摘要：C/C复合材料是一种高性能新型复合材料,但是脆性大、韧性差的缺点限制了其广泛应用。因此,本研究利用化学气相渗透(CVI)法,设计并制备了三种C/C复合材料,基体炭分别为粗糙层、光滑层以及粗糙层/各向同性层带状结构热解炭,研究了C/C复合材料的微观结构、沉积机理、断裂行为和增韧机制。结果表明,三种C/C复合材料的抗弯强度分别为189.1、191.5、233.5 MPa。粗糙层和带状结构炭基体的C/C复合材料为假塑性断裂,而光滑层炭基体的C/C复合材料则是明显的脆性断裂。与粗糙层炭基体的C/C复合材料相比,带状结构炭基体的C/C复合材料通过不同结构热解炭之间的界面滑动,使得应变量增加了约70%,韧性得到了提升。因此,通过控制CVI工艺参数,实现带状结构热解炭制备,可以有效优化C/C复合材料的韧性。

摘要：采用溶胶凝胶干法纺丝-高温烧结的方法制备连续氧化铝纤维,在对前驱体纤维进行预烧结和高温烧结时,利用自行设计搭建的加张烧结装置对纤维施加轴向张力,通过对氧化铝纤维的形貌、成分及组织结构进行表征,并与自由烧结(不加张力)的纤维进行对比,研究张力对烧结过程中氧化铝纤维的热分解、相变、组织结构演变以及性能的影响。结果表明:施加张力可显著提高预烧结纤维和烧结纤维的平直度,促进前驱体纤维中残留物质的分解和脱除;加张烧结可抑制纤维的轴向收缩,加大径向收缩,并促进γ-AlO向α-AlO转变;加张烧结还能改善纤维的晶粒形貌与孔洞分布,促进晶粒生长与晶间孔洞的收缩脱除,促进纤维致密化。相对于自由烧结,施加0.9 MPa轴向张力使得1500℃烧结3 min的氧化铝纤维平均抗拉强度从0.35 GPa提高到1.16 GPa,提高231%。

摘要：利用化学气相渗透(chemical vapour infiltration,CVI)在SiC纤维束中引入PyC(pyrolytic carbon,热解碳)界面和(PyC/SiC)_(3)多层界面,并分别在1050℃和1250℃下对含PyC界面SiC纤维束、1050℃下对含(PyC/SiC)_(3)3多层界面纤维束进行Si C基体增密,制备出不同界面类型和基体结构的SiC_(f)/SiC(continuous SiC fiber reinforced SiC matrix)Mini复合材料。研究界面类型和基体致密化温度对SiC_(f)/SiCMini复合材料微观结构和拉伸断裂行为的影响。结果表明,SiC_(f)/SiC Mini复合材料内部纤维和基体间的界面清晰,界面厚度约300 nm。1050℃致密化的PyC界面SiC_(f)/SiCMini复合材料的抗拉强度为174MPa,脱黏主要发生在基体与界面之间。而(PyC/SiC)_(3)3多层界面SiC_(f)/SiC Mini复合材料抗拉强度达到540 MPa,脱黏主要发生在亚层与亚层之间。PyC界面SiC_(f)/SiC Mini复合材料随基体致密化温度升高,S C基体从细小多孔的针状转变为粗大致密的层片状,晶粒尺寸和结晶度显著提高。1250℃致密化的复合材料的抗拉强度为309 MPa,呈典型的脆性断裂特征。

摘要：本文采用自行设计的电磁场辅助化学气相沉积炉,以丙烯为碳源、氩气为载气,于980~1100℃条件下经10h制备了一种直径约80μm,长度可达220mm的热解炭纤维。通过金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对纤维的表面形貌、微观结构和元素进行分析;采用拉曼光谱对纤维的石墨化度进行表征。结果表明,在电磁场辅助作用下,通过化学气相沉积法在无催化剂的情况下制得了具有珍珠串状的热解炭纤维,纤维由同心炭层构成,围绕纤维中轴有向外排列的热解炭生长锥,且距离中心越远,炭层的石墨化度越低。此外,本文根据表征分析的结果初步探讨了电磁场在诱导热解炭化学气相沉积过程中的作用,并提出了电磁场辅助作用下热解炭纤维的生长机理。

摘要：为提高激光粉末沉积(LPD)制备AlSi10Mg合金的致密度,利用田口方法进行了激光粉末沉积AlSi10Mg合金实验设计,研究了激光能量密度对AlSi10Mg合金致密度的影响,获得了LPD制备高致密度AlSi10Mg合金的能量密度阈值范围。采用扫描电子显微镜(SEM)分析了氧化对激光粉末沉积AlSi10Mg合金致密化的影响,并揭示了LPD制备AlSi10Mg合金的致密化机制。结果表明:激光能量密度在120~140 J/mm^(3)之间时,可以获得高致密的AlSi10Mg合金,致密度在98%以上;氧化膜的存在将降低AlSi10Mg熔液在已沉积层表面的润湿性,熔池内AlSi10Mg熔液不能完全铺展开,导致形成孔洞等缺陷;高激光能量密度可破碎已沉积在AlSi10Mg层表面的氧化膜,使AlSi10Mg熔液能够在已沉积层表面完全铺展。

摘要：相图热力学信息是材料设计和研发的重要基础之一。基于热力学数据库的CALPHAD (CALculation of PHAse Diagram)方法使得多元多相材料的相图热力学计算成为可能。随着材料基因组工程(Materials Genome Initiative, MGI)和集成计算材料工程(Integrated Computational Material Engineering, ICME)的发展,各种材料的热力学数据库及计算软件不断涌现。本文结合本课题组在该方向的研究工作对相图热力学数据库及其计算软件的过去进行了简单回顾,并对现状以及未来的发展趋势进行了讨论。

摘要：采用化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)方法,在具有2.5D浅交弯联结构的SiC纤维管状编织体上预沉积SiC-PyC-SiC多层界面(PyC即Pydrolytic carbon,热解碳),再利用CH_3SiCl_3-H_2-Ar体系对其进行化学气相渗透SiC增密,制备管状SiC_f/SiC复合材料,研究SiC_f/SiC复合材料的物相组成、微观结构、轴向压缩、径向压溃以及环向拉伸等力学性能及其断口形貌。结果表明:SiC_f/SiC复合材料主要由SiC纤维、SiC-PyC-SiC复合界面以及SiC基体组成。SiC-PyC-SiC复合界面中,PyC界面厚度为400~500 nm,SiC界面厚度为700~800 nm,SiC基体主要为β-SiC相。SiC_f/SiC复合材料的密度为2.50~2.58 g/cm^3,开孔率为7.70%~9.10%,轴向抗压强度为53.2 MPa,径向压溃强度为38.18 MPa。轴向压缩时表现为与水平方向成45°方向的剪切破坏,径向压溃时表现为形成4个塑性铰后发生分瓣破坏,断口处明显观察到纤维拔出现象,但拔出不长,表现出"假塑性"特征。SiC_f/SiC复合材料的环向抗拉强度为12.8 MPa,其断口相对较平整,纤维拔出不明显,表现为脆性破坏。

摘要：利用CVI法,在两种不同类型的国产SiC纤维束中引入(PyC/SiC)_4或(PyC/SiC)8多层界面,并进一步致密化,制备含不同纤维种类和界面类型的SiC_f/SiCMini复合材料。研究纤维种类和界面类型对SiC_f/SiCMini复合材料力学性能和断裂机制的影响。结果表明:致密化的SiC_f/SiCMini复合材料已形成一个整体,在纤维和基体连接处可观察到明显的界面层,且界面厚度均匀;A/(PyC/SiC)_4/SiC、B/(PyC/SiC)_4/SiC、A/(PyC/SiC)8/SiC三种SiC_f/SiC Mini复合材料的最大拉伸强度分别达到466,350和330 MPa,最终拉伸应变分别达到0.519%,0.219%和0.330%;拉伸断口均有纤维拔出,且随纤维种类或界面类型不同,纤维拔出长度和断口形貌有所差异。其中A/(PyC/SiC)_4/SiC以ModelⅡ断裂机制发生断裂,B/(PyC/SiC)_4/SiC和A/(PyC/SiC)8/SiC以ModelⅠ断裂机制发生断裂。

摘要：在1Cr13Mo3钢的基础上设计了两种不同成分的合金钢(S1合金钢中添加了0.3%Sn、0.3%Sb和0.4%Cu,S2合金钢中添加了0.6%Sn、0.4%Cu),通过真空悬浮炉熔炼得到铸态合金钢,研究了室温(20℃左右)条件下两种合金在1%、3%和5%三种浓度盐酸溶液中的腐蚀行为,并对两种材料在三种盐酸溶液中的腐蚀性能和腐蚀机理进行研究。结果表明,合金钢S1耐蚀性强于合金钢S2,室温下,随着盐酸溶液浓度增加,铸态合金钢S1、S2的腐蚀电位均正向移动,极化曲线出现钝化区并变窄,极化电阻变小,自腐蚀电流密度增加,腐蚀速率加快;1Cr13Mo3钢中Sn、Sb、Cu的加入相比Sn、Cu的加入更能提高材料在盐酸溶液中的耐腐蚀性能。

摘要：以国产第三代碳化硅纤维(SiC_(f))为增强体,通过化学气相渗透(CVI)工艺在SiC_(f)表面同时沉积热解碳(PyC)和SiC形成共沉积界面层,沉积时间为20~70 min,然后继续沉积SiC制备出致密的Mini SiC_(f)/SiC复合材料,研究复合材料的界面结构和拉伸行为。结果表明:20,40,70 min沉积时间下得到共沉积界面层的平均厚度分别为500,1100,2100 nm,界面层厚度均匀,为单层界面;当共沉积界面层厚度为1100 nm时,Mini复合材料的界面结合强度适中,拉伸强度最大,达到626.0 MPa,对应的断裂应变为0.45%。