摘要:

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 ·m1/2.

摘要:

以Cu-Zr混合粉末为熔渗剂,密度为1.4 g/cm3的多孔C/C复合材料为坯体,采用反应熔渗法制备C/C-ZrC-Cu复合材料,研究了复合材料的组织结构及物相组成,并对复合材料组织结构的形成机理进行了分析.结果表明:熔渗剂中Zr含量不同时,制备的复合材料均主要由C,ZrC和Cu相组成.随熔渗剂中Zr含量由50%增加到70%(质量分数),制备的复合材料中Cu含量逐渐降低,熔渗剂中Zr含量为60%时复合材料中ZrC含量最高(43.2%).C/C复合坯体内的孔隙被反应生成的ZrC相及残余Cu相充分填充,炭纤维周围存在一层较致密的ZrC层,在远离炭纤维处,ZrC颗粒与Cu相呈混合分布状态.ZrC与C和Cu均有良好的界面结合状态,在ZrC颗粒长大和粗化过程中,形成了部分含内嵌Cu晶粒的较大ZrC颗粒.

摘要:

比较了C/C-SiC复合材料的3种主要制备方法,介绍了反应熔渗法制备工艺,以及液Si渗入C/C多孔体、液Si与固体C反应和C/C-SiC复合材料性能的主要影响因素,提出了尚待解决的关键问题.

摘要:

以Si和SiO2粉为原料,采用化学气相反应法在多孔低密度C/C复合材料的表面和内部制备SiC涂层,然后以MoSi2粉末为原料分别对C/C复合材料以及SiC涂层改性的C/C复合材料进行反应熔渗,获得MoSi2改性C/C复合材料.采用扫描电镜、X射线衍射以及电子探针显微分析对该复合材料的微观形貌与结构进行研究,并测试材料的抗弯强度.结果表明,与MoSi2直接熔渗制备Si-Mo改性C/C复合材料相比,熔渗前制备SiC涂层作为界面层,可有效降低Si-Mo改性C/C复合材料的孔隙率,获得更加致密的Si-Mo改性C/C复合材料,材料密度从2.93 g/cm3提高到3.20 g/cm3,开孔率从10.77％降低到4.07％;抗弯强度从87 MPa提高到121 MPa.该复合材料中SiC和MoSi2的含量较高,弯曲断裂呈现假塑性断裂.

摘要:

用多孔C/C复合材料作骨架,以Zr-Cu混合粉末作为熔渗剂,通过反应熔渗制备C/C-ZrC-Cu复合材料.利用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱分析等分析材料的组织结构,采用三点抗弯试验测定材料的弯曲性能,并研究Zr-Cu熔渗剂中的Zr含量对C/C-ZrC-Cu复合材料组织与力学性能以及断裂行为的影响.结果表明:C/C-ZrC-Cu复合材料的物相组成为ZrC,Cu,Zr和C相,其中ZrC和Cu相在材料中连续分布,炭纤维周围包裹ZrC层;随Zr-Cu熔渗剂中Zr含量增加,复合材料中ZrC的含量先增加后减少,而Cu的含量一直降低;熔渗剂组成为Cu-50%Zr时,材料具有最高的弯曲模量和韧性因子,采用Cu-60%Zr熔渗剂时,材料具有最高的硬度(HV)和抗弯强度,分别为169.4和267.4 MPa;C/C-ZrC-Cu复合材料的断裂方式为假塑性断裂,断裂机理与ZrC相、富Cu相的含量和分布以及材料的致密度有关.

摘要:

采用真空熔渗法在1 000 ℃的温度下向多孔碳化硼基体中熔渗Mg-Si共晶合金制备碳化硼-镁基合金(B4C-MgSi)复合材料.理论计算表明,1 000 ℃下,熔融Mg在多孔碳化硼中的熔渗深度随时间延长而增加,熔渗速度先快后平稳,60 min可达2.2 cm以上,相同条件下MgSi合金比纯Mg渗透得更深.采用X射线衍射仪对B4C-MgSi复合材料的相组成结构进行分析,采用SEM对B4C-MgSi复合材料的显微组织结构进行观察,并对B4C-MgSi复合材料的力学性能进行研究.结果表明:B4C-MgSi 复合材料主要由 B4C、SiC、Si 和 Mg2Si 相组成,B4C-MgSi复合材料熔渗前具有许多连通的孔隙,熔渗后孔隙被充分填充,致密度达到98％以上.复合材料的洛氏硬度高达71.3±3.3 HRA,抗弯强度为285.81±11.32 MPa,断裂韧性比单一碳化硼提高1倍,达到5.27±0.53 MPa·m1/2.B4C-MgSi复合材料的断裂方式是一种脆性断裂与韧性断裂相结合的混合断裂模式,不再是碳化硼基体单一的脆性断裂.

摘要:

利用XRD,SEM,EDS研究浆料浸渍结合反应熔渗法制备2D C/SiC-ZrB2复合材料的组成与结构,并测定了复合材料的弯曲强度.结果表明:采用单向加压依次渗入ZrB2微粉和酚醛树脂,能很好地将ZrB2微粉和树脂渗入到纤维束间,但熔融Si难以渗入到试样内部,复合材料的开气孔率和室温弯曲强度分别为18.3%和110MPa.采用ZrB2浆料真空浸渍,沉积碳基体后进行熔融渗Si,复合材料的开气孔率和室温弯曲强度分别为5.5%和230MPa.

摘要:

利用XRD,SEM,EDS研究浆料浸渍结合反应熔渗法制备2D C/SiC-ZrB2复合材料的组成与结构,并测定了复合材料的弯曲强度.结果表明:采用单向加压依次渗入ZrB2微粉和酚醛树脂,能很好地将ZrB2微粉和树脂渗入到纤维束间,但熔融Si难以渗入到试样内部,复合材料的开气孔率和室温弯曲强度分别为18.3%和110MPa.采用ZrB2浆料真空浸渍,沉积碳基体后进行熔融渗Si,复合材料的开气孔率和室温弯曲强度分别为5.5%和230MPa.

摘要:

以SiC晶须作为增强体,通过酚醛树脂高温碳化裂解获得碳包覆的SiC晶须,与纳米碳化硅粉体、炭黑混合均匀形成复合陶瓷乙醇浆料.经过干燥、造粒、成型和排胶后获得SiCw-C-SiC素坯,利用反应熔渗法制备高体积分数的SiC晶须增强SiC陶瓷基复合材料.研究了碳黑含量对复合材料力学性能与显微结构的影响.通过扫描电镜照片显示,碳包覆的SiC晶须经高温反应熔渗后仍保持表面的竹节状形貌,且晶须与碳化硅基体间形成适中的界面结合强度,材料断口处有明显的晶须拔出;当炭黑含量为15wt％时,抗弯强度和断裂韧性达到最高值分别为315 MPa和4.85 MPa·m1/2,比未加晶须的SiC陶瓷抗弯强度提高了25％,断裂韧性提高了15％;当炭黑含量为20wt％时,复合材料中残留部分未反应的炭黑,制约其力学性能的提高.

摘要:

为了提高C/C复合材料的抗烧蚀性能,采用反应熔渗法制备Al-Si-C改性C/C复合材料,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱和电子探针分析等手段分析熔剂成分、熔渗温度和气氛等参数对复合材料微观结构的影响。利用氧-乙炔焰烧蚀仪研究Al-Si-C改性C/C复合材料的烧蚀性能、烧蚀行为及机理。结果表明,随着工艺参数不同,反应熔渗法可制备出三类典型的Al-Si-C改性C/C复合材料。在1500℃,氩气气氛中反应熔渗2 h形成了Al+SiC均质改性C/C复合材料；随着熔渗温度的升高(1600℃)和熔渗时间的延长(6 h),形成了Al4SiC4+SiC改性C/C复合材料；在1600℃,真空气氛中反应熔渗6 h形成了SiC+Al梯度改性C/C复合材料( Al含量由内到外递减)。三类Al-Si-C改性C/C复合材料显示不同的烧蚀行为,其中,SiC+Al梯度改性C/C复合材料具有最优的抗烧蚀性能,在2500℃下烧蚀60 s后,样品表面无明显的烧蚀坑,质量烧蚀率分别为-1.0×10-3 g/s和-1.2×10-3g/s。