结,以制备Cu/Ti3SiC2-TiC复合材料,并对其组织耐磨性进行了研究。实验结果表明,放电等离子烧结可制备致密的Cu/Ti3SiC2-TiC复合材料,复合材料的显微硬度随强化相(Ti3SiC2-TiC)掺加量的增加显著提高,当强化相掺加量为20 vol%时,复合材料的硬度值达1.58 GPa。Cu/Ti3SiC2-TiC复合材料的耐磨性随强化相含量增加显著提高,当强化相掺入量为20 vol%时,复合材料的耐磨性为纯Cu的4倍。     

受电弓滑板和接触网导线材料的现状及展望

概述了电力机车受电弓滑板材料和接触网导线材料研究及其应用的现状,并展望了滑板和导线材料的发展方向:现用滑板主要有碳滑板、铜基粉末冶金滑板和浸金属碳滑板,为了适应铁路高速化发展,减少对接触网导线的磨耗,滑板将向碳纤维、金属纤维、带有润滑功能的金属基和无机非金属基复合材料发展;目前广泛使用的接触网导线有铜银、铜锡、铜镁接触线,将向铜合金化和复合金属化方向发展。     

不同纯度Ti3SiC2的摩擦磨损行为

利用盘块式高速摩擦试验机,在滑动速度为20 m/s、法向载荷范围为0.2～0.8 MPa的条件下,试验研究了高纯度钛硅碳Ti3SiC2材料及含碳化钛TiC的Ti3SiC2材料的摩擦与磨损行为.两种材料的摩擦系数随着压力的增大都呈现出先增加后平缓减小的趋势,高纯度Ti3SiC2材料的磨损率随着压力的增加呈减小趋势,而含TiC的Ti3SiC2材料的磨损率随着压力增加呈先减小后增加的趋势.扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)的观察和分析结果表明,在Ti3SiC2的摩擦表面有摩擦生成氧化层的存在.该氧化层具有降低摩擦系数和磨损率的自润滑作用.     

短炭纤维对铜-石墨复合材料冲击值的影响

以高性能受电弓滑板为应用前景，研究了短炭纤维对铜－石墨复合材料冲击性能的影响，用粉末冶金法制备了灰纤维增强铜－石墨复合材料，分析了短炭纤维的含量，分布和取向对复合材料冲击值的影响，结果表明，在纤维体积分数从1．5％增大到11．5％时，复合材料冲击值先增大后逐渐减小；纤维的分布和取向对复合材料的冲击值也有较大影响，试验证明，短炭纤维对于提高铜－石墨复合材料的冲击值非常有效，短炭纤维增强铜－石墨复合材料可用于制造高性能受电弓滑板。     

纳米SiC对C/C复合材料石墨化与抗氧化性能的影响规律

本文制备纳米SiC基体改性的SiC-C/C复合材料,利用X射线衍射技术、高分辨率透射电镜等研究SiC对碳材料的石墨化度的影响.纳米SiC能够显著促进碳基体材料的石墨化度,同时通过高分辨率透射电镜在纳米SiC颗粒周围观测到明显的石墨化结构,并且距离SiC越近,碳基体的石墨化程度越高.通过静态氧化实验研究SiC-C/C复合材料的抗氧化性能.结果表明,随着SiC加入量的增加复合材料的抗氧化性显著提高,纳米SiC在高温下生成较为均匀的SiO2保护层,覆盖在碳材料的表面,阻碍氧气与碳材料的接触,并且SiC含量越高,形成的保护层越厚,抗氧化能力越强.     

Al3Ti和TiC/Al3Ti激光熔覆涂层的高温氧化和浸泡腐蚀性能

采用激光熔覆技术在铝合金表面制备了Al3Ti金属间化合物和TiC颗粒增强Al3Ti基复合材料涂层,对比分析了两种涂层的高温氧化和浸泡腐蚀性能。结果表明:在稍低于铝合金熔点(600℃)循环氧化70h后,两种涂层均没有明显的氧化增重,显示出较强的抗氧化性。氧化温度为900℃时,涂层的氧化增重呈抛物线规律增长,且复合材料涂层的抗氧化性低于Al3Ti涂层。在NaCl质量分数为3.5%的溶液中浸泡15天后,复合材料涂层的腐蚀程度最轻,涂层中的硬质相Al3Ti和TiC抑制了点蚀的扩展,但两种涂层均提高了铝合金的抗腐蚀性能。     

机械合金化对Y_2O_3/Cr-Ni基复合材料力学性能的影响

采用机械合金化工艺和普通粉末冶金方法分别制备了Y2O3/Cr-Ni复合材料,研究了两种制备方法对Y2O3/Cr-Ni复合材料性能的影响.结果发现:机械合金化后,粉末的衍射峰宽化、衍射峰强度降低;经压坯烧结后制备的材料,其结构与普通粉末冶金制备的相比更均匀,致密化程度也更高,材料的室温硬度和抗拉强度都比传统粉末冶金法制备的材料要高.根据Larson-Miller参数方程对两种制备方法制备的氧化钇增强镍铬基复合材料的高温力学性能进行了模拟对比研究,高温模拟结果表明,试验材料的维氏硬度值和热处理参数P基本上是一种线性关系,说明Larson-Miller参数方程对镍基复合材料的寿命设计具有一定的适用性.高温热模拟后,机械合金化工艺制备的材料仍保持着良好的力学性能.     

高能球磨对TiC0.5/Cu(Al)复合材料组织和性能的影响

以Ti2AlC和Cu粉作为原料,分别采用滚筒球磨和高能球磨对原料粉进行预混处理,在1 150℃下原位热压反应制备了TiC0.5/Cu(Al)复合材料.实验结果表明,Al从Ti2AlC溶出进入Cu中,Ti2AlC分解并转变成TiC0.5相,然而滚筒球磨制备的复合材料中生成少量AlCu2Ti相.通过对原料粉高能球磨处理,制备后的复合材料AlCu2Ti相消失,细小的TiC0.5颗粒均匀分布于基体中.两种不同方法制备的复合材料的弯曲强度和维氏硬度试验结果表明,高能球磨工艺能提高TiC0.5/Cu(Al)复合材料的弯曲强度,同时维氏硬度略有降低.其中,高能球磨处理后制备的27％ TiC0.5/Cu(Al)复合材料的弯曲强度达到981 MPa,维氏硬度为2.43 GPa.     

Ti3SiC2的生长机制

为探讨Ti3SiC2的生长机制,以Ti、Si、C元素粉末为原料,采用三种不同的真空烧结工艺,制备体积分数为89.12%、85.90%及93.01%的Ti3SiC2材料,并利用XRD和SEM对其进行组织结构分析。结果表明:Ti3SiC2晶体生长为台阶机制,在母层片的法线方向不受约束的情况下形成梯田形貌;在生长母层面的法线方向受到约束的情况下,Ti3SiC2的生长台阶被逐渐填满,形成晶型较完整的Ti3SiC2;在以Ti、Si、C粉末为原料制备Ti3SiC2时,在略高于1 300℃的温度进行长时间保温是有利的。     

Si和Al对机械合金化合成Ti_3SiC_2的影响

采用3Ti/Si/2C单质粉体为原料,进行机械合金化,以合成Ti3SiC2粉体.研究了Al和过量Si对机械合金化合成Ti3SiC2的影响.研究结果表明,机械合金化单质混合粉体,会诱发自蔓延反应.反应后产生大量坚硬的颗粒状产物.机械合金化3Ti/Si/2C粉体,会产生组成相为TiC、Ti3SiC2、TiSi2和Ti5Si3的粉体与颗粒产物.添过量Si并不会促进机械合金化反应合成Ti3SiC2.添适量Al可消除硅化物,明显促进反应合成Ti3SiC2.采用3Ti/Si/2C/0.15A1粉体作原料时,颗粒产物中Ti3SiC2含量最高,为92.8wt%;而采用3Ti/Si/2C/0.20A1粉体作原料时,粉体产物中Ti3SiC2含量最高,为61.9wt%.     

基于原位合金化的SiCp/Al复合材料等离子弧焊接

为了抑制SiCp/Al基复合材料在焊接过程中的界面反应,补充烧损元素,同时原位产生新的增强颗粒,分别以Al-Ti-Si和Al-Ti-Mg两种药芯焊丝作为填充材料,向熔池中直接添加Al,Si,Ti和Mg等金属元素,用氩氮混合等离子气对SiCp/Al基复合材料进行等离子弧原位焊接.对比分析了两种药芯材料对焊缝组织和性能的影响.结果表明:以两种药芯焊丝作为原位反应填充材料进行等离子弧原位焊接时,均可以有效抑制针状脆生相Al4C3的生成,形成了稳定熔池,得到了以TiC,TiN,AlN,Ti5 Si3,MgAl2O4和细小棒状的Al3Ti等新生增强相的焊缝;焊缝组织致密结合良好,最大抗拉强度分别为232和196 MPa.     

编织结构三维仿真及其对C/SiC复合材料性能的影响

以连续碳纤维增强的碳化硅复合材料为研究对象,利用计算机仿真技术实现了纤维预制体结构的三维仿真;同时采用CVD PIP联合工艺制备了2.5D与三维四向2种结构的C/SiC复合材料,研究了预制体结构与复合材料力学性能之间的关系。结果表明:三维四向编织结构C/SiC复合材料的x向弯曲强度达到399.2 MPa,层间剪切强度达到38.1 MPa,断裂韧性达到16.0 MPa.m1/2,各项力学性能均高于2.5D编织结构的C/SiC复合材料的力学性能。     

SiCp/Al MMCs等离子弧原位焊接接头组织与性能

通过填充Ti,N元素对SiCp／Al基复合材料（SiCp／Al MMCs）进行等离子弧原位焊接,分析了焊缝的组织和力学性能．以氩、氮混合气体为离子气,0．8mm厚钛片作为原位合金化材料进行原位焊接,不仅抑制了脆性相的形成,而且在焊缝中形成了TiN,TiC等新的增强相,保证了焊接接头的性能．力学性能试验结果表明,不加填充材料焊接时,试样拉伸强度仅为母材强度的31．24％;进行原位焊接时,试样强度达到母材强度的50．89％．断口主要表现为混合型脆性断口．     

Spontaneous infiltration and wetting behaviors of a Zr-based alloy melt on a porous SiC substrate

The spontaneous infiltration and wetting behaviors of a Zr-based alloy melt on porous a SiC ceramic plate were studied using the sessile drop method by continuous heating and holding for 1800 s at different temperatures in a high-vacuum furnace. The results showed that the Zr-based alloy melt could partly infiltrate the porous SiC substrate without pressure due to the effect of capillary pressure. Wettability and infiltration rates increased with increasing temperature, and interfacial reaction products (ZrC_0.7 and TiC) were detected in the Zr-based alloy/SiC ceramic system, likely because of the reaction of the active elements Zr and Ti with elemental C. Furthermore, the redundant element Si diffused into the alloy melt.     

反应热压法制备B4C基复合材料的烧结致密化研究

通过在B4C中添加Si3N4以及少量的SiC和TiC,在1 820~1 900℃,30 MPa的热压条件下反应生成了B4C基轻质复合材料,烧结助剂为(Al2O3+Y2O3)。结合材料的断口SEM形貌,分析讨论了烧结致密化过程,结果表明:在相同烧结温度下,随基体相B4C含量的增多,复合材料变得更难烧结;对同成分组成的复合材料来说,随着烧结温度的升高,最终得到的材料致密度有所提高。两步烧结过程中的降温保温阶段,有利于放热反应的彻底进行,使最终复相陶瓷组织中含有少量细小的TiB2和BN相,同时,放热反应可以维持致密化进程的继续进行,这对于提高复合材料的强度和韧性有利。     

CVI-RMI法制备C/SiC复合材料的微观结构与弯曲性能

以T700炭纤维准三维编织针刺整体毡为预制体,在炭纤维表面CVI预沉积热解炭涂层,利用化学气相渗透-反应熔体浸渗法(CVI-RMI)制备C/SiC复合材料,观察材料的微观形貌,并探讨界面对弯曲性能的影响。研究结果表明:利用CVI-RMI联合工艺制备的C/SiC复合材料致密度高,开孔率较小(10%),基体分布均匀;材料弯曲强度达133 MPa,呈逐层破坏机制,表现出良好的假塑性;热解炭涂层与CVI-SiC基体减少了RMI工艺过程对炭纤维的损伤,且热解炭涂层调节了炭纤维与基体之间的界面结合状况,有利于纤维的拔出。     

SiC/Ti(C,N)/Al2O3陶瓷复合材料的抗热震性能设计及其切削应用

抗热震性能是结构陶瓷材料的重要性能之一．以抗热震断裂参数表征材料的抗热震性能，采用理论与实验相结合的方法，建立了基于抗热震性能的陶瓷复合材料的组分设计模型，并采用计算机辅助优化设计技术求得材料的最优组分．结果表明：当Ti（C，N）和SiC的体积含量分别为10．4％和27．1％时，该材料具有最高的抗热震性能，比纯氧化铝陶瓷提高约55％．在此基础上，利用热压技术制得一种SiC／Ti（C，N）／Al2O3复合陶瓷材料．将该材料制成切削刀具，并在切削实验中通过设计切削条件使得刀具主要承受热载荷和热应力的作用，从而发生热）中击破损．实验发现，SiC／Ti（C，N）／Al2O3复合陶瓷刀具切削淬火钢时的抗热）中击破损性能较纯Al2O3陶瓷提高约62-68％，与抗热震性能设计的理论预测基本吻合．这表明，该设计方法是可行的．