关键词： 硬质合金   碳化硅晶须   增韧增强   摩擦磨损   切削性能  

摘要： 硬质合金作为重要的刀具材料,以其高强度、高耐磨性、高腐蚀性和高硬度等优异的性能被誉为“工业牙齿”,在切削工具、矿山工具和石油开采工具中发挥着重要作用。但传统硬质合金刀具的硬度、强度和韧性不能同时达到最优,在同时在切削工具的应用中受到限制,因此探究具有高强度、高韧性的硬质合金刀具材料变得尤为重要。本文针对这一问题采用碳化硅晶须(SiCw)添加到硬质合金基体中以起增韧增强作用,成功制备出强度和韧性等性能都比较优异的硬质合金及刀具。研究了SiCw含量对硬质合金材料微观组织结构、物理力学性能和摩擦磨损性能的影响规律,选取性能优异的硬质合金做成刀具,进行切削实验,研究了切削速度和切削深度对硬质合金刀具切削性能的影响规律。采用低压烧结工艺,成功制备出了SiCw增韧增强的再生硬质合金材料。经物理力学性能测试表明,添加0.5wt%SiCw的再生硬质合金材料的综合性能最优,其密度为14.6g/cm,硬度为1575HV,抗弯强度为2204MPa,断裂韧性为16.85MPa·m。与未添加SiCw的再生硬质合金材料相比,上述的性能分别提高了0.7%,14.4%,12.2%和17.3%。证明了SiCw的加入对再生硬质合金材料起到了良好的增韧增强的效果,原因在于SiCw的加入抑制了WC晶粒的生长,细化了晶粒,并且未引起各组分发生相变;经过SEM对断口形貌观察分析,发现SiCw的加入改变了硬质合金材料的断裂模式。经过摩擦磨损实验研究发现,摩擦副为SiN时,摩擦系数随着SiCw含量的增加先降低后升高,当含量为0.5wt%时硬质合金材料的摩擦系数和磨损量较低,磨损机理为疲劳磨损和氧化磨损。采用真空烧结工艺,制备了SiCw增韧增强的Ti C基钢结硬质合金材料。与未添加SiCw的Ti C基钢结硬质合金材料相比,添加0.5wt%SiCw的钢结硬质合金的综合性能最优。其密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性与未添加SiCw的相比分别提高了0.3%、23.5%、26.3%和19.8%。经SEM和EDS观察分析显示,在晶粒的环形相中检测到了Si元素的存在,说明有少量SiCw溶解在环形相,起到了固溶强化的作用,并且也抑制了Ti C晶粒的生长,达到了细化晶粒的目的。经过SEM对裂纹传播路径观察,晶须的加入使裂纹发生偏转,并且伴有桥接现象,在断口形貌图中也观察到了晶须拔出孔,这都起到了增韧作用。同时,晶须的加入改变了断裂模式,进一步增强了钢结硬质合金的综合性能。摩擦磨损实验结果表明,载荷越大,摩擦系数也越大。并且在50N和60N载荷下,都是添加0.5wt%SiCw的Ti C基钢结硬质合金的摩擦系数较小,耐磨性最好,磨损机理为磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损。最后将性能优异的硬质合金材料做成刀具,对其开展切削性能实验研究,研究不同切削参数对硬质合金刀具切削性能的影响,结果表明两种不同基体的刀具在切削速度为150m/min,切削深度为0.2mm,进给量为0.102mm/r时,切削性能最优。两种基体刀具中添加SiCw后,降低了切削力与切削温度,改善了已加工表面质量,提高了刀具的寿命。

关键词： 氮化硼   碳化硅晶须   硅橡胶   空心玻璃微球   复合材料  

摘要： 近年来，随着现代微电子技术的进一步小型化、高功耗和集成化，散热已成为制约电子工业发展的核心问题。本文以碳化硅晶须、六方氮化硼为导热填料，硅橡胶为高分子基材，制备高导热绝缘硅橡胶复合材料。主要研究内容如下：　　（1）利用γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷（KH560）分别处理碳化硅晶须和氮化硼，得到表面带氨基的碳化硅晶须（NH2-SiCw）和带环氧基的氮化硼（Epoxy-BN），X射线光电子能谱仪（XPS）、热重分析证实了表面处理效果。将NH2-SiCw、Epoxy-BN加入MVQ（甲基乙烯基硅橡胶），研究加工温度、时间对粉体原位反应及复合材料导热系数等的影响，合适的物料温度为140℃，加工时间为15min。随着粉体装载量增大，复合材料的导热系数呈增加趋势，当导热填料装载量为30vol%时，复合材料的综合性能较好，导热系数、拉伸强度、断裂伸长率、体积电阻率分别达到2.23W·m-1·K-1、2.35MPa、44%、3.7×1013Ω·cm。将NH2-SiCw、Epoxy-BN在二甲苯中进行预反应，再填充MVQ，随着预反应时间的延长，材料的导热系数增加，NH2-SiCw和Epoxy-BN之间的反应有利于导热通路的构建。　　（2）BN/SiCw/硅橡胶复合材料中加入空心玻璃微球（HGM），研究导热填料在空心玻璃微球的受限空间内导热路径的构建，以及空心玻璃微球对导热绝缘硅橡胶复合材料的影响。研究加工时间、空心玻璃微球装载量、空心玻璃微球种类对硅橡胶复合材料导热等性能的影响。在空心玻璃微球种类为HGM-1、装载量为20vol%时，复合材料的综合性能较好，体积电阻率为2.9×1013Ω·cm，导热系数达到3.35W·m-1·K-1，比BN/SiCw/硅橡胶复合材料的导热系数提高了50%。受限空间内NH2-SiCw和Epoxy-BN之间的原位反应对复合材料的导热系数提升明显。

关键词： SiCw   原位催化   纳米炭黑   Al2O3-C耐火材料   常温力学性能  

摘要： 碳化硅晶须（SiC）因其具有优异的力学性能,被广泛地应用于高级耐火材料、陶瓷基增强材料、研磨抛光材料、特殊涂层和航天航空材料等。本论文先以Si粉、纳米炭黑、鳞片石墨和膨胀石墨为原料,以Al粉为抗氧化剂,分别以CoO、CrO和Al F·3HO为催化剂,采用原位催化法合成了SiC,在对其原位合成过程热力学分析的基础上,研究了碳源种类、催化剂用量、硅碳摩尔比、反应温度等对SiC合成过程的影响;依据密度泛函理论,探讨了原位催化合成SiC的形成机理。并在此基础上,采用原位催化法制备了SiC增强低碳AlO-C耐火材料,研究了催化剂的种类对所制备低碳AlO-C耐火材料显微结构和常温力学性能的影响。研究结果表明:（1）以Si粉、纳米炭黑、鳞片石墨和膨胀石墨为原料,CoO为催化剂,原位催化合成SiC的最佳工艺条件为:以纳米炭黑为原料,硅碳摩尔比为1:1,CoO的加入量为4 wt%,铝粉添加量为1.5%,1673 K反应2 h。所生成的SiC平均直径为50 nm,长度可达几微米。SiC的生长过程主要由气液固（VLS）生长机理控制。反应体系中引入的CoO先转化为Co,然后Co与反应生成的Si O形成硅钴合金,最后在CO和C的作用下将硅钴合金还原成Co,该循环反应促进了SiC的形成。（2）以Si粉和纳米炭黑为原料,CrO为催化剂,原位催化合成SiC。当CrO的加入量为3 wt%,硅碳摩尔比为1:1时,经1673 K反应2 h所合成的试样中SiC的生成数量优于以CoO为催化剂合成的试样,SiC直径为50-120nm,晶须分布均匀。SiC的生长过程主要由气固（VS）生长机理控制。热力学计算及第一性原理计算结果表明,CrO与CO（g）分子、Si O（g）分子间存在着相互作用和电荷转移效应,削弱了C-O键和Si-O键的结合强度,促进了SiC的形成。同时反应体系中一部分CrO与CO反应生成CrC,然后CrC再与Si O反应生成CrO和SiC,该循环反应进一步促进了SiC的生成。（3）以Si粉和纳米炭黑为原料,Al F·3HO为催化剂,经1473～1773 K反应2 h后原位催化合成了SiC。当Al F·3HO的加入量为2 wt%,硅碳摩尔比为1.2:1,Al粉添加量为1.5%时,经1673 K反应2 h,所合成的试样中SiC的生成数量最多,其平均直径为90 nm,且晶须分布均匀。SiC的生长过程主要由气固（VS）生长机理控制,反应体系中引入的Al F·3HO优先与生成的Si O发生反应形成Si F,其再与Al反应生成Al F,从而促进SiC的形成。（4）以板状刚玉、Si粉和α-AlO微粉为基料,以N220型纳米炭黑为碳源,以Al粉为抗氧化剂,分别以0.2 wt%的CoO、0.15 wt%的CrO和0.1 wt%的Al F·3HO为催化剂,采用原位催化法成功制备了SiC增强低碳AlO-C耐火材料,试样的常温抗折强度分别为18.4 MPa、19.1 MPa和15.9 MPa,比未添加催化剂所制备试样的抗折强度分别提高了35.3%、40.4%和16.9%。

关键词： 石墨烯纳米片   铝锆碳   低碳滑板   碳化硅晶须  

摘要： 通过原子力显微镜和透射电子显微镜表征石墨烯纳米片的形态,并利用X射线衍射、扫描电子显微镜和能谱分析等表征滑板的物相组成和微观形貌,研究了石墨烯纳米片对低碳Al2O3-ZrO2-C滑板结构和性能的影响。结果表明:加入石墨烯纳米片能够填充滑板中的微细孔隙,促进颗粒间碳化硅晶须的形成,有效提升滑板的性能,当加入1.5%的石墨烯纳米片刚玉复合粉替代碳黑后,滑板既有较好的抗氧化性,其强度和抗热震性能也显著提高。

关键词： 无机添加剂   金属锂   预制SEI膜   PVDF-HFP   碳化硅晶须   铜箔  

摘要： 以PVDF-HFP为基质,在铜箔上预制SEI膜,实现金属锂负极安全、稳定的工作。将不同种类和比例的无机添加剂混入基质中,通过对预制SEI膜进行扫描电镜、热重、拉伸、离子电导率等测试,研究了添加剂对预制SEI膜形貌、组成、强度等性能的影响。此外,以涂覆不同添加剂预制SEI膜的铜箔为正极,金属锂片为负极,制备扣式电池,研究了添加剂对预制SEI膜循环性能的影响。结果显示,添加纳米碳化硅晶须时,循环性能最优,较无添加时提升24.7%。添加不同类型的无机添加剂后,PVDF-HFP基质的晶粒尺寸、联结强度和孔结构等发生变化,从而影响基质的强度和离子电导率,基质的热稳定性也有不同程度的降低。

关键词： 环氧树脂   偶联剂修饰   非线性电导特性   击穿场强  

摘要： 在高压电气设备中使用非线性电场梯度绝缘材料可以有效缓解关键位置的电场集中。但具有优异非线性特性的复合介质往往需要掺杂大量无机填料,容易诱发填料团聚及其与基体的相容性差等问题,严重限制了复合介质在高压电气设备中的应用。因此,该文选用碳化硅晶须(SiCw)填充环氧树脂(EP)以改善其非线性特性,同时使用硅烷偶联剂(KH550)修饰SiCw,通过改善填料与基体的相容性进一步优化复合介质的绝缘性能。结果表明,与掺杂未修饰SiCw的复合介质相比,经1%KH550修饰的SiCw填料在基体中的分布更均匀,与环氧树脂的相容性更好。同时,用1%KH550改性的SiCw掺杂的复合材料实现了在低掺杂量下获得显著的非线性特性,并且在较高掺杂量下使击穿强度的下降得到明显的抑制。

关键词： 聚酰亚胺   导热   绝缘   六方氮化硼   碳化硅晶须   复合模压材料  

摘要： 采用固相共混方法将六方氮化硼(h-BN)和碳化硅晶须(SiCw)作为导热填料对单醚酐型聚酰亚胺(PI)模塑粉进行改性,然后通过热模压工艺制备PI导热绝缘复合模压材料,并对其性能进行表征。测试结果表明:h-BN可以有效提高模塑料导热性能、热性能和电绝缘性能,但会降低材料力学性能;SiCw可以有效提高复合材料导热性能、热性能和力学性能,但会显著降低电绝缘性能。将h-BN/SiCw复配使用,在显著提高复合材料导热性能和热性能的同时又可保持其良好的力学性能和电绝缘性能。添加30%(质量分数)h-BN/SiCw(3/1),复合材料导热系数提高至1.21 W/(m·K),是未改性PI材料的4.84倍,弯曲强度为142MPa,体积电阻率为1.27×10^14Ω·cm,线性热膨胀系数(CTE)显著降低为55.6μm/(m·℃)。

关键词： 碳化硅晶须   磷酸钆   相组成   第二相   增韧机理  

摘要： GdPO4是一种极具应用潜力的热障涂层材料,但其断裂韧性有待进一步提升。本文在GdPO4中掺杂SiCw,研究了二者的高温相容性以及反应产物相组成,探究了SiCw掺杂量对断裂韧性的影响。研究结果表明,掺杂有SiCw的GdPO4在高温下发生两相反应:SiCw掺杂量为10 mol%时,反应产物为Gd9.33(SiO4)6O2和SiO2;掺杂量为20 mol%时,反应产物为SiO2、Gd2Si2O7和Gd9.33(SiO4)6O2;更高掺杂量(30 mol%)时,反应产物基本为Gd2Si2O7。反应形成的新相对GdPO4有较明显的增韧作用。当SiCw掺杂10 mol%时,复合材料的断裂韧性比纯GdPO4提高20%左右,达到1.37 MPa•m^1/2±0.1 MPa•m^1/2。韧化机理在于新形成的第二相有助于降低裂纹尖端扩展驱动力且产生细晶强化。此外,反应形成的Gd9.33(SiO4)6O2具有较低的热导率,有利于涂层材料的隔热性能。

关键词： 纳米碳化硅   碳化硅晶须   三元乙丙橡胶   非线性电阻率  

摘要： 采用纳米碳化硅(SiC)或SiC晶须改性的三元乙丙橡胶制备复合材料,研究了SiC用量对复合材料体积电阻率的影响,分析了非线性电阻产生的机理。结果表明,在低场强区(电场强度小于10 kV/mm),复合材料的电阻率随着SiC用量的增加缓慢下降;在高场强区(大于20 kV/mm),复合材料的电阻率随着SiC用量的增加快速下降;SiC用量增大时,SiC粒子间的距离减小,非线性效果增强;采用大长径比的SiC晶须作为改性材料可以降低非线性电阻的临界电场强度。

关键词： 竹节状   碳化硅晶须   吸波性能  

摘要： 采用电磁波吸收材料来降低电磁波对设备的干扰及对人体的伤害,是目前常用的电磁波防护手段之一。特定结构碳化硅晶须作为一种一维介电材料,其优于普通的晶须、块状和颗粒状的吸波性能引起了研究人员的关注。本研究以生竹粉、硅粉和二氧化硅为原料,通过碳热还原法在不同温度下制备了竹节状碳化硅晶须,并对其结构和吸波性能进行了检测分析。结果表明:以1400℃烧结的竹节状晶须制备的试样在厚度为3 mm,频率为9.1 GHz时,最小反射损耗达到-14.4 dB,有效吸收带宽为1.8 GHz,吸波性能最好,具有进一步研究价值。