张国兵
,
郭全贵
,
刘朗
,
史景利
,
翟更太
,
宋进仁
功能材料
功能梯度材料残余热应力的大小及分布对其性能有效发挥及长期稳定使用有着较大的负面影响,为了尽可能充分发挥材料性能,增加材料的使用寿命,需尽可能减小残余应力以及使其合理分布.本文采用ANSYS有限元分析软件对不同叠层工艺参数的等离子体第一壁候选材料--SiC/C功能梯度材料(FGM)的残余热应力进行了数值模拟,获得了使热应力有效缓和的较适宜的工艺参数,对实际研发制备目标材料也可提供一些理论参照.相关结果表明,适量增加梯度叠层数及中间梯度层厚度可逐步有效缓和残余热应力,同时,针对本文今后应用的仍以炭材料为主体的炭基陶瓷保护层复合SiC/C FGM而言,纯SiC层厚度应取较小值,而叠层成分分布指数应取0.8～1.0为宜.
关键词:
SiC/C
,
功能梯度材料
,
残余热应力
,
有限元
张国兵
,
郭全贵
,
刘朗
,
史景利
,
宋进仁
宇航材料工艺
doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2006.z1.014
采用粉末冶金法中的叠层法在2 000℃、40 MPa的热压烧结条件下制备了几类不同层数及成分分布指数的SiC/C功能梯度块体材料(FGM).所得样品的结构扫描图表明材料总体梯度特征显著,相比四层FGM样品,八层(SF8)FGM样品梯度过渡趋于连续,其不同层间层界面相对模糊化,界面处的结合性能良好,与最初设计相吻合;500℃～室温循环淬水实验表明,采用参数优化设计的SF8(P=0.6)FGM有效地缓和了内部热应力,具有良好的抗热震性能.
关键词:
SiC/C复合材料
,
功能梯度材料
,
抗热震性能
,
热压烧结
,
微观结构
张国兵
,
郭全贵
,
刘朗
,
史景利
,
翟更太
,
宋进仁
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2007.12.013
采用粉末冶金法中的叠层法在2000℃,40MPa的热压烧结条件下设计制备了B4C组分含量变化范围为10%～50%(质量分数)的B4C/C功能梯度材料(FGM).同时,为了深入考察B4C/C FGM各叠层的性能,在相同的工艺条件下,制备了对应不同叠层的B4C/C均质复合材料.性能测试表明随着B4C含量的增加,对应B4C/C均质复合材料的密度、强度、电阻率、抗氧化性等性能均呈现单调递增的趋势;同时B4C/C FGM整体表现出低密度和高弯曲强度特征,分别可达2.16g/cm3和138MPa.SEM图和XRD特征曲线表明B4C/C FGM梯度特征显著,抗氧化实验表明B4C/C FGM的抗氧化性也呈现比较明显的梯度变化特征,有望作为抗等离子体、单壁抗氧化等领域用材料.
关键词:
功能梯度材料
,
B4C/C复合材料
,
热压工艺
刘相庭
,
李军平
,
张国兵
,
徐樑华
,
冯志海
宇航材料工艺
doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2014.05.013
在国产T300碳纤维上沉积不同厚度的热解碳形成界面层,通过前驱体浸渍裂解工艺制备“迷你”Cf/SiC复合材料,考察了T300碳纤维在相同工艺过程中其界面层厚度的最优工艺参数,并研究了热解碳界面层与“迷你”复合材料拉伸性能的关联性.采用SEM与Raman手段对Cf/SiC复合材料进行结构表征.结果表明:该复合材料有明显的裂纹偏转,经高温热处理后界面层状结构更加明显,其复合材料的拉伸强度随热解碳厚度的增加其值有先增加后减小的趋势(PyC的厚度在0～150 nm),当界面层厚度约为60 nm时达到最大值(1 385.7 MPa).
关键词:
热解碳
,
T300
,
碳化硅
,
微观结构
,
拉伸性能
李海英
,
高晓晴
,
张国兵
,
郭全贵
,
刘朗
功能材料
将双向拉伸聚酰亚胺(PI)薄膜叠层、压制炭化、高温热处理后制得了高定向石墨材料.借助TG、元素分析、XRD等测试手段分析了PI薄膜层叠成型体在热处理过程中质量、尺寸、化学组成、微观结构的变化.结果表明成型体炭化期间薄膜面向收缩较大,层叠方向尺寸变化不大,对材料进一步加压石墨化后,发现材料沿层叠方向有较大收缩,沿径向收缩较小.XRD分析表明PI薄膜热处理过程中会发生从高分子定向膜到无定型炭,再到高有序石墨结构的转变.经2800℃处理后的材料具有高的取向性和传导性能,四探针法测得样品的电阻率为0.79μΩ·m,根据电阻率与热导率的相关公式推得其热导率为1000～1600W/m·K.
关键词:
聚酰亚胺薄膜
,
炭化
,
石墨化
,
传导性能
孙新
,
李军平
,
胡继东
,
张国兵
,
冯志海
宇航材料工艺
doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2014.04.010
采用前驱体转化法制备Cf/ZrB2-SiC复合材料,对材料的热物理和热震性能进行了研究.采用扫描电镜和X射线衍射分析材料的微观结构及物相变化.结果表明:复合材料在1 700℃热震循环10次材料保持完整,表现出了良好的抗热震性能.通过微观结构分析,高温氧化后生成的多孔SiO2氧化层能够吸收热应力,缓解因热震带来的巨大温度差,ZrB2组元的加入有效地提高了材料抗热震性.
关键词:
Cf/ZrB2-SiC复合材料
,
微结构
,
抗热震性能
赵彦伟
,
孙文婷
,
李军平
,
刘宏瑞
,
张国兵
宇航材料工艺
采用无压反应熔渗法在1 550℃下将熔融Si或Si0.9Zr0.1浸渗入多孔C/C预制体中制备了高致密的C/C-SiC复合材料.系统研究了多孔C/C预制体中酚醛树脂热解碳(PIP-C)和化学气相渗透碳(CVI-C)对反应熔渗Si或Si0.Zr0.1的浸渗行为、反应程度、物相成分和微观组织的影响.结果表明:熔融Si或Si0.Zr0.1完全渗入到相邻碳纤维束间的大孔和碳纤维形成的小孔中,多孔PIP-C/C预制体较易浸渗,且反应较充分,熔渗Si0.9 Zr0.1后复合材料中除了生成大量SiC外,还有少量ZrC和ZrSi2生成,未发现游离Si.多孔PIP-C/C预制体中部分碳纤维与熔体反应,损伤纤维,而多孔CVI-C/C预制体中的沉积碳仅与熔体反应生成了一薄层,很好地保护了碳纤维,保持了碳纤维的高性能.提出反应熔渗制备C/C-SiC复合材料的形成机制:由初期的溶解-沉淀控制和后期的C向SiC层扩散控制为主.
关键词:
多孔C/C预制体
,
C/C-SiC复合材料
,
反应熔渗法
,
微观组织
,
化学气相渗透
张国兵
,
郭全贵
,
赵娟
,
刘朗
,
史景利
,
翟更太
材料科学与工程学报
doi:10.3969/j.issn.1673-2812.2007.01.003
本文采用粉末冶金法中的叠层法在2000℃,40MPa的热压烧结条件下设计制备了无宏观缺陷的几类具有不同叠层数的块体SiC/C功能梯度材料(FGM).所得样品结构的SEM图表明材料总体梯度特征显著,相比四层FGM样品,八层FGM样品梯度过渡趋于连续,其相邻层间界面相对模糊淡化,界面处的结合性能良好,十一层FGM样品梯度过渡更加连续线性,相邻层间界面已基本消失.500℃～室温循环淬水实验和有限元理论模拟均表明八层及大于八层的SiC/C FGM体系有效地缓和了内部热应力,具有良好的抗热震性能.
关键词:
SiC/C复合材料
,
功能梯度材料
,
抗热震性能
,
热压烧结
,
微观结构
