晶须增强铝基复合材料的热压缩变形行为研究

采用试验和数值模拟相结合的方法研究了纵向、横向和倾斜分布的晶须增强铝基复合材料热压缩变形行为.研究表明:SiCw/6061Al复合材料300℃压缩的应力-应变行为与晶须取向角密切相关;在热变形过程中,纵向分布晶须折断严重,导致复合材料表现为应变软化行为;而倾斜于压缩方向30°的晶须折断和转动明显,引起相应复合材料应变软化;横向分布晶须没有转动而折断程度很小,使复合材料呈现出加工硬化行为.     

晶须转动对铝基复合材料热压缩变形行为的影响

采用平面应变有限元方法研究了晶须转动对晶须增强铝基复合材料热压缩变形行为的影响.数值结果表明:晶须转动不仅引起晶须承载能力的下降,而且也影响基体的塑性变形行为,同时复合材料在热压缩变形过程中表现出明显的应变软化行为.数值分析研究进一步证明:晶须转动是复合材料出现应变软化的重要原因.     

SiCW/ AZ91 镁基复合材料及AZ91镁合金的高温变形行为

利用Gleeble-1500 对SiC_W/ AZ91 复合材料和AZ91 镁合金在温度为423～723 K、应变速率为0.002～0.25s-1 、最大应变量为60 %的条件下进行高温压缩变形行为的研究。测试了其真应力-应变曲线, 观察了变形后的显微组织。结果表明: 晶须的转动和折断导致复合材料的应变软化现象较合金明显; 复合材料和合金的应变速率敏感指数(m) 和表观激活能(Q) 均随温度的升高而增大; 晶须的加入细化了晶粒, 使复合材料的m 值比合金高; 同时晶须的加入也限制了位错交滑移和晶界的迁移, 因此复合材料的Q 值比合金高; 压缩变形过程中, 合金和复合材料发生了动态回复和动态再结晶。      

原位生成TiBw/Ti复合材料的微观组织及高温压缩变形过程的演化规律

用粉末冶金原位合成法制备了TiB晶须增强钛基复台材料。利用扫描电镜和X射线衍射方法对经挤压变形后复合材料的微观结构进行了分析。在复合材料中观察到反应生成的TiB晶须。复合材料经过热挤压变形后,TiB晶须沿挤压方向定向排列。对挤压态TiBw／Ti复合材料进行高温压缩变形,TiB晶须在热压缩变形过程中发生转动或折断现象，变形温度越低，晶须折断现象越严重。     

SiCw/Al复合材料的大应变变形和再结晶

研究了对压铸SiCw/Al复合材料进行大应变变形及回复和再结晶的行为。对复合材料的塑性变形研究表明,挤压温度过高导致复合材料表面产生宏观裂纹;包覆挤压可有效地消除表面宏观裂纹;挤压比越大,晶须的定向排列和折断程度越大;提高挤压温度及采用流线型模具可减小晶须折断程度,并可提高复合材料的纵向抗拉强度;提高挤压比不能单调地增大纵向抗拉强度。挤压后T6处理可大幅度提高复合材料的强度。 对复合材料压缩变形时晶须行为研究表明,基体金属不均匀流动导致晶须的转动,晶须转动受晶须排列和晶须与基体的约束影响;晶须的折断是由于晶须与基体变形不协调的结果。 对复合材料的再结晶研究表明,冷变形复合材料基体为形变亚晶,晶内位错呈胞状结构。冷轧15％SiCw/L3复合材料的再结晶起始温度为200℃。高体积分数晶须的存在促进了回复,导致连续再结晶和不连续再结晶同时发生。晶须端部和侧面是有利的非连续再结晶形核场所。与基体金属相比,复合材料的形变织构和再结晶织构被弱化,主要织构组分强度也与基体金属不同。溶质原子使冷变形复合材料的再结晶过程延迟。时效析出相与晶须促进复合材料退火时发生连续再结晶。     

晶须取向对SiCw／Al复合材料切削表面质量的影响

切削与晶须取向方向间的夹角对ＳｉＣｗ／Ａｌ复合材料切削表面质量有很大影响。当切削角为４５°时，晶须拔出和转动现象均较少，复合材料切削表面粗糙度最低。当切削角为１３５度时，晶段转动造成的撕裂破坏程度很大，复合材料切削表面粗糙度最大。     

变形温度对SiCW/6061Al复合材料压缩变形期间基体金属流动和晶须重新取向的影响

借助观察和分析变形前后晶须取向和试样形状的变化，研究了晶须呈定向排列的SiCw/6061Al复合材料压缩变形期间金属流动和晶须重新取向的现象。研究结果表明，由于晶须的定向排列，SiCw/6061Al复合材料压缩变形期间基体金属的流动和晶须的重新取向强烈地依赖于变形温度。在较高温度压缩变形时，基体金属可以更均匀地流动，此时晶须是否发生重新取向与变形时环状和柱状试样的应变场有关；在较低温度变形时晶须不发生重新取向。     

低体积分数SiCp/Al复合材料热变形行为的研究

在Gleeble-3500热模拟实验机上对机械超声搅拌法制备的SiCp/Al复合材料进行高温压缩变形实验,研究其高温热变形行为.变形温度为300～500℃,应变速率为0.0005～0.1 s-1,在实验数据的基础上,引入Z-H参数建立了用于描述复合材料高温热变形行为的本构关系模型.研究表明:流变应力开始随应变的增加而增大,出现峰值后逐渐减小并趋于平稳,表现出流变软化特征;应力峰值随温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大.     

40vol%SiC_P/2024Al复合材料的动态压缩性能

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)研究了40%体积分数的SiCP/2024Al复合材料和基体材料2024Al在不同应变率下的动态压缩性能。在高应变率动态压缩时该复合材料与2024Al均表现出应变率不敏感,复合材料屈服应力高于2024Al;与2024Al的应变硬化性能不同,复合材料表现出应变软化性能。利用扫描电镜(SEM)观察动态压缩后复合材料试件的微观组织,发现试件内部出现一些孔洞、微裂纹以及一些增强颗粒的破碎等损伤现象,并且在较高应变率下基体呈现出明显的热软化甚至发生局部熔化,由此判断,在高应变率下SiCP/2024Al复合材料宏观应变软化的机制为内部损伤及基体热软化。将SiCP/2024Al复合材料与2024Al经400℃下烧蚀3 h后自由冷却至室温,利用SHPB再次进行测试,与烧蚀前的测试结果相比,2024Al的性能明显下降,而复合材料的性能变化较小,表现出比基体材料更好的抗高温稳定性能。     

SiC晶须对SiCw/6061Al复合材料拉伸和压缩变形行为的影响

通过试验研究了SiCw/6061Al复合材料和6061Al基体的拉伸和压缩变形行为.结果表明,SiCw/6061Al复合材料和6061Al的拉伸变形行为相同,而压缩变形曲线上出现应力峰,这与不同应力状态下SiC晶须的转动有关.拉伸时SiC晶须逐渐转向与外力平行方向使SiCw/6061Al复合材料的应力增大,而压缩时SiC晶须转向与外力垂直方向使其应力减小,而不是由动态再结晶引起.     

晶须增韧陶瓷刀具材料的R曲线与增韧机理的关系

采用维氏压痕／断裂压力法对Al₂O₃／SiC_w陶瓷刀具材料的裂纹扩展阻力曲线进行了测试．结果表明,裂纹扩展量较小时,R曲线较陡;裂纹扩展量较大时,R曲线趋于平缓．通过裂纹扩展量参数λ的计算,定量地分析了Al₂O₃／SiC_w陶瓷刀具材料的增韧机理,当裂纹扩展量小于参数λ时,晶须桥接是断裂韧性提高的主要原因;而裂纹扩展量大于λ时,晶须拔出是重要的增韧机制;裂纹的偏转对断裂韧性的提高也是有贡献的．     

晶须改性二苯甲烷型双马来酰亚胺树脂体系复合材料的研究

以硼酸铝晶须、钛酸钾晶须为增强剂 ,以N ,N′ -二胺基二苯甲烷型双马来酰亚胺(BMI) /O ,O′ -二烯丙基双酚A(BA)体系作为基体 ,采用浇注成型工艺制备了晶须增强热固性树脂基复合材料。分析了浇注体的弯曲、冲击断口微观形貌图 ,并对晶须和玻璃布复合增强树脂体系作了初步研究。     

压铸态SiCw/6061Al复合材料中弹性模量的不均匀性

借助图象仪与扫描电镜联机系统，测量压铸态SiCw/6061Al复合材料中的晶须取向分布。基于剪滞后模型及晶须的实际分布情况，分析复合材料弹性模量的不均匀性，采用超声声速法，测量复合材料的弹性模量。结果表明，压铸态复合材料中晶须在垂直压铸方向具有一定择优取向性，晶须体积分数越高其择优取向程度越明显，从而造成复合材料各向弹性模量的不均匀性，试验结果与理论计算基本吻合。     

水热法合成羟基磷灰石晶须的工艺研究

纳米羟基磷灰石（HAP）增强聚合物基复合材料是替换硬组织的最理想材料，是植入材料的研究重点之一。为了制备与天然骨结构非常相似的复合材料，必须首先制备出性能优良的的纳米HAP粉体。对水热法制备HAP纳米晶须的工艺进行了研究，研究了反应时间、温度、起始反应物的浓度、钙磷比以及反应体系的pH值对合成HAP纳米晶须形貌的影响。用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和红外光谱（FT-IR）法，对制备的羟基磷灰石进行了表征和分析。结果表明：生成的HAP晶须的长度及长径比随反应时间的延长而增大。温度〈150℃时，得到HAP晶须；温度〉180℃，则得到细小HAP晶体的聚集产物。当反应物的pH=9时，得到的是缺钙型的HAP；当反应物的pH〈4时，产物中出现新相磷酸氢钙；当pH=2时，得到纯的磷酸氢钙。     

基体合金种类对SiCw／Al复合材料拉伸性能的影响

对SiCw/LD2、SiCw/LC9复合材料进行了热挤压加工并沿其纵向进行了拉伸对比试验。结果表明:SiCw/LD2的抗拉强度为590MPa,而SiCw/LC9复合材料的抗拉强度高达750MPa。SEM分析发现,上述两种复合材料均为切应力作用下的韧窝形断口,但SiCw/LD2的断口有明显的晶须拔出。低于临界长径比的晶须被拔出是SiCw/LD2断裂的主要形式;高于临界长径比的晶须被拉断是SiCw/LC9断裂的主要形式;基体合金的不同导致了复合材料具有不同的晶须临界长径比,这也是SiCw/LC9复合材料较SiCw/LD2复合材料有更高抗拉强度的根本原因。     

Al2O3/TiB2/SiCw三元复合材料的力学性能及显微结构

以Al₂O₃为基体,SiC晶须和TiB₂颗粒两种增韧剂,采用热压烧结工艺制备了Al₂O₃/TiB₂/SiC_w三元复合陶瓷材料。研究了热压工艺参数对材料致密度的影响和晶须含量对该复合材料的力学性能和显微结构的影响。结果表明;随晶须含量的增加,该复合材料的热压温度和保温时间需要相应的增加;晶须拔出、裂纹偏转和晶须的桥接为该复合材料的主要增韧机理;随晶须含量的增加,该材料的室温断裂韧性增加;该材料的断裂韧性随温度的升高而呈增大趋势,并且晶须含量越高,材料的高温断裂韧性增幅越大。     

硼酸铝晶须氮化特性研究

针对硼酸铝晶须增强铝基复合材料的界面反应问题,经热力学预测,首次提出对硼酸铝晶须进行氮化处理这一新工艺。采用Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）研究了硼酸铝晶须的氮化特性。实验结果表明：硼酸铝晶须中已渗入氮元素;同时,硼酸铝晶须中硼元素向ＢＮ转变。硼酸铝晶须的氮化反应受扩散控制,为一热激活过程,其反应活化能为３０６．３４ｋＪ／ｍｏｌ。     

AlN晶须的形貌及取向

利用VLS法制备了AlN晶须,观察了诸如生长“小山”、堆垛等各种晶须形态．对AlN晶须的取向进行了研究,发现了一些不同于密排面的生长面,诸如{101n}（n＝1,2,3）．对AlN晶须的生长机制进行了初步探索,验证了螺旋位猪生长机制,并提出了斜生长机制,从而解释了VLS法制备的AlN晶须无[0001]取向的问题     

SiC晶须特性对复合材料力学性能的影响EI

鉴于Ｓｉｃ晶须特性和Ｓｉｃ晶须增强复合材料制作工艺对加工后复合材料的强度和韧性具有相当的影响，本文根据国内外有关Ｓｉｃ晶须增强陶瓷基和铝基复合材料的理论和实验数据，以国产ＢＰ－ＳｉＣ晶须及国外的几种晶须为例，对晶须的长径比、直径、直晶和弯晶、晶型、表面物理形貌和化学性质以及颗料含量与复合材料力学性能的关系进行了分析和评述。     

碳化硅晶须增强铝复合材料的精密切削研究

对挤压铸造法制造的碳化硅晶须增强铝复合材料(SiCw/Al)进行的精密切削研究结果发现;一方面这种复合材料对刀具磨损较为严重;另一方面复合材料切削表面质量主要取决于进给速度,随进给速度提高,复合材料表面质量下降。研究还发现由于复合材料切削过程中特殊的金属去除机制,使复合材料切削表面均产生残余压应力。