基于机械混合法无压烧结制备ZrB2/B4C陶瓷复合材料

研究无压烧结条件下原位合成工艺对ZrB2/B4C陶瓷复合材料的烧结致密化、力学性能、显微组织的影响.结果表明:材料的密度随着烧结温度的增加和保温时间的延长先增加后降低,在烧结温度2060℃,保温30min时,ZrB2/B4C复合材料的相对密度可达93.2%;材料的硬度随着温度的升高而增大,在2070℃时达到最大值;材料的断裂韧性则随着温度的升高呈现下降趋势,从2000℃时的4.04MPa·m1/2下降到2060℃时的2.36MPa·m1/2.     

磨料表面微氧化对cBN磨具磨削性能的影响

为了解决陶瓷结合剂cBN磨具在高速磨削的过程中易发生断裂以至于失效的问题,提高cBN磨具材料的磨削性能,采用微氧化技术对cBN磨粒进行了表面处理,研究了cBN磨粒表面微氧化对cBN磨具中磨粒与结合剂间界面结合方式、界面结合力、磨具强度以及磨具磨削磨损的影响规律,并分析了磨具磨削磨损失效机制。结果表明:表面微氧化后的cBN磨粒表面氧化膜的成分是B2O3;因B2O3与结合剂组分发生反应致使结合面两侧产生元素互扩散,使得陶瓷结合剂与cBN磨粒界面间的机械结合方式转为化学结合方式;与cBN磨粒未经过氧化的磨具相比,经过表面氧化的cBN磨粒制备的磨具中陶瓷结合剂与cBN磨粒结合面剪切力提高了2.5倍,磨具抗弯强度提高了18%,且磨削磨损性能提高了2.6倍;cBN磨粒与结合剂结合力的提高可以使磨具强度提高,磨具磨削磨损时随着磨削力增大磨粒不易脱落,并逐渐发生自锐,从而降低磨具的损耗,提高磨削效率。     

碳纤维增强碳化硅复合材料的力学性能与界面

以A1N和Y2O3为烧结助剂,采用先驱体转化-热压烧结的方法制备了Cf／SiC复合材料．研究了烧结温度对复合材料界面和力学性能的影响及烧结助剂对显微结构的影响．结果表明由于烧结时晶界液相和SiC-A1N固溶体的形成,当烧结温度为1750℃时,复合材料具有较高的致密度和较好的力学性能;当烧结温度升为1800℃时,在复合材料密度增大的同时,其力学性能也大幅度提高,此时复合材料抗弯强度与断裂韧性分别高达691.6MPa和20.7MPa·m1/2,复合材料呈现韧性断裂;进一步提高烧结温度至1850℃时,虽然复合材料的密度有所增加,但由于纤维,基体界面结合过强以及纤维本身性能退化加剧,复合材料呈现典型的脆性断裂,其力学性能急剧降低;纤维／基体的界面是导致纤维增强陶瓷基复合材料性能的关键因素,其中,纤维的脱粘与拔出是主要的增韧因素．     

羟基磷灰石/氟金云母复合的生物玻璃陶瓷的力学性能

通过粉末冶金方法制备羟基磷灰石玻璃/氟金云母生物医用玻璃陶瓷材料.利用力学性能检测、显微观察和相成分分析等手段,研究烧结温度以及玻璃相含量对材料抗弯强度、断裂韧性和硬度等力学性能的影响.结果表明:随着烧结温度的升高,材料的致密度不断提高,力学性能也得到改善,对于含80%氟金云母的玻璃陶瓷而言,抗弯强度从1000℃的55.1 MPa,提高到1100℃的120.1 MPa.随着玻璃陶瓷中氟金云母的增加,材料的抗弯强度、弹性模量、断裂韧性都有所提高.当氟金云母的含量达到80%时,得到的玻璃陶瓷复合材料的力学性能最佳.组分对HA/FG生物医用玻璃陶瓷力学性能的影响主要归因于其对材料致密度、相组成和结晶度的作用.     

镀层对金刚石/玻璃复合材料性能的影响

为满足现代电子工业日益增长的散热需求,急需研究和开发新型高导热陶瓷(玻璃)基复合材料,而改善复合材料中增强相与基体的界面结合状况是提高复合材料热导率的重要途径.本文在对金刚石和镀Cr金刚石进行镀Cu和控制氧化的基础上,利用放电等离子烧结方法制备了不同的金刚石增强玻璃基复合材料,并观察了其微观形貌和界面结合状况,测定了复合材料的热导率.实验结果表明:复合材料中金刚石颗粒均匀分布于玻璃基体中,Cu/金刚石界面和Cr/Cu界面分别是两种复合材料中结合最弱的界面;复合材料的热导率随着金刚石体积分数的增加而增加;金刚石/玻璃复合材料的热导率随着镀Cu层厚度的增加而降低,由于镀Cr层实现了与金刚石的化学结合以及Cr在Cu层中的扩散,镀Cr金刚石/玻璃复合材料的热导率随着镀Cu层厚度的增加而增加.当金刚石粒径为100μm、体积分数为70%及镀Cu层厚度为约1.59μm时,复合材料的热导率最高达到约91.0 W·m-1·K-1.     

SPS烧结TiO2／Al90Mn9Ce1微胞陶瓷金属基块体复合材料

用表面包覆8wt％TiO2纳米粉末的微米Al90Mn9Ce1合金复合粉末，制备了高致密的闭合微胞陶瓷结构，内充金属合金的块体复合材料，烧结温度仅为520℃，烧结后的致密度达到98．2％。SEM观察结果显示，该材料的陶瓷胞壁厚度约为1．0～2．0μm，胞体尺寸约为15～40μm，经10％HCl深腐蚀后，留下完整的微胞状陶瓷骨架。根据实验结果，对SPS烧结微-纳米混合粉体的瞬时界面烧结机理进行探讨。     

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。     

Cu40Ni30Fe20Sn5Ti5多主元合金/金刚石复合材料界面反应行为

采用放电等离子烧结方法制备Cu40Ni30Fe20Sn5Ti5多主元合金/金刚石复合材料,通过热力学计算和实验研究黏结相和金刚石的界面反应,分析界面反应对复合材料力学性能及磨损性能的影响。研究结果表明：烧结过程中,多主元合金黏结相中的Ti元素与金刚石在界面处发生了化学反应,生成TiC,且TiC层的厚度随着烧结温度和压力的升高而增加。在950℃烧结的复合材料中,TiC层较厚且致密,黏结相与金刚石界面结合良好,材料的硬度和横向断裂强度最高,此外,金刚石出露良好,能发挥较好的磨损作用,耐磨损性能也最好。当烧结温度高于950℃时,金刚石受到热损伤导致石墨化程度增加,多主元合金黏结相和金刚石的界面结合强度减弱,复合材料的横向断裂强度和磨损性能均降低。因此,适当的界面反应可提升金刚石复合材料的服役性能。     

镀钛金刚石增强玻璃基复合材料的性能

现代电子封装迫切需要开发新型高导热陶瓷(玻璃)基复合材料.本文在对镀钛金刚石进行镀铜和控制氧化的基础上,利用放电等离子烧结方法制备了金刚石增强玻璃基复合材料,并观察了其微观形貌和界面结合情况,测定了复合材料的热导率和热膨胀系数.实验结果表明:复合材料微观组织均匀,Ti/金刚石界面是复合材料中结合最弱的界面,复合材料的热导率随着金刚石粒径和含量的增大而增加,而热膨胀系数随着金刚石含量的增加而降低.当金刚石粒径为100μm、体积分数为70%时,复合材料热导率最高达到了40.2W·m-1·K-1,热膨胀系数为3.3×10-6K-1,满足电子封装材料的要求.     

三维双连续陶瓷骨架的粘接-复合新技术

探索了一种构建三维双连续陶瓷-金属复合材料中陶瓷骨架的新途径.采用基于丝网印刷原理的粘接剂涂布新工艺,对99Al2O3陶瓷坯体进行连接,成功实现了复杂空间构型陶瓷骨架的构建.通过SEM表征了陶瓷粘接体粘接界面的微观形貌,探讨了烧制温度对骨架力学性能的影响.结果表明,该工艺有效避免了高温陶瓷粘结剂堵孔的弊病,1450℃烧结的陶瓷粘接体其抗折强度最佳,结点处的中间层厚度约为250μm.     

烧结温度对BN/Ni(Cr)自润滑材料组织与性能的影响

以Ni-20％Cr(质量分数)合金粉末作为基体材料,添加体积分数为31.4％的六方BN(h-BN)作为固体润滑剂,采用粉末冶金法制备BN/Ni(Cr)自润滑复合材料.研究不同烧结温度对该复合材料硬度、弯曲强度和孔隙率以及显微组织的影响.研究结果表明:BN/Ni(Cr)自润滑材料的硬度和抗弯强度与Ni-Cr颗粒烧结颈的形成、长大以及孔隙率的变化有关;当烧结温度不超过1 180℃时,随着温度的升高,BN/Ni(Cr)复合材料的孔隙率下降,硬度和弯曲强度均呈上升趋势.     

烧结温度对Cu-P金属结合剂堆积磨料 结构和性能的影响

在不同烧结温度下,以Cu-P合金为结合剂制备金刚石堆积磨料.利用差热分析(DTA)和X射线衍射(XRD)测试Cu-P合金的熔化特性与物相组成,采用扫描电镜(SEM)方法对堆积磨料的显微结构、金刚石和结合剂界面润湿性进行分析,并测试堆积磨料的单颗粒抗压强度、冲击韧性、气孔率、平均孔径尺寸等物理性能.对比了不同温度下烧结制备的堆积磨料的磨削性能,并阐述磨料磨损机理.结果表明,760℃烧结的堆积磨料,Cu-P结合剂对金刚石的包裹程度好,润湿性好,金刚石出刃高度适宜,并具有优异的力学性能.其单颗粒抗压强度、冲击韧性、气孔率、平均孔隙尺寸分别为23 N、78％、29.33％、18.53μm.760℃烧结的堆积磨料具有最优的磨削性能,磨削后砂轮中的堆积磨料处于半磨损状态,当氧化锆陶瓷的磨削比为24.8时,工件表面粗糙度为1.01μm.     

热压烧结C-SiC-B4C复合材料组织与性能(Ⅰ)

以Cfg,SiC,B4C,TiO2为原料,热压工艺为1750~1 900℃×30 min,25 MPa,制备了C-SiC-B4C复合材料,并研究了材料的组织与性能.结果表明随热压温度升高,复合材料的体积密度、抗折强度、断裂韧性均升高;相同热压温度下随Cfg含量增加,其抗折强度降低、断裂韧性升高.在1 900℃热压,原料质量配比(质量分数,%)为Cfg20,SiC 61.7,B4C 12.3和TiO26时,复合材料的综合力学性能最佳,抗折强度为142.5MPa,断裂韧性为4.8 MPa.m21.复合材料的主晶相为层状结构的Cfg,在Cfg层间为SiC,B4C和原位生成的TiB2颗粒.复合材料的增韧机制主要为Cfg与陶瓷相的热膨胀不匹配产生的热应力导致的弱界面分层诱导韧化作用.     

影响氮化硅陶瓷内圆磨削加工表面形貌因素分析

目的研究氮化硅陶瓷在内圆磨削时不同的磨削参数:砂轮线速度(vs)、径向进给速度(f)、轴向振荡速度(fa)对表面粗糙度的影响.方法采用树脂结合剂金刚石砂轮对氮化硅陶瓷试件进行内圆加工实验,进行了3因素的均匀实验.建立了氮化硅陶瓷内圆磨削的经验公式,利用Taylor-Hobson Surtroni25型接触式粗糙度仪对加工表面进行测量,得到不同磨削参数下的粗糙度;用日立S-4800冷场发射电子显微镜对加工表面进行观测,得到被磨试件的表面形貌图像.结果加工表面粗糙度随砂轮线速度的增大而减小,随径向进给速度的增大而增大,随轴向振荡速度的增大而减小.砂轮线速度对被加工表面粗糙度影响最大,随着砂轮速度的增大,粗糙度由0.340 1μm下降到0.295 0μm.结论明确了内圆磨削氮化硅陶瓷试件时不同磨削参数对表面粗糙度的影响,通过回归分析,探索出了不同线速度下氮化硅陶瓷材料去除机理对其表面形貌产生的影响.     

2024Al/Gr/SiCp复合材料耐热性能研究

研究了采用真空热压法制备的2024Al/Gr/SiC_p复合材料高温拉伸性能及长时间热暴露后的室温力学性能,同时对拉伸断口进行分析,探讨了SiC颗粒和石墨对材料耐热性能的影响.结果表明:2024基体合金和2024Al/Gr/SiC_p复合材料在200℃及以下热暴露时,复合材料的强度下降幅度较小,但基体合金的强度下降幅度明显比复合材料的大,这与增强相SiC颗粒与石墨提高了材料的耐热性能有关.在300℃热暴露条件下,2024基体合金和2024Al/Gr/SiC_p复合材料的力学性能快速下降.2024Al及其复合材料的高温拉伸性能随拉伸温度升高而下降,在200℃及以下温度抗拉强度较好,250℃及以上温度抗拉强度快速下降.高温拉伸和热暴露处理后的2024铝合金基体的断裂机制为韧性断裂,2024Al/Gr/SiC_p复合材料的断裂机制为基体韧性断裂及石墨断裂、SiC颗粒与界面分离的混合断裂机制.     

基体温度对磁控溅射TiN薄膜结构与力学性能的影响

采用直流反应磁控溅射方法在304不锈钢表面沉积TiN薄膜.利用场发射扫描电镜、X射线衍射仪和纳米压痕仪研究基体温度对TiN薄膜结构与性能的影响.结果表明:TiN薄膜为柱状结构,表面平整、致密.薄膜为面心立方结构(fcc)TiN并存在择优取向,室温和150℃时薄膜为(111)晶面择优取向,300和450℃时薄膜为(200)晶面择优取向;室温时薄膜厚度仅为0.63μm,加温到150℃后膜厚增加到1μm左右,但继续加温对膜厚影响不明显;平均晶粒尺寸随着基体温度的升高略有上升;薄膜的硬度、弹性模量和韧性(H3/E*2)随基体温度的升高而增加,最值分别达到25.4,289.4和0.1744GPa.     

自生TiC_P/LD_7复合材料的阻尼性能

研究了自生TiCP/LD7复合材料和基体铝合金的阻尼性能 ,发现随着温度升高和TiC颗粒体积分数增加 ,自生TiCP/LD7复合材料的阻尼性能提高 ,并且明显优于基体合金 .同时发现阻尼性能对频率和温度敏感 .研究认为 :位错阻尼和界面阻尼是提高自生TiCP/LD7复合材料阻尼性能的原因 ,当温度低于 2 0 0℃时 ,是位错阻尼起主要作用 ;当温度高于 2 0 0℃时 ,晶界阻尼和界面阻尼起主要作用 .     

SPS烧结温度对93W-4.9Ni-2.1Fe合金微观结构及性能的影响

以高能球磨法制备的93W-4.9Ni-2.1Fe复合粉末为原料,采用放电等离子烧结技术制备93W--4.9Ni-2.1Fe合金,研究了烧结温度对钨合金微观组织及性能的影响.采用扫描电镜对试样的断口进行观察,采用能量色散谱仪对合金的组元进行成分分析.结果表明:①烧结温度对合金的性能有显著的影响,在1 350℃时钨合金的抗拉强度达到一个极大值,为981 MPa,此时钨合金的相对密度和W晶粒的尺寸分别为98.9%和5μm;②当烧结温度达到1375℃时,合金中Ni元素开始挥发,随着温度的快速上升,合金中Ni元素的挥发不断加剧,当烧结温度升高至1425℃时合金中Ni元素已完全挥发;③合金的断裂方式随着烧结温度的升高发生显著的变化,当烧结温度升至1350℃时钨合金的断裂方式由W晶粒界面分离向W-W、W-黏结相界面断裂转变,而当烧结温度超过此温度时钨合金的断裂方式又转变为W晶粒的沿晶脆性断裂;④SPS快速烧结能够有效抑制W晶粒的长大,促进钨合金的细晶强化作用.     

Fe掺杂SrSnO3陶瓷的制备及其特性的研究

以SrCO3、SnO2和Fe3O4为原料,采用传统固相反应法制备了Fe掺杂SrSnO3陶瓷,并借助XRD和SEM,研究了SrFexSn1-xO3的相结构、形貌及Fe掺杂量对其电性能的影响.XRD图谱表明:未经烧结的样品是混合物,随着烧结次数的增加,样品的收缩增大,成品纯度变高,XRD杂峰减少.Fe掺杂SrSnO3陶瓷中随着Fe含量从0增加到1,烧结温度逐渐降低,从1480℃下降到1200℃,其晶格常数从0.806 9 nm下降到0.773 6 nm,晶体结构没有发生明显改变.SEM图片显示,靶材晶粒随着掺杂量的增加逐渐增大,由2.09μm增加到4.93μm.     

Fe-C-MoS2/CuSn合金基复合材料的研究

应用粉末冶金技术制备了烧结Fe-C-MoS2/CuSn合金基减摩复合材料,对其组织结构和机械物理性能进行了研究.结果表明以CuSn合金为基体保证了材料的导电性.CuSn合金的强度大于混合同种金属元素烧结材料的强度.CuSn合金与Fe润湿性好,促进了烧结合金化,因而大幅度提高了材料的强度、硬度、冲击韧性.C以游离状态存在于基体中,其膨胀系数大于基体材料,起到了减摩作用.MoS2均匀分布在基体中,明显地起到了高温减摩作用.其中当Fe(质量分数)增加到15%时,冲击韧性达20.6 J/cm2,抗拉伸强度为163.2 MPa,布氏硬度为53.8,达到和超过了TB/T1842.1-2002电力机车粉末冶...