三维网络SiC陶瓷/高铬铸铁复合材料性能研究

作     者：景胜 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：桑可正

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：三维网络 复合材料 铁涂层 界面 力学性能 结构组织 

摘      要：三维网络结构陶瓷/金属复合材料已得到越来越多的重视,其中三维网络碳化硅陶瓷/铸铁复合材料以其优异的耐磨损性能在耐磨材料中得到广泛的应用。然而,碳化硅与铁在高温下发生剧烈的碳化反应,对复合材料的性能极其不利。因此,通过陶瓷表面金属化来抑制界面反应是改善复合材料性能的有效途径。本课题首先通过添加硅溶胶和氧化铝等烧结助剂制备碳化硅陶瓷,并对陶瓷进行结构组织和力学性能分析;然后制备碳化硅泡沫陶瓷,在较低的温度下通过化学气相沉积法在陶瓷表面沉积铁涂层,防止制备复合材料时界面处发生碳化反应;随后采用真空消失模铸造法制备三维网络碳化硅陶瓷/高铬铸铁复合材料;最后研究界面的结合情况,分析讨论涂层对复合材料性能的影响。研究取得如下结果:(1)碳化硅陶瓷的制备及性能研究通过添加烧结助剂制备碳化硅陶瓷的最佳烧结工艺为:烧结温度1480℃,保温3h,硅溶胶添加量占助剂的质量百分比为40%。所得实体陶瓷的气孔率为28.4%,体积密度为2.2g/cm3,抗弯强度为68.4MPa。在烧结助剂的作用下,碳化硅陶瓷颗粒通过玻璃相连接,棱角尖锐的碳化硅颗粒有所钝化,有少量的碳化硅被氧化成氧化硅。(2)铁涂层的制备及微观分析在碳化硅陶瓷表面采用化学气相沉积法制备铁涂层的工艺是:沉积温度650℃,保温时间1h,氢气流量150m L/min,氩气流量200m L/min。在该工艺下制备的铁涂层厚度均匀、连续且致密。通过对涂层的物相分析可知,铁层与碳化硅发生了微量反应,达到了反应润湿的效果。(3)复合材料的制备及界面结构和性能检测对有、无涂层的复合材料进行对比可知,两种情况的复合材料密度大致相同,无涂层复合材料的抗弯强度值小于有涂层的复合材料。复合材料金属基体的断口形貌中出现大量河流状花样,断裂方式为解理断裂;复合材料碳化硅陶瓷的断口形貌中出现陶瓷颗粒拔出后留下的孔洞,断裂方式为沿晶断裂。复合材料断裂过程中,裂纹首先从结合较弱的界面处产生,界面结合的好坏直接影响着复合材料的力学性能。对复合材料进行磨粒磨损测试,无涂层复合材料的耐磨性能劣于有涂层的复合材料。