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多元合金-碳化物粘结相对金刚石复合材料组织的影响

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复合材料学报 2023年第7期40卷 4173-4183页

作者：邱天旭张伟刘咏中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

金刚石复合材料在加工、钻探等领域应用广泛,提高材料中金刚石骨架的结合强度是重要研究方向。以Co_(50)Ni_(40)Fe_(10)多元合金-碳化物替代纯Co作为粘结相,在高温高压条件下制备了金刚石复合材料,结合热力学计算研究了多元合金和碳化... 详细信息

金刚石复合材料在加工、钻探等领域应用广泛,提高材料中金刚石骨架的结合强度是重要研究方向。以Co_(50)Ni_(40)Fe_(10)多元合金-碳化物替代纯Co作为粘结相,在高温高压条件下制备了金刚石复合材料,结合热力学计算研究了多元合金和碳化物对材料组织的影响。结果表明:相比于Co,Co_(50)Ni_(40)Fe_(10)多元合金具有更强的促进C原子迁移和扩散的能力,能加快金刚石骨架的形成。高温高压条件下,WC中C含量轻微增加,对金刚石骨架的形成影响不大;TiC轻微失C,能在一定程度上促进金刚石骨架的形成;Cr_3C_2分解产生的C能促进金刚石骨架的形成。

关键词：多元合金碳化物热力学聚晶金刚石金刚石骨架

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实用型数值回归法在三元铝合金互扩散系数计算中的应用

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金属学报 2016年第8期52卷 1009-1016页

作者：刘远荣陈伟民汤颖杜勇张利军中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

制备了bcc结构Al-Fe-Mn和fcc结构Al-Cu-Ni三元铝合金单相固态半无限长和有限长(或薄膜型)扩散偶,通过EPMA测得相应成分-距离曲线,并采用实用型数值回归法计算了相应合金体系1273 K时随成分变化的互扩散系数,所得结果均满足热力学稳定条... 详细信息

制备了bcc结构Al-Fe-Mn和fcc结构Al-Cu-Ni三元铝合金单相固态半无限长和有限长(或薄膜型)扩散偶,通过EPMA测得相应成分-距离曲线,并采用实用型数值回归法计算了相应合金体系1273 K时随成分变化的互扩散系数,所得结果均满足热力学稳定条件.基于所测得互扩散系数及Fick第二定律,重现了实验测定的成分-距离曲线,证实了所获得互扩散系数的可靠性.进一步分析结果表明,该实用型数值回归法不仅可以高效准确地计算单相三元扩散偶随成分变化的互扩散系数,还能很好地解决传统方法不能处理的情况,如扩散通道上无交点的扩散偶和有限长(或薄膜型)扩散偶等.

关键词：铝合金扩散互扩散系数数值回归法

炭／炭复合材料不同刹车速度下摩擦磨损性能的研究

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无机材料学报 2006年第3期21卷 651-658页

作者：于澍黄伯云熊翔张传福中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

对等温CVD和热梯度CVD沉积所得不同结构的炭／炭复合材料,不同刹车速度下的摩擦磨损性能进行了研究．其中等温CVD所得的a、b材料分别是粗糙层结构和光滑层结构,热梯度CVD沉积所得的c材料是前两者的混合结构．摩擦试验在实验室规模的MM-1... 详细信息

对等温CVD和热梯度CVD沉积所得不同结构的炭／炭复合材料,不同刹车速度下的摩擦磨损性能进行了研究．其中等温CVD所得的a、b材料分别是粗糙层结构和光滑层结构,热梯度CVD沉积所得的c材料是前两者的混合结构．摩擦试验在实验室规模的MM-1000 摩擦试验机上进行．试验表明:随着刹车速度的增大,a材料的摩擦系数随着速度的提高而不断上升,在15m·s-1处达到峰值,然后下降趋于一稳定值;b、c材料的曲线变化比较一致, 在20m·s-1处均出现峰值,然后摩擦系数下降趋于一稳定值．无论何种材料,当摩擦系数峰值出现时,距摩擦面1mm、外径3mm深处的温度均显示在250℃左右．随着刹车速度的增加, 炭／炭复合材料的磨损加大,但速度达30m·s-1时的氧化失重均<28m·s-1的氧化失重．

关键词：热解炭微观结构刹车速度摩擦面

MSI工艺制备C／SiC复合材料的氧化动力学和机理

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无机材料学报 2007年第6期22卷 1151-1158页

作者：闫志巧熊翔肖鹏黄伯云中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

以针刺整体炭毡为预制体,采用CVD+MSI工艺制备了C/SiC复合材料,借助XRD和SEM研究材料的微观组织,通过等温氧化失重和非等温热重分析研究材料的氧化反应动力学和反应机理.结果表明:MSI工艺所制备的C/SiC材料致密度高,物相组成为类石墨结... 详细信息

以针刺整体炭毡为预制体,采用CVD+MSI工艺制备了C/SiC复合材料,借助XRD和SEM研究材料的微观组织,通过等温氧化失重和非等温热重分析研究材料的氧化反应动力学和反应机理.结果表明:MSI工艺所制备的C/SiC材料致密度高,物相组成为类石墨结构的C、反应生成的SiC和残留Si.其等温氧化反应机理:第1阶段为反应控制,第Ⅱ和Ⅲ阶段为扩散和反应共同控制;材料的非等温氧化过程呈现自催化特征,氧化机理为随机成核,氧化动力学参数为:lgA=8.752min^(-1),E_a=169.167kJ·mol^(-1).与C/C材料相比,C/SiC材料有较差的低温氧化性能和稳定的高温氧化性能,这与MSI的工艺特征密切相关.

关键词： C/SiC复合材料熔硅浸渗 C/C复合材料氧化动力学和机理热重分析

不同基体炭结构的炭/炭复合材料在制动过程中的温度场研究

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无机材料学报 2009年第1期24卷 133-138页

作者：徐惠娟易茂中熊翔黄伯云雷宝灵中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

利用有限元热分析软件仿真了三种不同基体炭结构的炭/炭复合材料在制动过程中瞬态温度场,并通过模拟制动试验进行了验证,对比仿真计算结果与实验测试结果表明:三种样品的温度场仿真结果与实验结果基本吻合,在轴向方向存在明显的温度梯度... 详细信息

利用有限元热分析软件仿真了三种不同基体炭结构的炭/炭复合材料在制动过程中瞬态温度场,并通过模拟制动试验进行了验证,对比仿真计算结果与实验测试结果表明:三种样品的温度场仿真结果与实验结果基本吻合,在轴向方向存在明显的温度梯度,具有树脂炭基体的样品的温度场变化与具有粗糙层热解炭基体的样品类似,但树脂炭基体的样品的最高温度及温度梯度大于粗糙层热解炭基体的样品,而光滑层热解炭基体的样品在刹车过程中的最高温度均低于粗糙层热解炭和树脂炭基体的样品,达到最高温度的速度远远落后于前两种样品,且其温度梯度最小.炭/炭复合材料在制动过程中的瞬态温度场分布与材料的摩擦磨损性能及热传导性能密切相关,制动功率大会导致材料的摩擦表面温升高,达到最高温度的时间缩短;材料的导热性能好会导致热量的传递速度加快,使温度梯度减小.

关键词：炭/炭复合材料基体炭温度场制动

液相浸渍C/C复合材料反应生成TaC的形貌及其形成机制

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无机材料学报 2005年第5期20卷 1195-1200页

作者：闫志巧熊翔肖鹏李江鸿中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

采用Ta有机溶剂浸渍C/C复合材料,经固化、热处理制备C/C-TaC复合材料.研究发现:在2MPa浸渍压力下,Ta有机溶剂易于浸渍C/C复合材料和固化;1500℃热处理后,Ta有机溶剂全部转变为TaC,其尺寸细小,结晶度高,呈颗粒状或聚集成团簇均匀分布在... 详细信息

采用Ta有机溶剂浸渍C/C复合材料,经固化、热处理制备C/C-TaC复合材料.研究发现:在2MPa浸渍压力下,Ta有机溶剂易于浸渍C/C复合材料和固化;1500℃热处理后,Ta有机溶剂全部转变为TaC,其尺寸细小,结晶度高,呈颗粒状或聚集成团簇均匀分布在热解炭层面上;1800和2000℃热处理后的TaC形貌与1500℃热处理后的相似,Tac颗粒无明显长大现象.Ta有机溶剂转化生成Tac的机理研究表明:热处理过程中,Ta有机溶剂先生成中间相的氧氟化钽,转变为Ta2O5后,再与C还原-化合生成TaC.

关键词： C/C复合材料液相浸渍 TaC 形貌

锆英砂包埋石墨法制备ZrC-SiC复合涂层

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无机材料学报 2010年第1期25卷 41-46页

作者：杨鑫黄启忠常新苏哲安张明瑜周乐平金谷音中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

采用锆英砂包埋法,在石墨表面制备了ZrC-SiC复合涂层,利用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱等分析手段,研究了涂层的形貌和结构,并通过热力学计算分析了复合涂层的形成过程.结果表明:复合涂层主要由ZrC和SiC相组成,局部存在SiC晶粒.由内向外... 详细信息

采用锆英砂包埋法,在石墨表面制备了ZrC-SiC复合涂层,利用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱等分析手段,研究了涂层的形貌和结构,并通过热力学计算分析了复合涂层的形成过程.结果表明:复合涂层主要由ZrC和SiC相组成,局部存在SiC晶粒.由内向外,复合涂层形成了明显的双层结构,且主要由SiC富集内层和ZrC外层组成,热力学计算结果表明,包埋过程中各还原产物生成温度段的不同是复合涂层形成双层结构的主要原因,由于包埋过程中形成的中间相液Zr能流动封填涂层中存在的裂纹孔洞等缺陷,故反应后能制得致密的ZrC-SiC复合涂层.

关键词：石墨抗氧化涂层 ZrC SiC

耦合物理场CVI制备炭/炭复合材料及其机理

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无机材料学报 2005年第5期20卷 1201-1207页

作者：谢志勇黄启忠苏哲安张福勤黄伯云中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

用液化石油气作碳源、炭毡作增强体,在坯体中埋置导电层诱导产生温度场和电磁场梯度,在自行设计的多元耦合物理场CVI炉中制备C/C复合材料,用偏光显微镜观察热解炭的显微结构,用XRD表征了材料的石墨化度和微晶尺寸等结构参数,所有样品均... 详细信息

用液化石油气作碳源、炭毡作增强体,在坯体中埋置导电层诱导产生温度场和电磁场梯度,在自行设计的多元耦合物理场CVI炉中制备C/C复合材料,用偏光显微镜观察热解炭的显微结构,用XRD表征了材料的石墨化度和微晶尺寸等结构参数,所有样品均为一次性沉积所得,其增密曲线是采用把坯体密度与在线电阻进行拟合所得.研究了沉积温度、碳源气体分压对增密速度和材料结构的影响;并对物理场的耦合机理和热解炭的沉积机理作了探讨.研究表明,多元耦合物理场CVI工艺增密速度快,沉积20h,试样的密度达到1.71g/cm3;除了能获得中等织构的光滑层(SL)和带状结构的热解炭,还可获得高织构的粗糙层结构(RL)热解炭,在2300℃、2h热处理后,其石墨化度达到77%以上.

关键词：耦合物理场CVI C/C复合材料微观结构快速增密机理

化学气相反应法制备SiC涂层对C/C复合材料力学性能影响

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无机材料学报 2011年第3期26卷 233-238页

作者：苏哲安杨鑫黄启忠黄伯云张明瑜黄艳中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

采用化学气相反应法在C/C复合材料表面制备了SiC涂层,利用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱等分析手段研究了涂层的形貌和结构,并采用三点弯曲试验研究了材料的力学性能,讨论了SiC涂层及制备工艺对复合材料断裂行为的影响.结果表明:涂层后... 详细信息

采用化学气相反应法在C/C复合材料表面制备了SiC涂层,利用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱等分析手段研究了涂层的形貌和结构,并采用三点弯曲试验研究了材料的力学性能,讨论了SiC涂层及制备工艺对复合材料断裂行为的影响.结果表明:涂层后材料的弯曲强度和最大断裂位移明显增大.未涂层C/C复合材料的平均弯曲强度为172.4MPa,而涂层后C/C复合材料的平均弯曲强度为239.8MPa,弯曲强度提高了39.1%.涂层试样强度的提高主要与制备过程中部分蒸气扩散渗透反应引起的界面强化及SiC颗粒的增强作用有关.此外,涂层后材料的断裂模式未发生明显转变,断裂过程中试样表现出一定的假塑性和韧性断裂特征.

关键词： C/C复合材料抗氧化涂层 SiC