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C/C-ZrC-SiC复合材料的Si^(2+)离子辐照行为

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材料研究学报 2023年第6期37卷 472-480页

作者：邵萌萌陈招科熊翔曾毅王铎王徐辉中南大学粉末冶金研究院轻质高强结构材料国家级重点实验室长沙410083

用强度为2 MeV的Si^(2+)离子对C/C-ZrC-SiC复合材料进行室温辐照,使用掠入射X射线衍射、拉曼光谱、透射电子显微分析、扫描电子显微分析和纳米压痕等手段研究了辐照前后C/C-ZrC-SiC复合材料的晶体结构、晶格损伤、微观组织结构、表面形... 详细信息

用强度为2 MeV的Si^(2+)离子对C/C-ZrC-SiC复合材料进行室温辐照,使用掠入射X射线衍射、拉曼光谱、透射电子显微分析、扫描电子显微分析和纳米压痕等手段研究了辐照前后C/C-ZrC-SiC复合材料的晶体结构、晶格损伤、微观组织结构、表面形貌及显微力学性能的变化。结果表明:Si^(2+)离子辐照后SiC晶格中产生的应力使晶格膨胀,而ZrC晶格未发生膨胀;辐照后SiC的拉曼峰宽化和偏移在Si-C区域形成新峰,离子辐照诱导ZrC出现的碳空位使其具有拉曼活性,从而出现特征峰;辐照后C/C-ZrC-SiC复合材料的表面形貌没有显著的变化,而ZrC和SiC中碳的原子含量分别提高了37.93%和13.03%;辐照使ZrC中出现大量的间隙缺陷团簇和SiC部分非晶化,且在ZrC与SiC晶粒的交界处出现完全非晶化区域;碳纤维中碳相的ID/IG值与石墨微晶的层面间距增大,热解碳的层状结构被破坏逐渐呈无序化;ZrC、SiC和碳纤维的纳米硬度和弹性模量增大,ZrC的变化最小表明其具有更高的稳定性。

关键词：复合材料 C/C-ZrC-SiC 离子辐照晶格缺陷非晶化微观力学性能

沉积条件对化学气相沉积SiC涂层沉积速率的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第7期53卷 2467-2475页

作者：徐振男张立强陈招科霍皓灵张浩然中南林业科技大学机电工程学院湖南长沙410004 中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083

通过计算流体力学(CFD)仿真软件对大长径比(长度为2250 mm,直径为280 mm)的立式化学气相沉积炉进行有限元建模,仿真分析反应温度、载气H_(2)流量、炉压和基体数量等不同工艺条件对化学气相沉积法(CVD)制备碳化硅(SiC)涂层沉积速率和沉... 详细信息

通过计算流体力学(CFD)仿真软件对大长径比(长度为2250 mm,直径为280 mm)的立式化学气相沉积炉进行有限元建模,仿真分析反应温度、载气H_(2)流量、炉压和基体数量等不同工艺条件对化学气相沉积法(CVD)制备碳化硅(SiC)涂层沉积速率和沉积均匀性的影响。研究结果表明:当反应温度为900~1150℃时,随着温度升高,SiC涂层沉积速率也随之增大;当反应温度为1200~1350℃时,随着温度升高,SiC涂层沉积速率反而降低;当反应温度小于1200℃时,SiC涂层沉积较均匀;当反应温度高于1200℃时,沉积均匀性变得较差;随着炉压增大,SiC涂层沉积速率逐渐降低,均匀性也逐渐变差;随载气H_(2)流量增加,SiC涂层沉积速率逐渐增大,在载气H_(2)流量为1000~1200 mL/min的条件下,SiC涂层沉积比较均匀;随着基体数量增多,SiC涂层沉积速率逐渐降低,且沉积均匀性变差。CVD SiC实验对比验证了有限模型的可靠性。

关键词：化学气相沉积碳化硅涂层沉积速率有限元仿真

梯度分布多层SiC/TaC陶瓷复合界面改性C/C复合材料的微观结构及纳米压痕研究

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材料研究学报 2015年第11期29卷 821-828页

作者：陈招科李斌熊翔中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

用化学气相渗透(CVI)工艺,控制反应气体的流动方向制备出陶瓷相呈梯度分布的多层Si C/Ta C陶瓷复合界面改性C/C复合材料。结果表明,沿着C/C复合材料厚度方向Si C/Ta C陶瓷相的含量迅速减少,界面厚度下降,界面结构则从多层Si C/Ta C层状... 详细信息

用化学气相渗透(CVI)工艺,控制反应气体的流动方向制备出陶瓷相呈梯度分布的多层Si C/Ta C陶瓷复合界面改性C/C复合材料。结果表明,沿着C/C复合材料厚度方向Si C/Ta C陶瓷相的含量迅速减少,界面厚度下降,界面结构则从多层Si C/Ta C层状界面(I区)转变为团簇状Si C/Ta C陶瓷复相界面(II区)和单层Ta C陶瓷界面(III区)。在I区,多层Si C/Ta C陶瓷复合界面由Si C层(i层)、Ta C层(ii层)、镶嵌有Si C颗粒的Ta C复相层(iii层)、镶嵌有Ta C相的Si C复相层(iv层)以及Ta C层(v层)等五个子界面层组成。在II区,陶瓷相不再以层状形式包覆,而是呈团簇状生长在炭纤维表面。本文还探讨了多层Si C/Ta C陶瓷复合界面的纳米压痕硬度和杨氏模量的分布。

关键词：复合材料多层陶瓷复合界面纳米压痕梯度微观结构

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挤压温度对高硅铝合金材料物理性能的影响

机械工程学报 2006年第6期42卷 7-10页

作者：杨伏良甘卫平陈招科中南大学材料科学与工程学院长沙410083

针对航空航天电子封装用轻质高硅铝合金,采用空气雾化水冷与真空包套热挤压工艺相结合的方法,制备了Al-30Si和Al-40Si过共晶高硅铝合金,并通过排水法对其进行了密度测试,同时测定了材料的导热性、气密性和热膨胀系数,得到了挤压温度与... 详细信息

针对航空航天电子封装用轻质高硅铝合金,采用空气雾化水冷与真空包套热挤压工艺相结合的方法,制备了Al-30Si和Al-40Si过共晶高硅铝合金,并通过排水法对其进行了密度测试,同时测定了材料的导热性、气密性和热膨胀系数,得到了挤压温度与其性能的关系。结果表明:利用粉末冶金热挤压技术所制备的高硅铝合金,其致密度高达99．64％;材料的密度随挤压温度的升高而增加;随挤压温度的升高,热导率在104～140 W／(m·K)内变化,热膨胀系数逐渐增加,但均小于13×10-6(在100℃时);材料的气密性达10-9数量级。

关键词：快速凝固真空包套热挤压 A1-Si合金气密性导热性能电子封装

Si含量对油茶果壳基SiC陶瓷的结构及性能影响

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中国粉体技术 2023年第2期29卷 66-73页

作者：张立强林诗力陈招科周峰中南林业科技大学机电工程学院湖南长沙410004 中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083

以油茶果壳、硅粉和酚醛树脂为原料,经热压成型、高温原位反应烧结工艺制备油茶果壳基SiC陶瓷。采用热重-示差扫描量热(thermogravimetric-differential scanning calorimetry, TG-DSC)分析研究油茶果壳粉和酚醛树脂的裂解行为;通过X射... 详细信息

以油茶果壳、硅粉和酚醛树脂为原料,经热压成型、高温原位反应烧结工艺制备油茶果壳基SiC陶瓷。采用热重-示差扫描量热(thermogravimetric-differential scanning calorimetry, TG-DSC)分析研究油茶果壳粉和酚醛树脂的裂解行为;通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、三点弯曲法和阿基米德排水法表征SiC陶瓷物相组成和微观组织,分析SiC陶瓷的抗压强度和孔隙率,基于表征分析结果探讨Si含量对油茶果壳基SiC陶瓷物相组成、微观结构、抗压强度和孔隙率的影响。结果表明:油茶果壳基SiC陶瓷由主晶相β-SiC和游离的Si组成,孔隙结构发达,孔洞呈蜂窝状,大小均匀,孔隙率高(>50%),抗压强度良好(12~18 MPa),随Si含量的增加,孔隙率与抗压强度先增大后减小。

关键词：碳化硅陶瓷油茶果壳抗压强度孔隙率微观结构

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过共晶高硅铝合金的包覆轧制工艺初步研究

特种铸造及有色合金 2005年第2期25卷 73-74页

作者：杨伏良甘卫平陈招科中南大学

对熔铸法制备的Si的质量分数大于 2 6%的高硅铝合金锭坯的后续包覆轧制工艺进行了初步研究。采用包覆轧制 ,对经变质处理后的高硅铝合金进行热轧 ,采用多道次小变形量的方式 ,热轧变形量可大于 60 %而不开裂。冷轧后各试样的轧制总变形... 详细信息

对熔铸法制备的Si的质量分数大于 2 6%的高硅铝合金锭坯的后续包覆轧制工艺进行了初步研究。采用包覆轧制 ,对经变质处理后的高硅铝合金进行热轧 ,采用多道次小变形量的方式 ,热轧变形量可大于 60 %而不开裂。冷轧后各试样的轧制总变形量可大于 90 % ,并借助金相显微镜对该材料各种状态的组织进行了对比分析。结果表明 ,包覆轧制可有效阻止脆性材料裂纹的扩展。

关键词：电子封装变质处理包覆轧制显微组织过共晶

致密化温度及界面类型对SiC_(f)/SiC Mini复合材料结构与力学性能的影响

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粉末冶金材料科学与工程 2022年第4期27卷 389-397页

作者：王铎陈招科何宗倍张瑞谦熊翔中南大学轻质高强结构材料国家级重点实验室长沙410083 中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室成都610213

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。

关键词： SiC_(f)/SiC Mini复合材料化学气相渗透界面致密化温度抗拉强度

石墨烯添加对SiC_(f)/SiC复合材料性能的影响

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粉末冶金材料科学与工程 2022年第3期27卷 294-301页

作者：王徐辉陈招科李国旺苏康毛健熊翔中南大学轻质高强结构材料重点实验室长沙410083

利用刷涂法将石墨烯/SiC浆料引入SiC纤维布层之间,经模具夹持再化学气相渗透SiC后,制备石墨烯改性SiC_(f)/SiC复合材料。利用扫描电镜、三点弯曲测试以及激光热导仪等深入研究浆料中石墨烯的质量分数对SiC_(f)/SiC复合材料微观结构、力... 详细信息

利用刷涂法将石墨烯/SiC浆料引入SiC纤维布层之间,经模具夹持再化学气相渗透SiC后,制备石墨烯改性SiC_(f)/SiC复合材料。利用扫描电镜、三点弯曲测试以及激光热导仪等深入研究浆料中石墨烯的质量分数对SiC_(f)/SiC复合材料微观结构、力学性能和导热性能的影响。结果表明,浆料中石墨烯质量分数为2%时,石墨烯分布最均匀,SiC_(f)/SiC复合材料的热导率最高,为13.14 W/(m·K);随浆料中石墨烯质量分数增加,石墨烯开始团聚,材料致密度下降,热导率随之下降。当石墨烯质量分数为4%时,石墨烯虽出现一定程度团聚,但石墨烯团聚体仍与基体有良好的结合,复合材料具有最高抗弯强度,为328.12 MPa。

关键词：石墨烯 SiC_(f)/SiC复合材料化学气相渗透力学性能热导率

C/C复合材料ZrB_2-SiC基陶瓷涂层制备及烧蚀性能研究

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中国材料进展 2013年第11期32卷 659-664,675页

作者：张天助陈招科熊翔中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083

为提高C/C复合材料的抗烧蚀性能,采用两步刷涂-烧结法制备了ZrB2-SiC基陶瓷涂层。首先利用反应烧结制备ZrB2-SiC-ZrC过渡层,并在此基础上制备了ZrB2-20%SiC-5%Si3N4、ZrB2-15%SiC-20%MoSi2、ZrB2-15%SiC-20%TaC 3种外涂层。利用XRD和扫描电镜研究了涂层的相组成和显微形貌,并采用氧乙炔焰烧蚀仪测试了涂层在2 500℃、60 s的抗烧蚀性能,探讨了涂层的高温烧蚀机理。结果表明:利用反应烧结制备的过渡层与基体结合紧密,且与外涂层无明显分层现象,起到了良好的过渡作用;由于Si3N4及MoSi2起到了烧结助剂作用,使ZrB2-20%SiC-5%Si3N4、ZrB2-15%SiC-20%MoSi2外涂层结构较为致密;ZrB2-20%SiC-5%Si3N4、ZrB2-15%SiC-20%MoSi2涂层表现出了较好的抗烧蚀性能,其中ZrB2-20%SiC-5%Si3N4涂层线烧蚀率及质量烧蚀率分别为0.075 mm/s、0.008 1 g/s,ZrB2-15%SiC-20%MoSi2涂层线烧蚀率及质量烧蚀率分别为0.018 mm/s、0.0064 g/s,而ZrB2-15%SiC-20%TaC涂层由于结构较为松散,未能起到有效的氧化防护,导致涂层被烧穿。

关键词： C C复合材料 ZrB2-SiC涂层刷涂法抗烧蚀