原位Al_2O_3颗粒增强Al-10Si基复合材料制备的研究

基于SiO2/Al-10Si反应体系,通过半固态机械搅拌法及高能超声处理组合工艺,成功制备出Al2O3颗粒增强铝基复合材料。SiO2粉体预处理及铝熔体Mg元素活化有效改善了两者间的润湿性,在转速700r/min、搅拌10min的条件下,可获得SiO2颗粒均匀分布的微观组织;升温后,经过高能超声进一步熔体处理,不仅促进了SiO2/Al的原位置换反应,而且空化消除了残余气体。金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)的分析检测表明,原位生成的Al2O3颗粒均匀地分布于Al-Si合金基体中。     

原位纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备与微结构研究

开发了新型反应体系,以硼砂( Na2B4O7·10H2O)和K2ZrF6粉剂为原料采用熔体直接反应法,在铝熔体中成功制备了原位纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料.借助于扫描电镜( SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等测试方法,对复合材料的相组成和微观组织进行了分析,结果表明反应生成了纳米级γ-Al2O3...     

超声化学原位制备（ZrB2+Al3Zr）p/2124复合材料及其磨损性能研究

在超声场下,以Al-Zr-B为反应体系,采用DMR熔体直接反应法,原位制备二元颗粒ZrB2+Al3Zr增强2124铝基复合材料。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等表征手段,研究了在超声场下二元增强颗粒ZrB2+Al3Zr的形貌、分布及尺寸情况。实验表明,采用DMR法成功制备二元颗粒增强2124铝基复合材料,增强颗粒分为ZrB2和Al3Zr,随着超声场的引入,颗粒呈现逐渐弥散并细化,尤其在1.8kW超声场下,增强颗粒形貌由原来的长条状、团聚态转变为弥散粒状。此外还研究其磨损性能变化规律。     

Al/Al2O3陶瓷基复合材料的研究进展

在综述Al/Al2O3复合材料制备工艺的基础上,提出了将石英玻璃浸入铝镕体中,通过Al向SiO2玻璃中的反应浸渗.制备Al/Al2O3复合材料的新方法.获得了Al与Al2O3相互连通的Al/Al2O3复合材料.由于玻璃具有容易被加工成各种形状零件的特点,通过Al液向致密玻璃坯体的反应浸渗,可以获得近成形的Al/Al2O3复合材料.实验结果发现,由于Al/Al2O3中不存在孔隙,Al/Al2O3的弯曲强度和断裂韧性分别可达430MPa和13MPa·m1/2,其性能优于用Lanxide工艺制备的Al/Al2O3.     

熔体反应渗透形成Al2O3基复合材料的组织结构

运用光学显微镜和扫描电子显微镜对铝熔体分别反应渗透SiO2陶瓷和SiO2 SiC陶瓷预制体形成的Al2O3/Al Si和SiC/Al2O3/Al-Si复合材料的组织结构进行了研究,用X-射线衍射分析了材料的组成.     

铝合金表面覆盖SiO2直接氧化生长的反应机理

通过热力学计算和XRD分析,确定了Al-Mg-Si合金熔体与SiO2表面覆盖反应的生成物相为Al2O3,Al,Si和MgAl2O4,直接金属氧化动力学实验表明,SiO2与熔体的接触反应加快了初期的传质过程,使微观传输通道始终处于活性状态,生成的Al2O3构筑了材料的初始骨架,Al2O3/Al复合材料氧化生长的孕育消失。     

高能超声处理对原位Al3Ti/A356复合材料显微组织和力学性能的影响

采用熔体直接反应法,以工业钛剂和A356合金为反应物,利用高能超声原位合成了Al3Ti/A356复合材料。利用X射线衍射与扫描电镜对该复合材料的微观组织和物相组成进行分析,并通过拉伸实验对该复合材料的力学性能进行测试。结果表明,经过高能超声处理后,复合材料中的Al3Ti颗粒尺寸较高能超声处理前明显变小,分布也更均匀。当超声功率为1.2kW/cm2,超声作用时间为360s时,颗粒尺寸最小,为0.5～2μm。复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到281.83、226.72MPa和5.6%,较未施加高能超声的复合材料分别提高了16.2%、10.3%和33.3%。     

原位反应法制备Al/Al3Ti复合材料组织和性能

本研究采用一种新型的原位反应工艺,使TiO₂粉剂与纯铝熔体反应,生成Al3Ti颗粒,然后采用搅拌铸造法制备Al/Al₃Ti复合材料。生成的Al₃Ti颗粒尺寸细小,为2～3μm,而且分布均匀,与基体结合好。当TiO₂加入量为纯铝基体的30wt%、反应温度为920℃时,复合材料的抗拉强度比纯铝基体提高71.5%,硬度提高134%,而延伸率较纯铝稍有下降。     

磁化学合成Al2O3/7055Al复合材料的微观结构

脉冲磁场下,以7055Al-Ce2(CO3)3为反应体系制备了内生Al2O3颗粒增强铝基复合材料。X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)分析表明,在脉冲磁场作用下,原位合成的颗粒细小,呈球形或橄榄形的Al2O3颗粒尺寸为200～400nm,且弥散分布于基体中。从反应动力学角度进行考虑,与常规反应相比,磁场下反应更快更完全,并缩短了反应时间。随着脉冲磁场强度的增大,反应生成的增强颗粒变得更加细小,分布更均匀。当磁场作用的时间增加时,内生颗粒数目逐渐增多,尺寸逐渐细化,圆钝化,分布也变得均匀,颗粒达到纳米尺寸。     

燃烧合成氮化物陶瓷基复合材料

氮化物陶瓷是应用广泛的特种陶瓷，但传统的氮化物陶瓷烧结方法极为消耗能源、生产周期长、成本高。为降低成本、能耗，采用燃烧合成工艺制备氮化物陶瓷基复合材料，包括氮化钛和六方氮化硼，燃烧合成工艺利用单质元素与氮气反应合成氮化物。研究结果表明：压坏与80MPa N2反应燃烧合成TiN制件致密度约75％，压坯为添加了TiN稀释剂和适量氧化铝的钛粉，压坯孔隙率45％；燃烧合成纯BN制件致密度为68％，BN基制件致密度为78％，压坯为添加了h-BN稀释剂或SiO2添加剂的B粉压坯与80MPa N2反应合成，压坯孔隙率48％；在材料体系中，稀释剂起减小晶粒尺寸和降低燃烧温度的作用，而Al2O3和SiO3添加剂则起提高强度和相对密度的作用。     

脉冲磁场下原位合成TiB2/7055铝基复合材料的组织和力学性能

脉冲磁场下,采用7055-(Al-3%B)-Ti剂体系熔体原位反应法成功制备TiB2/7055铝基复合材料。利用XRD、OM和SEM等测试技术研究了复合材料的相组成和微观组织,同时在电子拉伸试验机上测试了复合材料的拉伸性能。结果表明,磁场作用下,原位反应更快更充分,颗粒分布更均匀,生成的TiB2颗粒呈六边形或多边状,平均尺寸约为600nm,α-Al晶粒细化到约10～20μm,第二相由连续网格状分布转变为非连续性分布。复合材料的抗拉强度从310MPa提高到333MPa,延伸率从7.5%提高到了8.0%。     

20wt% SiO2/Al-Mg复合材料的界面反应及其微结构

采用粉末冶金法制备了20wt%SiO2/Al-Mg复合材料。研究了SiO2和基体元素Al,Mg反应机制,研究表明:在原SiO2颗粒内,形成MgAl2O4,MgO,Mg2Si和少量Al和Si。MgAl2O4呈不规则形状,而且MgAl2O4往往和Al相邻;MgO和Mg2Si形成片层状共析体;经620℃烧结30min,SiO2被完全反应掉。反应生成物Si多数被排到Al基体中;原Al-Mg基体中主要物相为:Al,Mg2Si和Si,Mg2Si颗粒的尺寸小于0.2μm。原Al-Mg基体中,单质Mg已不存在,Mg反应形成Mg2Si。     

脉冲磁场下原位合成TiB2/7O55铝基复合材料的组织和力学性能

脉冲磁场下,采用7055-(Al-3％B)-Ti剂体系熔体原位反应法成功制备TiB2/7055铝基复合材料.利用XRD、OM和SEM等测试技术研究了复合材料的相组成和微观组织,同时在电子拉伸试验机上测试了复合材料的拉伸性能.结果表明,磁场作用下,原位反应更快更充分,颗粒分布更均匀,生成的TiB2颗粒呈六边形或多边状,平均尺寸约为600nm,α-Al晶粒细化到约10～20μm,第二相由连续网格状分布转变为非连续性分布.复合材料的抗拉强度从310MPa提高到333MPa,延伸率从7.5％提高到了8.0％.     

制备工艺对原位合成(Al_2O_3+Si)_p/Al复合材料显微组织影响及体系分析

以Al-SiO_2为反应体系,通过烧结反应原位合成了(Al_2O_3+Si)_p/Al复合材料。研究了第二相含量、烧结时间以及热锻压等工艺对(Al_2O_3+Si)_p/Al复合材料的第二相形貌、尺寸及分布的影响,探讨了原位合成(Al_2O_3+Si)_p/Al复合材料的生成机制。研究表明,Si相含量随着第二相含量的增多而增多且与Al和Al_2O_3相界限相对明显;随着烧结时间的延长,Si相面积相对减小,Al_2O_3相的数量相对增加;锻压后,Si相和Al_2O_3分布更加均匀且尺寸减小。复合材料在液相烧结的过程中,高温下的液相粘性流动以及在原位反应时发生的颗粒重排与固相的溶解和沉淀对材料的致密化产生了较大的作用,当烧结温度达到1000℃时,Al_2O_3颗粒数量、分布情况都得到明显地改善。     

原位ZrB2p/Al复合材料的制备及其力学性能研究

以Al-10%(质量分数)Zr和Al-3%(质量分数)B合金为原料,在高能超声作用下采用熔体直接反应法成功地制备了ZrB2p/Al复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电镜等分析了复合材料的物相和显微组织,并测试了其力学性能。结果表明,经过高能超声处理后,复合材料中的ZrB2颗粒尺寸更小,分布也更均匀。复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到94、81MPa和14.5%,较未施加高能超声场的复合材料分别提高了10.6%、15.7%和16.0%。     

超声外场对SiCp/7085复合材料界面及拉伸性能的影响

为研究超声辅助制备工艺对SiC_p/7085复合材料界面结合及拉伸性能的影响,用机械搅拌、机械搅拌+超声施振、超声施振3种工艺制备体积分数为10%的SiC_p/7085复合材料.采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)研究各工艺对SiC_p/7085复合材料的界面微观组织和拉伸性能的影响.实验结果表明:机械搅拌工艺促进大颗粒(80μm)与熔体结合,但产生了粗大Al4C3界面产物包裹层,且难改善小颗粒(37μm)与熔体界面结合差的问题;超声施振能促进界面反应,生成尺寸细小、排列规整、紧密的Mg O、Mg Al2O4界面强化相覆盖层,有效改善小颗粒与熔体界面结合;相比于7085铝合金,机械搅拌不能改善SiC_p/7085复合材料拉伸性能,而超声施振的加入能显著提升材料拉伸性能.     

原位热压合成Nb掺杂Al2O3/TiAl复合材料

利用Al-Ti-TiO2-Nb2O5体系的放热反应,原位热压合成了Nb掺杂Al2O3/TiAl复合材料.借助DTA结合XRD探讨了Al-Ti-TiO2-Nb2O5体系的反应过程,并采用XRD、OM和SEM研究了复合材料的物相组成及显微结构.结果表明:Al熔化的同时,体系发生了Al和Nb2O5的铝热反应,生成了NbO2和Nb等中间产物,并放出了较多热量,这些热量促使Ti和Al较早化合生成TiAl3,随即引发Al和TiO2较早的还原反应,进而促使材料在较低温度下致密烧结;产物由γ-TiAl、α2-Ti3Al、Al2O3和NbAl3相构成,Al2O3颗粒分布于基体交界处,存在一定的团聚;Nb2O5的引入,对基体γ-TiAl相和α2-Ti3Al相的的分布有一定的影响,使得基体晶粒细化,较好地改善了材料的力学性能.     

超声化学原位合成纳米Al_2O_3/6063Al复合材料组织及高温蠕变性能

为研究纳米颗粒增强铝基复合材料的高温蠕变特性,基于6063Al-Al2(SO4)3体系,采用超声化学原位合成技术,制备出不同Al2O3体积分数(5%、7%)的纳米Al2O3/6063Al复合材料,通过高温蠕变拉伸试验测试其高温蠕变性能,利用XRD、OM、SEM及TEM分析其微观形貌。结果表明:施加高能超声可显著细化增强体颗粒并提高其分布的均匀性,所生成的Al2O3增强颗粒以圆形或近六边形为主,尺寸为20~100nm;纳米Al2O3/6063Al复合材料的名义应力指数、表观激活能和门槛应力值与基体相比大幅提高,均随着增强体体积分数的增加而提高,表明纳米Al2O3/6063Al复合材料的抗蠕变性能提高;纳米Al2O3/6063Al复合材料的真应力指数为8,说明复合材料蠕变机制符合微结构不变模型,即受基体晶格扩散的控制;纳米Al2O3/6063Al复合材料的高温蠕变断口特征以脆性断裂为主,高应力下形成穿晶断裂,低应力下形成沿晶断裂和晶界孔洞;纳米Al2O3/6063Al复合材料的主要强化机制为位错强化与弥散强化。     

Sialon-SiC材料的氮化热力学研究

以金属Al粉、Si粉、SiO2 粉及SiC颗粒为原料 ,在常压氮气及 14 5 0℃～ 15 5 0℃的氮化烧结条件下 ,可获得以 β Sialon为结合相的Sialon SiC复相材料。研究结果表明 :凝胶注模坯体经脱脂处理后可形成贯通的微小孔隙 ,提供了氮气进入坯体的通道 ,使氮化反应充分进行。控制氮化温度为 14 5 0℃～ 15 5 0℃及氧分压PO2 为 10 - 1 8.8～ 10 - 1 7.6 MPa,可使金属Al形成AlN及Al2 O3,成为β Sialon物相组成Si3N4 Al2 O3 AlN SiO2 所需的成分。尽管氮化试验的气体中氧分压远大于 10 - 1 7.6 MPa ,使部分AlN氧化为Al2 O3和N2 ,但氧化过程产生的N2 又使坯体该部位孔隙中的氮分压提高、氧分压降低 ,使Al2 O3与AlN达到热力学共存状态。     

新型Ti_3AlC_2-Al_2O_3/TiAl_3复合材料的组织结构与性能

利用Al-TiO2-TiC体系,通过机械球磨和反应热压制备出Ti3AlC2与Al2O3两相原位内生成增强TiAl3金属基复合材料。借助DSC、XRD、SEM和TEM研究了复合材料的反应机制、显微组织、力学性能及抗氧化性能。结果表明,球磨50h后的复合粉末经1 250℃/50 MPa保温10min烧结后可得到组织均匀细小且致密的Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料,其密度、维氏硬度、室温三点弯曲强度、断裂韧性及压缩强度分别为3.8g/cm3、8.4GPa、658.9 MPa、7.9 MPa·m1/2和1 742.0 MPa,1 000℃的高温压缩强度为604.1 MPa。Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料的增韧机制主要包括Ti3AlC2和Al2O3颗粒的剥离、Ti3AlC2相导致的裂纹偏转和桥接以及Ti3AlC2颗粒的变形及层裂。Ti3AlC2-Al2O3/TiAl3复合材料在700~1 000℃温度区间内生成的氧化层虽不致密,但仍表现出优异的抗高温循环氧化性能。