关键词： 碳化硅晶须   碳化硅颗粒   扫描电子显微镜   分散剂  

摘要： 在碳化硅晶须合成过程中,由于多种原因会有大量的碳化硅颗粒生成,影响碳化硅晶须的纯度。由于碳化硅晶须与颗粒性质的相似性,在提纯前的分散尤为重要,本文以稻壳合成晶须和颗粒为研究对象,系统考察了各种药剂体系和各种操作条件对碳化硅晶须与颗粒体系分散性能的影响规律性。

关键词： 碳化硅晶须   C/C复合材料   SiC涂层   力学性能  

摘要： 以三氯甲基硅烷(CH3SiCl3,MTS)为先驱体原料,采用化学气相沉积法(CVD)在C/C复合材料表面原位生长碳化硅晶须(SiCw)及制备SiC涂层,研究SiCw对SiC涂层微观形貌,织构及力学性能的影响。结果表明:SiCw不仅可促成SiC等轴颗粒的细化、生长完善,裂纹宽度减小、偏转明显,而且可使涂层的织构发生改变;同时,大量的空洞在SiCw处形成,使得内层SiC涂层硬度低于外层,从而导致整个SiC涂层的硬度和弹性模量降低。

关键词： 聚丙烯   碳化硅   导热复合材料   模型拟合  

摘要： 以聚丙烯(PP)为基体,以单一碳化硅晶须(SiCw)、碳化硅颗粒(SiCp)和混杂SiCw/SiCp为导热填料,共混/模压制备PP基导热复合材料。结果表明:同等用量下,混杂SiCw/SiCp填充PP具有比单一SiCw或SiCp填充PP更佳的导热性能,且随SiCw/SiCp用量的增加而增加;当SiCw/SiCp质量分数为50%时,导热性能最佳,其导热系数为0.856 W/(m.K),为纯PP的5倍多。PP的拉伸强度与冲击强度随SiCw/SiCp用量的增加先增加后降低,当混杂SiCw/SiCp质量分数为10%时,力学性能最佳。相比SiCp而言,SiCw更易在PP中形成导热网链。

关键词： 纳米碳化硅晶须   六偏磷酸钠   分散  

摘要： 采用六偏磷酸钠(SHP)作为分散剂,利用沉降法、Zeta电位等研究了纳米碳化硅晶须在水介质中的分散稳定机制,探讨了pH值和分散剂对纳米碳化硅晶须分散行为的影响。结果表明:纳米碳化硅晶须的分散行为遵循静电稳定机制,pH值在沉降时间为30 min左右对纳米碳化硅晶须的分散性和稳定性有较大影响,在pH=10处纳米碳化硅晶须有较好的分散效果。六偏磷酸钠可较好地分散纳米碳化硅晶须。当六偏磷酸钠含量为0.8 mg/mL,沉降时间为22 h时,相对沉降高度可达96%,其主要通过静电作用和空问位阻效应提高纳米碳化硅晶须的分散性。

关键词： 碳化硅晶须   C/C复合材料   稀释气体流量   催化剂   沉积温度  

摘要： 以三氯甲基硅烷(CH3SiCl3,MTS)为先驱体原料,采用化学气相沉积法在C/C复合材料基体上原位生长碳化硅晶须,研究稀释气体流量、催化剂以及沉积温度对碳化硅晶须生长的影响。结果表明:有催化剂存在时可以制备具有较高长径比的SiCw,无催化剂制备的SiC主要以短棒状或球状SiC为主;随着稀释气体流量或者沉积温度的增加,SiCw的产率是先增加、后减少,在1 100℃、载气和稀释气体流量均为100 mL/min时,制备的碳化硅晶须的产率最高,晶须质量最好。

关键词： 微米SiC晶须   六偏磷酸钠   羧甲基纤维素钠   分散  

摘要： 以去离子水为分散介质,六偏磷酸钠(SHP)和羧甲基纤维素钠(CMC)为分散剂,利用沉降法、ζ电位、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、TEM等测试技术研究了微米碳化硅晶须在水介质中的分散稳定机制,探讨了pH值、分散剂种类及含量对SiC微米晶须分散行为的影响机制。结果表明:微米SiC晶须的分散机理为静电稳定机制,pH值、SHP和CMC对微米SiC晶须的分散性和稳定性有较大影响;pH值为11时,微米SiC晶须的分散性和稳定性较好;SHP和CMC含量均为4wt%时,SiC微米晶须悬浮液具有良好的分散性能,分别在沉降时间18.5 h和22 h时相对沉降高度仍达96.89%和98%。六偏磷酸钠的分散机制主要以提高颗粒间的静电斥力为主,而羧甲基纤维素钠则为增大晶须表面的亲水性和提高晶须表面的电位绝对值。

关键词： 碳化硅   无压液相烧结   增强增韧   自润滑   密封环   工业化  

摘要： 碳化硅陶瓷具有比重小、硬度高、比强度高、耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗热震性能良好等特点,被誉为第四代机械密封材料,广泛用于各类特殊工况条件下工业设备和装置的机械密封。目前,工业化生产的碳化硅陶瓷密封环主要采用反应烧结法制备;由于游离硅的存在,反应烧结碳化硅密封环的耐高温性、耐腐蚀性较差,力学性能偏低,对应用环境和工况条件有诸多限制。而对使用温度、耐腐蚀性能等要求较高的密封环则采用无压固相烧结法制备;该烧结方法制得的密封环硬度高、弹性模量大,但抗弯强度和断裂韧性依然较低,且摩擦系数较大,自身组对时磨损量大,在使用过程中的可靠性差,工作寿命较短;此外,该烧结方法还存在烧结温度高(最高达2300℃)、能耗大等问题,较高的生产成本限制了碳化硅密封环的推广应用。由此,国内外众多学者致力于研究低温液相烧结技术制备高强度、高韧性碳化硅陶瓷,并取得一定的成效。但目前低温液相烧结技术的研究基本处于实验室阶段,尚未见其应用于碳化硅密封环的工业化生产。 本文以工业级碳化硅微粉为主要原料,采用无压液相烧结技术开展碳化硅陶瓷的强韧化研究,并应用于碳化硅密封环的工业生产。通过在SiC基体中引入力学性能优异的第二相材料提高其抗弯强度和断裂韧性,以石墨颗粒为添加剂改善SiC复合陶瓷的自润滑性能,实现了高性能SiC密封环的低成本生产。主要研究结果如下： (一)以纳米和微米SiC晶须、纳米SiC、SiB6、TiN颗粒作为第二相材料,系统研究了pH值、分散剂种类及其含量对第二相材料在水介质中分散的影响机制,考察了SiC复合料浆的流变特性、喷雾造粒及复合粉体的成型性能。研究结果表明：1)pH值对微米SiC晶须、纳米SiC晶须和纳米SiC颗粒的分散有一定影响,但随着沉降时间的延长,其影响逐渐变弱;2)六偏磷酸钠对五种第二相材料均具有良好的分散效果,在一定添加量和沉降时间下,第二相材料水基悬浮液的沉降高度均在94.0%以上,六偏磷酸钠主要以提高颗粒间的静电斥力来实现晶须或颗粒的分散;3)羧甲基纤维素钠对微米SiC晶须有很好的分散效果,其添加量为4.0wt%,沉降时间为22.0h,微米SiC晶须悬浮液的相对沉降高度为98.0%,羧甲基纤维素钠主要通过增大晶须表面的亲水性和提高晶须表面的电位绝对值实现分散;4)SiC基复合料浆呈现出剪切变稀特性,具有塑性流体的特征;喷雾造粒后,SiC复合造粒粉具有良好的流动特性和成型性能。 (二)分别以纳米SiB6颗粒、微米ZrB2颗粒、纳米或微米SiC晶须、纳米SiC颗粒／微米SiC晶须、纳米TiN颗粒／微米SiC晶须为第二相材料,采用无压液相烧结技术,制备出SiC/nmSiB6、SiC/μmZrB2、SiC/μmSiCw、SiC/nmSiCw、SiC/nmSiC/μmSiCw、SiC/nmTiN/μmSiCw等六种SiC复合陶瓷,分析了第二相材料对碳化硅陶瓷力学性能的影响规律。研究结果表明：1)第二相材料对碳化硅陶瓷力学性能的影响与其自身材料特性、增强相组成、添加量、烧结制度有关,且对同一陶瓷材料的不同力学性能的影响规律也不尽相同;2)添加纳米SiB6颗粒总体上提高了碳化硅陶瓷的维氏硬度和断裂韧性,而添加微米ZrB2颗粒均能在一定程度上提高抗弯强度、维氏硬度、断裂韧性;3)微米和纳米SiC晶须对碳化硅陶瓷力学性能的影响随添加量增加和烧结温度升高具有不同的变化规律,综合而言,SiC晶须能明显提高碳化硅陶瓷的维氏硬度和断裂韧性,纳米SiC晶须添加量为10wt%时,维氏硬度可达33.6GPa,而微米SiC晶须添加量为30wt%时,断裂韧性可达8.4MPa·m1/2;4)同时引入纳米SiC颗粒和微米SiC晶须后,随着纳米SiC颗粒与微米SiC晶须质量比的增加,复合陶瓷的抗弯强度和维氏硬度总体上呈增加趋势,而断裂韧性则先降低后升高;5)同时引入纳米TiN颗粒和微米SiC晶须后,复合陶瓷的抗弯强度明显提高,而维氏硬度和断裂韧性随烧结温度的升高呈现不同的变化规律,添加2.5wt%纳米TiN颗粒和2.5wt%微米SiC晶须的复合陶瓷抗弯强度可达1123MPa,断裂韧性可达8.9MPa·m1/2。 (三)结合SiC/nmSiB6、SiC/μmZrB2、SiC/μmSiCw、SiC/nmSiCw、SiC/nmSiC/μmSiCw、SiC/nmTiN/μmSiCw等SiC复合陶瓷的力学性能和显微结构,探讨了颗粒、晶须对碳化硅陶瓷的强韧化机制。研究结果表明：1)单独引入纳米SiB6、TiN、SiC和微米ZrB2颗粒时,颗粒通过对基体晶界的钉扎作用,来抑制复合陶瓷晶粒异常长大,形成晶粒尺寸细小、分布均匀的显微结构,降低了陶瓷中晶粒的临界缺陷尺寸;与基体间线膨胀系数失配所产生的残余应力,有效提高了强度;同时产生裂纹偏转和裂纹桥联,提高了断裂韧性;此外合理的晶粒级配改善

关键词： WC-Ni金属陶瓷   放电等离子烧结   超细   立方氮化硼   碳化硅晶须  

摘要： WC-Ni金属陶瓷具有成本低、抗氧化和耐腐蚀性能好等特点，但其抗弯强度和硬度相对于使用传统烧结方法制备的具有相同金属粘结剂含量的WC-Co金属陶瓷的低。目前，解决此问题的方法之一是通过使用快速烧结方法，或添加WC晶粒生长抑制剂的方法制备亚微米、近纳米，甚至纳米WC-Ni金属陶瓷;此外，还可以添加强度/硬度高的第二相材料，直接提高WC-Ni金属陶瓷的强度/硬度。放电等离子烧结（SPS）具有烧结升温速率快、烧结温度低等特点，可以有效抑制晶粒在烧结过程中的长大，是一种制备高性能陶瓷材料的有效方法。论文综合采用放电等离子烧结方法以及添加VC和TaC作为WC晶粒生长抑制剂，成功制备了超细WC-Ni金属陶瓷，并使用X-射线衍射物相分析（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）研究了所制备材料的微观结构，同时研究了材料的抗弯强度和维氏硬度等力学性能。 （1）研究了镍含量对WC-(6-10wt%)Ni金属陶瓷结构和力学性能的影响。X射线衍射物相分析结果表明材料中只存在WC相和Ni相。通过对样品抛光面腐蚀形貌的SEM分析，计算出所制备WC-(6-10wt%)Ni金属陶瓷的WC平均晶粒为330nm;材料中存在大量微孔，但抗弯强度分析测试结果表明这些微孔对材料的强度没有明显的影响;材料的相对密度均大于92%;对材料断口形貌的SEM分析结果表明材料的断裂主要发生在金属粘结相，属WC晶粒的沿晶断裂;所制备的WC-Ni金属陶瓷的粘结相平均自由程约22nm。材料的硬度随金属粘结相Ni的增加而降低，且最大值为2400HV，最小值为1850HV;抗弯强度随金属粘结相Ni含量的增加而增加，且最大值为2100MPa，最小值为1600MPa。 （2）为了改善WC-Ni金属陶瓷的结构和提高其硬度，在制备的超细WC-Ni金属陶瓷的基础上添加了立方氮化硼（cBN），制备了WC-8wt%N-cBN金属陶瓷，并研究了cBN含量对WC-8wt%Ni金属陶瓷结构和性能的影响。X射线衍射分析结果表明材料中只存在WC相，Ni相和cBN相，证明在烧结过程中没有发生cBN的相转变;WC平均晶粒为320nm，且随cBN含量的增加而减小;材料中存在大量微孔，且随cBN含量的增加微孔的大小和数量逐渐减小，材料的相对密度逐渐升高，相对密度最大值达98%;所制备的WC-8wt%Ni-cBN金属陶瓷的粘结相的平均自由程只有22nm;材料的硬度随cBN含量的增加而增加，且均高于WC-8wt%Ni金属陶瓷的硬度，其最大值为3200HV，最小值为2100HV;抗弯强度随cBN含量的增加而降低，且均低于WC-8wt%Ni金属陶瓷的强度，其最大值为1950MPa，最小值为1250MPa。 （3）为了改善WC-Ni金属陶瓷的结构和提高其硬度/强度，在制备的超细WC-Ni金属陶瓷的基础上添加了碳化硅晶须（SiCw），制备了WC-8wt%N-SiCw金属陶瓷，并研究了SiCw含量对WC-8wt%Ni金属陶瓷结构和性能的影响。X射线衍射分析结果表明材料中只存在WC相和Ni相，没有发现SiC相;WC平均晶粒约为300nm，且随SiCw含量的增加而减小;材料中没有发现明显的微孔，所制备的WC-8wt%Ni-SiCw金属陶瓷的粘结相的平均自由程约20nm;材料的硬度随SiCw含量的增加而降低，且当SiCw质量分数为0.75%、1.5%和2.25%时，所制备材料的硬度均大于WC-8wt%Ni金属陶瓷的硬度，其最大值为2550HV，最小值为2150HV;所制备材料的抗弯强度亦随SiCw含量的增加而降低，且均低于WC-8wt%Ni金属陶瓷的强度，其最大值为1600MPa，当SiCw的质量分数达到和超过3.00%时，材料的抗弯强度趋于稳定，此时抗弯强度值约为1000MPa。

关键词： 碳化硅晶须   铝基复合材料   精密加工   微观形貌  

摘要： 通过采用聚晶金刚石PCD刀具对SiCw增强铝基复合材料在精密数控车床上进行加工试验,使用扫描电子显微镜SEM、原子力显微镜AFM和Talysurf-6型粗糙度轮廓仪对已加工表面进行微观形貌检测和分析,并采用EDAX能谱仪对已加工表面进行化学成分分析。结果表明:第三切削变形区中SiCw所处的不同位向与不同种类的已加工表面微观形貌形成高度的关联度,SiCw的位向是直接影响已加工表面质量的重要因素之一。在A～E五大类SiCw的位向中,A类(α=0°)位向最易使SiCw以直接切断型变形,产生最好的表面质量。E类(α=±90°,且β=0°或β=180°)位向最易使SiCw以拔出或压碎嵌入型变形,形成最差的表面质量。

关键词： 碳化硅晶须   催化化学气相沉积   催化剂  

摘要： 以甲基三氯硅烷为原料,FeCl3或Ni(NO3)2为催化剂,采用催化化学气相沉积工艺,在C/C-SiC复合材料表面原位制备出SiC晶须;研究了温度、催化剂对制备SiC晶须的影响。结果表明:1 050℃为制备SiC晶须的最佳温度;FeCl3催化生长的SiC晶须较细,直径为1.5～1.8μm,晶须表面光滑,直晶率高;Ni(NO3)2催化制备的SiC晶须较粗,直径为2.0～2.5μm,晶须表面粗糙,晶须交互生长,弯晶率高;晶须生长机理为气液固(VLS)机理。