高压扭转半径对SiC_p/Al基复合材料组织和硬度的影响

SiCp/Al复合材料由于耐磨性好、比强度高、热膨胀系数小等优点而广泛应用于航空航天、汽车工业等众多领域。利用高压扭转法制备SiCp/Al复合材料,通过硬度测试和扫描电子显微镜观察金相组织,分析研究不同高压扭转半径对SiCp/Al复合材料组织和硬度的影响。结果表明,随着扭转半径的增大,剪切作用不断增强,等效应变增大,颗粒团聚现象减少,SiC颗粒分布均匀性增加,试样的显微硬度逐渐提高。     

高压扭转制备SiC_p/Al复合材料的断裂行为

为了研究大塑性变形对颗粒增强复合材料断裂行为的影响规律,在不同高压扭转工艺(high-pressure torsion,HPT)工艺参数下制备SiC_p/Al复合材料,测量试样真应力-应变曲线和观察试样的断口形貌,并分析SiC-Al界面的EDS谱。在分析各参数下材料断口形貌和界面原子扩散的基础上,讨论颗粒增强复合材料的断裂机理。研究发现:SiC_p/Al复合材料包含韧性断裂和脆性断裂2种性质的断裂,断口韧窝的大小和数量与材料的工艺参数有关;HPT变形可以有效改善SiC颗粒与Al基体的界面连接强度,提高该类材料的断裂性质。基体内气孔和颗粒与基体间孔隙的连接是金属基复合材料的主要断裂机制。     

SiC颗粒尺寸对高压扭转制备SiCp/Al基复合材料金相组织和显微硬度影响

采用高压扭转法制备不同增强颗粒尺寸的SiCp/Al基复合材料,利用金相观察、显微硬度测试,分析研究不同增强颗粒尺寸对SiCp/Al基复合材料组织和硬度的影响。研究结果表明:SiC颗粒尺寸较小时,在高的静水压力和剪切作用下,颗粒分布均匀性增强。SiC颗粒尺寸增大时,有效的剪切作用易致使自身存在缺陷的SiC颗粒发生断裂破碎,颗粒分布均匀性降低。同一扭转半径处,随着颗粒尺寸的增大,复合材料显微硬度降低。     

粉末冶金法制备SiC_p/Al复合材料的研究现状

详细阐述了SiC_p/Al复合材料的粉末冶金制备工艺,包括混粉工艺(如球料比、球磨时间、球磨机转速),冷压成形(如压制压力、保压时间、静置时间等参数的选择),除气(如除气方法),热固结技术(如真空热压法、常压烧结热挤压法、粉末热挤压法)等;简述了增强体(SiC_p)尺寸、界面对SiC_p/Al复合材料性能的影响以及SiC_p/Al复合材料的强化机制;最后展望了SiC_p/Al复合材料的发展方向。     

无压浸渗制备SiC_p/Al复合材料的力学性能研究

采用无压浸渗法制备出不同SiC粒度组成和硅含量的SiCp/Al复合材料,并对其性能进行测试分析。研究结果表明:SiCp/Al-7Si复合材料硬度比SiCp/Al-12Si复合材料的低,但抗弯强度和断裂韧性比SiCp/Al-12Si复合材料的高,对不同SiCp/Al复合材料的力学性能的影响程度各不相同;粒径小的SiC颗粒有利于SiCp/Al复合材料的硬度、抗弯强度和断裂韧性的提高。当SiC粒度为W7,铝合金中Si含量(质量分数)为7%时,SiCp/Al复合材料的抗弯强度为502MPa、断裂韧性为7.1MPa·m1/2、硬度为66HRA。     

SiC粒径比对SiC_p/Al基复合材料组织及性能的影响

采用高压扭转(high pressure torsion)法将粒径比分别为1:1,1:7,1:21的SiC颗粒和纯铝粉末的混合物固结成金属基复合材料。利用金相显微镜、显微维氏硬度计、万能试验机和扫描电镜研究不同SiC粒径比对SiCp/Al复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明,与SiC粒径比1:1的试样相比,粒径比为1:7和1:21的试样中SiC颗粒分布更加均匀,颗粒间无明显团聚现象;大颗粒加入后对材料硬度的影响较为复杂,1:21试样硬度值最低;材料伸长率分别提高130%和113%,致密度也高于1:1的试样,材料断裂形式为韧性断裂。SiC粒径比为1:7试样的致密度、伸长率高于粒径比为1:21试样,综合性能较好。     

不同粒径的SiC体积配比对SiC_p/Al基复合材料显微组织和拉伸性能的影响

为了研究不同粒径的Si C体积配比对SiC_p/Al基复合材料显微组织及拉伸性能的影响,采用高压扭转法(High-pressure torsion,HPT)将3.5μm(小)、7.0μm(大)SiC颗粒体积比分别为4∶1、1∶1、1∶4的SiC颗粒和纯Al粉末混合物制备成10%SiC_p/Al基复合材料(体积分数)。用金相显微镜、万能试验机、扫描电镜等分析2种粒径的Si C体积比对SiC_p/Al基复合材料显微组织和拉伸性能的影响。结果表明,随扭转半径增大,各试样的SiC颗粒分布更加均匀,颗粒团聚、偏聚现象减少,其中小、大SiC颗粒体积比为1∶1的试样性能最优,伸长率、相对密度最高,分别达到14.3%和99.1%,拉伸断裂形式为塑性断裂。     

等径角挤扭法制备SiC_p/Al复合材料的界面特性

以Al和SiC的混合粉末为原料,采用等径角挤扭工艺制备出含Si C颗粒(体积分数8.75%)的SiCp/Al复合材料,并对其界面情况进行研究。采用X射线光电子能谱(XPS)对制备出的复合材料界面结合处的Si和Al元素的价态进行测定,利用扫描电镜(SEM)和场发射扫描电镜(FE-SEM)观察结合界面。结果表明,SiC的氧化层与Al之间形成了冶金结合界面过渡层,材料界面处的显微硬度从1.73 GPa过渡到0.64 GPa,冶金结合界面使材料表现出优良的耐蚀性,材料的压缩断口界面层为塑性断裂。     

微电子封装用SiC_p/Al复合材料的中温钎焊

选用Al-Ag-Cu和Al-Si-Cu-Ni两种钎料,分析钎料的熔化特性和微观组织,并分别用于钎焊化学镀Ni后的SiCp/Al复合材料,研究其结合机理。结果表明,Al-Ag-Cu和Al-Si-Cu-Ni都具有很好的熔化特性,熔点均在520~530℃之间,具有很窄的熔化温度区间。用这2种钎料钎焊化学镀Ni后的SiCp/Al复合材料时,Ni镀层与Al基体发生反应生成Al3Ni和Al3Ni2化合物层,同时与钎料发生界面反应生成Al-Ni-Cu和Al-Ag-Cu等化合物,从而保证钎焊接头牢固的连接。钎料中的Ag和Cu元素穿过Ni(P)镀层,扩散到Al基体中,形成Al2Cu、Ag2Al等金属间化合物。     

颗粒体积分数对高压扭转的SiCp/Al基复合材料拉伸性能影响

基于高压扭转法制备SiCp/Al基复合材料,采用金相显微镜、室温拉伸性能测试实验并结合断口扫描电镜观察,研究颗粒体积分数对SiCp/Al基复合材料的显微组织和拉伸性能的影响.结果表明:SiC颗粒体积分数越大,剪切应变量越小,SiC颗粒分布越不均匀,团聚越严重.试样抗拉强度和屈服强度随SiC颗粒体积分数的增加而增加,但塑性降低.拉伸断口韧窝尺寸大小不一.高压扭转的SiCp/Al基复合材料断裂属于韧性断裂与脆性断裂混合模式,但随着SiC体积分数越小,材料断口的韧窝和撕裂棱越多,韧性断裂特征变得更为显著.     

无压浸渗法制备高体分比SiCp/Al

采用粉末注射成形/无压浸渗法成功制备出了SiC体积分数为63%的SiCp/Al复合材料．重点研究了主要工艺参数对SiC骨架及复合材料性能的影响规律．研究表明,采用粉末注射成形制备的SiC骨架经1100℃预烧后,仍具有很高的开口孔隙率,达到总孔隙率的97．9%．SiC颗粒经高温氧化处理后所生成的SiO₂薄膜可明显改善铝合金熔液与SiC颗粒之间的润湿性,显著提高复合材料的密度．通过对工艺参数的优化可使铝液较好地润湿SiC骨架,获得最高相对密度可超过97%的复合材料．     

热处理对SiCp/Al复合材料拉伸变形行为的影响

采用压力浸渗法制备SiC体积分数为55%的SiCp/Al-10Si-0.7Mg复合材料.通过拉伸试验和扫描电镜研究不同热处理工艺对该复合材料拉伸变形行为及显微组织的影响.结果表明,热处理对高体积分数SiCp/Al-10Si-0.7Mg复合材料的弹性模量影响很小,但T6热处理可显著提高其在拉伸时的弹性极限,而冷热循环处理可以在T6热处理的基础上进一步提高拉伸弹性极限.高体积分数SiCp/Al-10Si-0.7Mg复合材料的拉伸弹性极限的提高主要是热处理过程中基体铝合金中的固溶和时效强化、残余内应力的消除、位错强化和加工硬化综合作用的结果.     

空气气氛下无压渗透法制备SiCp/Al复合材料的研究

碳化硅颗粒增强铝基复合材料，由于具有高的比强度、比模量、良好的热传导率、可调的热膨胀系数等优异性能，在航空航天、电子封装等领域得到了广泛应用。无压渗透是近年来发展起来的制备这种复合材料的较好方法。我们在综合分析其技术特点的基础上，在空气气氛下制备了不同Si含量的样品。从显微结构分析看，空气气氛下制备铝碳化硅复合材料是可行的，而且Si含量为12％时，渗透较好。     

注射成形与压力熔渗方法制备高体积分数SiCP/Al封装盒体及其导热性能分析

先用注射成形方法制备出SiC预成形坯,然后使用压力熔渗方法将熔融Al熔渗于预成形坯体得到含65%(体积分数)SiC颗粒的SiCp/Al复合材料的封装盒体.SEM分析结果表明,封装盒体中的Al熔渗完全,内部组织均匀,且基本达到完全致密化;XRD分析结果得出,压力熔渗SiCP/Al复合材料中有微量的Al4C3生成,少量Al4C3有利于促进复合材料的导热性能;对于高体积分数SiCP/Al复合材料,界面热阻对材料热导率的影响不可忽略,使用等效粒径和Hasselman-Johnson模型计算本试验制备的SiCP/Al复合材料的界面热阻约为4.68×10-8m2·W/K.     

热挤压对SiC_p/6061Al基复合材料组织和性能的影响

采用粉末冶金法(PM)制备了SiC_p/6061Al基复合材料,并对材料进行热挤压。利用金相显微镜、扫描电镜观察材料的微观组织,分析了材料的物理性能和力学性能,研究了热挤压对复合材料组织和性能的影响。结果表明:对PM法制备的铝基复合材料进行热挤压,可以大大提高复合材料的致密度和力学性能,热挤压后的SiC颗粒分布与挤压力方向趋于一致,在基体中的分布更加均匀。