FRACTURE BEHAVIOUR OF FUSED QUARTZ PARTICULATE COMPOSITES

本文研究了熔融石英颗粒复合材料的力学行为。结果表明,这种复合材料的弹性模量和断裂表面能与弥散于基体中的颗粒体积分数成正比,而断裂功随颗粒体积分数呈指数增加。认为颗粒与基体间弱界面的解聚是熔融石英颗粒复合材料韧化的原因。复合材料的弯曲强度与颗粒体积分数成反比,这是因为视为准裂纹的弱界面,其密度随颗粒体积分数而增加的缘故。抗热冲击损伤参数(R″″),随颗粒体积分数呈指数增加,颗粒体积分数越多,材料的抗热冲击性越好。     

TiB2/Al复合材料的冲击韧度

在示波冲击试验机上测试了LSM法制备的不同体积分数的TiB2／Al复合材料的冲击功，使用SEM观察了冲击断口的表面形貌，结果表明：冲击功随TiB2体积分数的增加而增加；复合材料的断口是一种颗粒的脆性破坏与铝合金基体的韧性破坏共存，强界面与弱界面共存的混合型断口。     

镀TiC金刚石/铝复合材料的界面及热膨胀性能

采用气压浸渗法制备高体积分数的镀TiC金刚石/铝复合材料,通过SEM和EDS等手段对复合材料的断口形貌进行分析,并研究TiC镀层对复合材料界面和热膨胀性能的影响。结果表明:TiC镀层改善金刚石颗粒与铝合金基体之间的选择性粘结现象,断裂方式以基体断裂为主。部分TiC会被氧化成TiO2并与铝合金基体反应生成Al2O3,从而实现金刚石颗粒与铝合金基体之间良好的界面结合;TiC镀层有效地降低复合材料的热膨胀系数(CTE),增强复合材料热膨胀性能的稳定性。在体积分数相同的情况下,CTE随金刚石颗粒尺寸的减小而减小。     

电子封装用金刚石/铝复合材料的显微组织与热膨胀性能

在金刚石表面镀钛改善金刚石与铝合金之间的界面结合,并用气压浸渗工艺制备镀钛金刚石颗粒增强铝基复合材料。对复合材料的显微组织进行了研究,测试了复合材料的热膨胀系数。结果表明,镀钛金刚石颗粒与铝合金基体之间界面结合良好,材料的断裂以基体断裂为主,同时存在一定量的界面断裂;选用形貌规则的金刚石有利于提高复合材料中金刚石的体积分数,从而降低复合材料的热膨胀系数。     

SiCp/Al复合材料导热性能的数值模拟

采用有限元方法对SiCp/Al复合材料的导热性能进行了数值模拟,建立了平面四颗粒和多颗粒随机分布复合材料测试模型,研究了颗粒体积分数、颗粒粒径、颗粒形貌以及基体对复合材料导热性能的影响.结果表明,SiCp/Al复合材料的热导率随SiC颗粒体积分数增加而下降;复合材料热导率随颗粒粒径的增大而稍有变化;球形颗粒复合材料热导率高于方形颗粒复合材料热导率,ZL101基体复合材料热导率高于ZL102基体复合材料热导率.     

SiCw和纳米SiCp混杂增强铝基复合材料的制备与评价

采用湿成型法制备了体积分数可以调节的碳化硅晶须与纳米碳化硅颗粒混杂的预制块,确定了挤压铸造法制备混杂增强铝基复合材料的工艺参数.通过扫描电镜和透射电镜分析发现:复合材料中晶须与纳米颗粒分布均匀,并与基体合金的界面结合良好,无界面反应物和孔洞;与基体合金相比,混杂增强复合材料的抗拉强度和弹性模量明显增高,延伸率降低;在晶须体积分数一定时,随纳米SiC颗粒体积分数的增加,复合材料的抗拉强度升高.     

颗粒对铝基复合材料热残余应力的影响

采用有限元方法对SiCp/Al复合材料制备冷却后的热残余应力进行了数值模拟,建立平面应力单颗粒及多颗粒复合材料几何模型,研究了颗粒形貌及体积分数对复合材料热残余应力的影响。结果表明,复合材料中颗粒和基体的界面附近存在较大的热残余应力,球形颗粒模型热残余应力比方形颗粒模型热残余应力小,多颗粒模型中应力分布较复杂,复合材料热残余应力随颗粒体积分数增加而增大。     

颗粒尺寸对SiCp/Mg复合材料热膨胀性能的影响

设计并采用真空气压浸渗法制备了不同颗粒尺寸的高体积分数SiCp/AZ91D镁基复合材料,研究了颗粒尺寸对镁基复合材料热膨胀性能的影响.结果表明,改变颗粒尺寸是调节镁基复合材料热膨胀性能的一种非常有效的手段.相同体积分数复合材料的热膨胀系数随颗粒尺寸的减小而逐渐降低,不同体积分数的SiCp复合材料的热膨胀系数与复合材料的界面面积成反比关系;减小颗粒尺寸与提高颗粒体积分数一样,能有效降低复合材料的热膨胀系数;颗粒尺寸对镁基复合材料热膨胀性能的作用机制主要是通过复合材料的界面面积、致密度及其镁基体的位错密度来实现的.     

原位亚微米MgAl_2O_(4(P))/Al-Mg-Si复合材料的组织及拉伸性能研究

采用半固态机械搅拌结合高速剪切工艺,以亚微米SiO_2颗粒与熔体原位反应制备了不同MgAl_2O_4体积分数(0.5%、1%、2%、3%)的亚微米MgAl_2O_4(P)/Al-Mg-Si复合材料,分析了该复合材料的显微组织及相组成,并研究了MgAl_2O_4体积分数对该复合材料显微组织及拉伸性能的影响。结果表明:亚微米SiO_2颗粒与基体合金原位反应生成粒径相似的亚微米MgAl_2O_4颗粒,基体则由α-Al、Mg_2Si及Si相组成。MgAl_2O_4颗粒对α-Al晶粒具有细化作用。随MgAl_2O_4体积分数的增加,该复合材料的抗拉强度提高,伸长率降低,断裂方式由基体脆韧混合断裂转化为基体脆韧混合断裂与增强颗粒团聚脆断相结合。     

(TiB_w+TiC_p)/Ti复合材料的高温拉伸力学行为与失效机理

采用真空感应熔炼技术制备不同体积分数(TiB_w+TiC_p)/Ti复合材料,研究该系列复合材料在600~750℃高温拉伸力学行为。结果表明:(TiB_w+TiC_p)含量由0增加到7.5%(体积分数)时,(TiB_w+TiC_p)/Ti复合材料基体初始β晶粒和α片层得到显著细化;TiB_w及TiC_p的原位生成显著提高了基体合金的抗拉强度,并随(TiB_w+TiC_p)体积分数的增大而增大;随着拉伸温度升高,(TiB_w+TiC_p)/Ti复合材料抗拉强度降低而塑性增加,TiB_w及TiC_p对基体的强化作用主要源于细晶强化、载荷传递强化;(TiB_w+TiC_p)/Ti复合材料在600~700℃的断裂机制为TiB_w和TiC_p的断裂在750℃为增强相与基体间界面脱粘。     

TiC增强高锰钢基复合材料的组织与磨料磨损性能

采用凝固析出方法制备了不同体积分数TiC增强的高锰钢基复合材料,系统研究了复合材料的显微组织和磨料磨损性能。热处理后,复合材料由奥氏体和TiC两相组成,TiC颗粒均匀分布在高锰钢基体中,颗粒与基体界面清洁。磨料磨损实验表明,TiC颗粒的引入提高了复合材料耐磨性能。然而,复合材料的耐磨损性能随着TiC体积分数的增加而降低。研究结果表明,随着TiC体积分数的提高,陶瓷颗粒尺寸增大且部分形成团簇,陶瓷颗粒在磨损过程中发生破碎从而提高磨损率。     

真空热压SiC_p/2024Al复合材料力学性能与显微结构

采用真空热压法制备了体积分数为30%的Si Cp/2024Al复合材料,研究了该复合材料的显微组织结构及力学性能。结果表明,复合材料组织致密,颗粒与基体界面结合状况较好,Si C颗粒在铝基体中基本上分布均匀。经490℃、2 h固溶处理和170℃、8 h人工时效后,Si Cp/2024Al复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为409 MPa、325 MPa和4.9%,基体中存在大量的纳米析出相为S'(Al2Cu Mg)。随Si C颗粒加入,复合材料力学性能提高,其断裂方式为基体开裂和界面处撕裂。     

SiC颗粒增强铜基复合材料热残余应力的数值模拟

利用有限元方法建立轴对称模型分析了SiC颗粒尺寸、体积分数以及温度对铜基复合材料热残余应力的影响.结果表明,随温度的升高,残余应力很快增大;随SiC颗粒尺寸和体积分数的增大,残余应力均呈增大趋势.基体受残余拉应力,颗粒受残余压应力,在结合界面处存在最大残余拉应力.     

SiCp／Mg-6Al-0．5Mn复合材料的组织与力学性能

采用压力浸渗制备了体积分数为51.5%的SiCp/Mg-6Al-0.5Mn镁基复合材料.通过力学性能测试与组织观察,研究了高体积分数SiC颗粒增强体对基体合金的显微组织与力学性能的影响.结果显示,在Mg-6Al-0.5Mn基体合金中加入体积分数为51.5%的SiC颗粒后,复合材料的压缩性能得到了大幅度的提高,室温下的抗压缩强度从329.5 MPa增大到624.8 MPa.SiCp/Mg-6Al-0.5Mn复合材料的组织致密,分布均匀,其断裂方式包括界面脱开、基体韧断和增强体开裂.SiC颗粒与基体之间发生了界面反应,生成了纳米级的Mg2Si化合物.     

微米级SiC颗粒对铝基复合材料拉伸性能与强化机制的影响

为了研究微米级碳化硅颗粒(SiCp)尺寸对中体积分数SiCp增强铝基复合材料的拉伸性能与强化机制的影响,用粉末冶金工艺制备体积分数为30%的SiCp/2024Al复合材料,利用OM,SEM,万能材料试验机等对材料微观结构和拉伸性能进行了研究。结果表明,复合材料的拉伸强度随着SiCp尺寸的减小而增大。当SiCp尺寸为3μm时,复合材料的断裂主要以界面处的基体合金撕裂为主;当SiCp尺寸为25μm和40μm时,复合材料的断裂以SiCp解理断裂为主;当SiCp尺寸为8μm和15μm时,复合材料的断裂方式是以界面处的基体合金撕裂和SiCp的断裂共同作用。3μm SiCp增强复合材料相对密度不高、SiCp分布不均匀但其拉伸强度最大,主要原因为受力时小SiCp极少断裂和小颗粒效应导致基体的显微组织强化。     

横向压缩载荷下CF/Al复合材料微观损伤演化与断裂力学行为

针对真空压力浸渗制备的单向碳纤维增强铝基复合材料(CF/Al复合材料),采用细观力学数值模拟和实验相结合的手段研究了其在横向压缩载荷下的损伤演化与断裂力学行为,并分析了界面结合性能和纤维体积分数对复合材料横向压缩力学性能的影响。结果表明:基于纤维对角正方形分布RVE建立的细观力学有限元模型,可以较好地计算预测复合材料横向压缩变形力学行为。压缩变形初期界面首先发生损伤和失效现象,进而诱发界面附近基体合金的局部损伤;随压缩应变增加,界面和基体损伤逐渐发展并导致纤维的失效,复合材料横向压缩断口呈现出界面脱粘和纤维断裂共存的微观形貌。复合材料横向压缩弹性模量和极限强度随着界面强度增大而增大,而受界面刚度的影响较小;在相同界面性能条件下,复合材料横向压缩极限强度和弹性模量均随纤维体积分数的增大而减小。     

金刚石/碳化硅/铝复合材料的热膨胀性能

采用气压浸渗法制备金刚石/碳化硅/铝复合材料,研究复合材料的断口形貌以及界面反应,测试复合材料的热膨胀性能。结果表明:金刚石表面Ti镀层使得其选择性粘附不同于未镀钛金刚石的,而在各个面上均粘附有Al,金刚石与基体间有着良好的界面结合,断裂方式以基体断裂为主,其界面反应后,Ti以Al3Ti和Ti-Al-Si等金属间化合物的形式析出,提高金刚石/铝界面的结合强度,降低复合材料的热膨胀系数;随着金刚石颗粒粒径的增大,金刚石和碳化硅颗粒间粒径比的增大增加了整个复合材料的体积分数,从而降低了其热膨胀系数;金刚石颗粒粒径增大导致热膨胀系数升高。这两方面共同影响复合材料的热膨胀系数,但前者起主导作用;金刚石和碳化硅在不同配比下的热膨胀系数随着复合材料中碳化硅含量的增加逐渐增大,Terner模型与Kerner模型的计算平均值能较好地预测实验结果。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的显微组织与力学性能

采用压铸浸渗法制备了体积分数为50%的SiC/Al-5.3Cu-0.8Mg-0.6Ag-0.5Mn耐热铝基复合材料.通过拉伸测试与组织观察,研究了高体积分数SiC颗粒增强对基体合金的显微组织与力学性能影响.结果表明,在基体Al-5.3Cu-0.8Mg-0.6Ag-0.5Mn合金中掺入高体积分数的SiC颗粒后,复合材料的时效硬化与拉伸性能得到了大幅度的提高,185 ℃峰时效处理后的抗拉强度从356 MPa增大到520 MPa.SiC/Al-5.3Cu-0.8Mg-0.6Ag-0.5Mn复合材料的组织致密,分布均匀,其断裂方式包括界面脱开、基体韧断和增强体开裂.高体积分数SiC颗粒的增强并不改变基体合金的时效析出过程,析出相由Ω相和少量θ＇相组成,但SiC颗粒与基体之间发生了界面反应,生成了纳米级的Al4C3化合物.     

SiC对SiC/6066铝基复合材料挤压过程力学行为的影响

利用有限元方法分析了SiC颗粒在不同形状、体积分数时对Al基复合材料挤压过程力学行为的影响,并对试样进行了拉伸试验。结果表明,随着SiC颗粒角度减小,颗粒的应力很快增大,基体的应变呈增大趋势;随SiC颗粒体积分数的增大,颗粒的应力、基体的应变以及该复合材料的弹性模量及屈服强度呈增大的趋势。     

原位TiB2颗粒增强铝基复合材料及其力学性能

对原位反应合成TiB2／A356铝基复合材料微观组织和力学拉伸性能进行了研究。结果表明，原位反应生成的颗粒增强相在复合材料基体中分布均匀，基体与颗粒间的界面洁净。复合材料强度随着颗粒含量的增加显著提高，与基体合金相比，TiB2质量分数为8％的TiB2／A356复合材料强度和弹性模量的提高幅度约为28％，TiB2质量分数为16％的TiB2／A356复合材料强度和弹性模量的提高幅度约为35％。复合材料的断裂主要是由于基体与颗粒界面脱粘，在拉伸应力作用下由此萌生微裂纹并扩展，导致界面处的基体撕裂，从而降低复合材料塑性。