论文摘要
Nb/Nb5Si3复合材料具有高熔点、低密度和较高的高温强度等优异性能，有望作为高温结构材料被广泛应用于航空航天领域。因此，掌握烧结工艺参数对复合材料组织性能的影响规律，掌握Nb/Nb5Si3复合材料合适的SPS制备工艺，探索该材料的SPS熔铸工艺，研究Nb/Nb5Si3复合材料的强化方法，对促进Nb/Nb5Si3复合材料的发展具有重要意义。本文采用放电等离子烧结技术（SPS）合成了Nb/Nb5Si3复合材料，利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和电子探针微区分析（EPMA）等手段分析所得材料的显微组织结构，研究了烧结参数、SPS熔铸工艺、合金化、碳纳米管对Nb/Nb5Si3复合材料组织和力学性能的影响，取得了如下成果：1、采用SPS原位合成了Nb/Nb5Si3复合材料，材料由Nb和Nb5Si3两相组成，Nb颗粒均匀分布在原位合成的Nb5Si3基体上。研究了烧结工艺参数对Nb/Nb5Si3复合材料组织和性能的影响。结果表明，烧结温度越高、保温时间越长、轴向压力越大，复合材料的组织越致密，硬度越高。2、当SPS烧结温度高于1680℃时，Nb/Nb5Si3复合材料中发现了（Nb+Nb5Si3）共晶组织，出现了熔铸现象。这主要是因为烧结温度高于1680℃时，Nb与Si的合成反应非常剧烈，释放出大量的热量，试样的局部温度急剧升高，使Nb颗粒与Nb5Si3相发生熔化，在冷却过程中凝固形成（Nb+Nb5Si3）共晶组织。3、单独加入Al、Ti、Y2O3等对Nb/Nb5Si3复合材料组织和性能都有一定的影响。Al、Ti含量的增加会降低复合材料的硬度，而适量的Y2O3（低于2wt%）能提高材料的硬度，强化机制为弥散强化。4、多元合金化对Nb/Nb5Si3复合材料的组织和性能都有显著的影响。Cr和W能提高Nb/Nb5Si3复合材料的硬度，随着Cr含量的增加先提高后降低，含量为3at%时达到最大值，随W含量的增加逐渐提高。Cr对复合材料硬度的影响最显著，其次分别为W、Ti、Y2O3，具有较好综合性能的配料方案是Nb-20Si-5Al-15Ti-3Cr-8W-2wt%Y2O3。5、多元合金化对Nb/Nb5Si3复合材料的抗高温氧化性有显著的影响。Cr和Y2O3能提高Nb/Nb5Si3复合材料的抗高温氧化性，随着Cr含量的增加先提高后降低，含量为3at%时抗高温氧化性能最好，随Y2O3含量的增加逐渐提高。Cr对复合材料抗高温氧化性的影响最显著，其次分别为Y2O3、Ti、W，具有较好综合性能的配料方案是Nb-20Si-5Al-15Ti-3Cr-8W-2wt%Y2O3。6、尝试加入碳纳米管来增强Nb/Nb5Si3复合材料，结果表明，随着碳纳米管含量的增加，复合材料的硬度是先增加后降低，碳纳米管添加量为2wt%时硬度最高；碳纳米管添加量超过2wt%时，复合材料中会出现新相Nb4C3；对碳纳米管进行酸处理，反而会降低复合材料的致密度和硬度，不利于发挥其强化作用。
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摘要Abstract第1章 绪论5Si3复合材料的研究背景'>1.1 Nb/Nb5Si3复合材料的研究背景5Si3复合材料的研究现状'>1.2 Nb/Nb5Si3复合材料的研究现状1.2.1 制备方法1.2.2 组织结构和性能的研究1.3 放电等离子烧结的机理和特点1.3.1 烧结机理1.3.2 工艺特点1.4 本课题的研究内容5Si3复合材料的制备与测试方法'>第2章 Nb/Nb5Si3复合材料的制备与测试方法2.1 实验原料与仪器设备2.1.1 实验原料2.1.2 实验设备5Si3复合材料的制备'>2.2 Nb/Nb5Si3复合材料的制备5Si3复合材料的测试方法'>2.3 Nb/Nb5Si3复合材料的测试方法2.3.1 物相分析2.3.2 形貌分析2.3.3 密度测定5Si3复合材料的影响'>第3章 烧结参数对 Nb/Nb5Si3复合材料的影响3.1 实验设计5Si3复合材料的显微结构'>3.2 Nb/Nb5Si3复合材料的显微结构5Si3复合材料的影响'>3.3 烧结温度对 Nb/Nb5Si3复合材料的影响3.3.1 显微结构3.3.2 密度和硬度5Si3复合材料的影响'>3.4 轴向压力对 Nb/Nb5Si3复合材料的影响3.4.1 显微结构3.4.2 密度和硬度5Si3复合材料的影响'>3.5 保温时间对 Nb/Nb5Si3复合材料的影响3.5.1 显微结构3.5.2 密度和硬度3.6 本章小结5Si3复合材料的 SPS 熔铸机理'>第4章 Nb/Nb5Si3复合材料的 SPS 熔铸机理4.1 概述4.2 实验设计5Si3复合材料熔铸组织'>4.3 Nb/Nb5Si3复合材料熔铸组织5Si3复合材料组织的影响'>4.4 SPS 熔铸工艺对 Nb/Nb5Si3复合材料组织的影响4.5 SPS 熔铸机理4.6 本章小结5Si3复合材料的合金化'>第5章 Nb/Nb5Si3复合材料的合金化5.1 概述5Si3复合材料的影响'>5.2 Al 对 Nb/Nb5Si3复合材料的影响5.2.1 显微结构5.2.2 性能5Si3复合材料的影响'>5.3 Ti 对 Nb/Nb5Si3复合材料的影响5.3.1 显微结构5.3.2 性能5Si3复合材料的影响'>5.4 Y2O3对 Nb/Nb5Si3复合材料的影响5.4.1 显微结构5.4.2 性能5Si3复合材料的多元合金化'>5.5 Nb/Nb5Si3复合材料的多元合金化5.5.1 实验方案5Si3复合材料的显微结构'>5.5.2 多元合金化 Nb/Nb5Si3复合材料的显微结构5.5.3 合金化对硬度的影响5.5.4 合金化对抗高温氧化性的影响5.6 本章小结5Si3复合材料的影响'>第6章 CNTs 对 Nb/Nb5Si3复合材料的影响6.1 概述6.2 实验方法6.2.1 复合粉体的制备6.2.2 试样的烧结成型6.3 CNTs 含量对样品组织和性能的影响6.3.1 显微结构6.3.2 性能6.4 烧结参数对样品组织和性能的影响6.5 酸处理的 CNTs 对样品组织和性能的影响6.6 本章小结第7章 结论参考文献攻读硕士期间发表的论文致谢
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