超高温陶瓷材料耐温性能优异, 但本征脆性和较差的抗热冲击性能一直都是限制其进一步工程应用的主要障碍。石墨烯作为一种碳原子排列成蜂窝结构的二维纳米材料, 具有优异的力学、电学和热学性能, 常被作为添加相来改性陶瓷基体, 使其成为陶瓷复合材料中理想的增韧材料, 实现复合材料的功能化和结构化。本文对石墨烯/超高温陶瓷基复合材料的制备工艺、仿生构筑、微观形貌、宏观性能等方面的研究成果进行了全面的综述, 着重论述了石墨烯对超高温陶瓷基体的增韧作用效果及机理、热学性能、抗热震性能、抗氧化性能的影响, 并对目前面临的挑战和未来发展进行展望。

使用自行设计的WC颗粒增强镍基合金粉末, 在煤矿用刮板运输机中部槽上成功制备了Ni50＋WC激光熔覆层, 并对其裂纹敏感性和耐磨损性能进行了测试分析。研究表明, 当合金粉末组成为35% Ni50＋65% WC时, 熔覆层表面及截面组织均不存在明显裂纹, 其开裂敏感性仅为5 mm/cm2; 摩擦磨损实验中, 磨损1 h时熔覆层的磨损失重仅为0.1 mg, 分别是1# 粉末70% Ni50＋30% WC熔覆层与Fe90熔覆层的1/2和1/6。工业应用表明, 相比于传统熔覆材料, 使用35% Ni50＋65% WC粉末制备出的熔覆层耐磨性能更优异、使用寿命更长久。

采用机械合金化和激光熔覆技术制备了NbMoTaW高熵合金粉末及其涂层, 分析了涂层的相结构、显微组织及硬度。结果表明, 粉末由简单BCC结构的超细纳米晶组成; 粉末经激光熔覆后获得了NbMoTaW高熵合金涂层, 涂层主要由富Mo、W的BCC1主相、富Nb、Ta的BCC2相和富Fe相组成, 涂层表面平均硬度达1 560 HV0.1。

为了解决先驱体转化陶瓷法中金属粉末活性填料在制备陶瓷涂层中分散不均的问题,采用激光裂解钛酸四丁酯改性聚二甲基硅氧烷法在金属基体表面制备陶瓷涂层,通过电子显微镜、X射线衍射和X射线光电子能谱等手段,取得了涂层表面并分析了激光裂解钛酸四丁酯改性聚二甲基硅氧烷生成物的组成与结构。结果表明,钛酸四丁酯添加量的质量分数为0.05时,涂层表面不同区域的Ti相对含量均在3%左右,Ti元素在涂层中分布均匀,钛酸四丁酯改性聚二甲基硅氧烷在激光作用下生成的陶瓷涂层主要由晶态的SiC,TiO2,非晶态SiO2,(TiO2)56(SiO2)44以及C6H18OSi2等组成,激光裂解过程中新生的TiO2,(TiO2)56(SiO2)44等陶瓷相对所制备的陶瓷涂层表面孔隙具有填补作用,使陶瓷涂层表面均匀平整致密,孔隙、缝隙基本消失,解决了金属粉末活性填料的分散问题。

考察了不同清洗速度下激光清洗钛合金积碳表面的形貌、元素组成以及相对含量的变化。结果发现: 清洗速度对激光清洗钛合金积碳表面的形貌以及所含的C元素相对含量有很大影响。清洗速度为3.0 cm2/s时, 钛合金表面会出现明显的激光光斑痕迹, 表面出现烧伤现象; 清洗速度为7.0 cm2/s时, 激光清洗表面所含C元素的相对含量为0 Wt%, 激光清洗效果最好。