高硅铝合金及颗粒增强铝基复合材料组织性能的探究

采用真空热压烧结工艺制备Al-30Si合金、30%Sip/Al、30%SiCp/2024Al、30%SiCp/6061Al(均为体积分数)复合材料,测定其热膨胀系数及力学性能。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)对其微观组织结构及断口形貌进行表征,探究了高硅铝合金及颗粒增强铝基复合材料的组织与性能,分析了材料的断裂机制。结果表明:SiCp/2024Al复合材料中SiC颗粒分布均匀,组织致密,综合性能好,热膨胀系数(CTE)为13.69×10-6/K,硬度达到134 HB,极限抗拉强度达353 MPa。SiCp/6061Al复合材料中SiC颗粒分布较均匀,界面结合较好,组织不够致密,有少许孔隙,性能较好。SiCp/6061Al和SiCp/2024Al复合材料的断裂方式都是界面基体的撕裂结合SiC颗粒的断裂。Sip/Al复合材料中Si颗粒分布较均匀,断裂方式为界面脱开,性能较差。Al-30Si合金在烧结过程中形成大量板条状的Si相,性能最差,断裂方式以合金撕裂为主。     

原位合成SiC对铝基复合材料微观组织和力学性能的影响

以铝粉、硅粉、石墨粉为原料, 通过冷压真空烧结原位合成了含不同质量分数SiC颗粒的SiC/Al-18Si复合材料。利用X射线衍射仪, 扫描电子显微镜和能谱分析仪等设备手段表征了铝基复合材料的相组成和微观结构, 研究了原位合成SiC对复合材料微观结构、抗弯强度和显微硬度的影响, 分析了复合材料力学性能的变化规律。结果表明: 复合材料的基体相为Al相, 第二相为Si相和SiC相; 原位合成的SiC颗粒弥散细小的分布在Al基体中, 其颗粒尺寸主要分布在0.2~2.8 μm, 具有亚微米、微米级的多尺度特性; 随着SiC质量分数的不断增加, 复合材料的显微硬度增大, 同时颗粒的平均尺寸仅由0.81 μm增大到1.13 μm, 但仍均匀分布, 正是这种尺寸稳定性, 使得SiC/Al-18Si复合材料硬度远大于Al-18Si; 当SiC质量分数为30%时, 材料的显微硬度最高, 达到HV 134, 相较于Al-18Si提高了88%。     

用反应压力熔渗法制备高含量SiCp/6013Al复合材料及其力学性能

研究了反应压力熔渗法制备高含量SiCp／Al复合材料的工艺过程及其抗弯强度。研究表明：通过适当的粒度配比,可在低温、低压力下熔渗制备组织均匀的高含量SiCp／6013Al复合材料,SiC颗粒含量达到63％;复合材料的强度在很大程度上依赖于SiC颗粒尺寸及界面反应程度,合适的界面结合及细SiC颗粒的掺入有利于复合材料强度的提高,最高可达445MPa。     

SiC粒度及粉末装载量对SiCp/Al复合材料热循环行为及力学性能的影响

选用4种不同粒度的SiC分别与平均粒度为14 μm的SiC粉末混合,混炼后得到4种不同粉末装载量(体积分数)的喂料,采用粉末注射成形方法制备成SiC坯体,再无压熔渗Al～12%Si～8%Mg合金,获得高体积分数SiCp/Al复合材料,研究SiC粉末粒度及SiCp/Al复合材料中SiC的体积分数(即注射成形喂料中SiC粉...     

热压工艺参数对纳米SiC-Al2O3/TiC新型陶瓷刀具材料力学性能的影响

研究了压力、热压温度和保温时间等工艺因素对纳米SiC Al2 O3/TiC系新型陶瓷刀具材料的抗弯强度、断裂韧性和硬度的影响。结果表明 ,对于纳米SiC Al2 O3/TiC系陶瓷复合材料 ,在压力为 30MPa ,热压温度为 170 0℃ ,保温时间为 60min时 ,材料的性能最好     

自蔓延反应涂层法制备SiCp/Al复合材料及性能

对采用铝浴自蔓延反应涂层制备SiCp/Al复合材料的反应机理及与组织演变研究发现：在SiCp/Al表面形成TiC和Ti5Si3复合涂层，显著改善了SiCp与铝液的润湿性，凝固后的SiCp/Al复合材料经热挤压可进一步改善界面状态和界面结合。对它的力学性能和摩擦磨损性能研究表明：由于SiCp的加入对弹性模量的影响与其它方法制备的SiCp/Al复合材料相同，因此可通过降低反应程序，以便提高材料的力学性能。SiSp/Al复合材料摩擦性能主要取决于SiC颗粒的粒度及含量。     

固溶时效对高体积比SiCp/6013Al复合材料导热性能及强度的影响

研究了固溶时效对高体积比SiCp/Al复合材料的导热性能及抗弯强度影响.研究发现热处理改变了复合材料SiCp/Al 界面结合状况,提高了导热性能;同时强化了基体合金,改变了SiCp 颗粒所受应力状态,提高了复合材料的强度,使高体积比SiCp/Al复合材料的导热系数达到210 W/(m*K),抗弯强度达到519 MPa.     

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。     

SiC_p/Al-30Si复合材料的界面反应机理

利用真空热压法制备25SiCp/Al-30Si复合材料,采用SEM、TEM对SiCp、Sip与基体结合界面及微观组织进行表征,采用XRD分析材料的物相组成。从热力学、界面化学反应及界面润湿原理计算解释SiCp、Sip与基体的结合界面特征。结果表明,Sip/Al界面清晰、平直,表明该界面结合良好,SiC及Si未与基体发生反应。SiC与Al具有如下的匹配关系:[011]SiC//[011]Al(约差1°~2°),(111)SiC//(111)Al,(022)SiC//(022)Al,Al与SiC在{111}、(022)晶面上形成半共格相界。     

碳化硅体积分数对SiCp/Al-30Si复合材料组织与性能的影响

采用真空热压烧结法制备SiC颗粒体积分数分别为20%、25%和30%的SiCp/Al-30Si复合材料。利用扫描电镜对复合材料的微观组织进行表征,并检测其力学性能及物理性能,运用Turner、Kerner理论模型对材料的热膨胀系数进行计算,分析碳化硅体积分数对SiCp/Al-30Si复合材料组织及性能的影响。研究结果表明:随SiC含量的增加,复合材料的组织中会出现SiC颗粒的团聚,使材料的致密度及抗拉强度下降,在50～100℃之间的热膨胀系数降低,其平均值与Kerner模型计算值很接近。     

高增强体含量SiCp/Cu复合材料制备和性能的研究

针对高增强体含量SiCp/Cu复合材料的高致密化问题,提出了理论模型,即采用尺寸比为10∶1的两种SiC颗粒,在适当的配比下可制得高致密度的SiCp/Cu复合材料.采用非均相沉淀包覆法(Heterogeneous precipitation process)(简称包覆法)制得Cu包SiC复合粉体,利用热压工艺制备了含有50%(体积分数)SiC颗粒的SiCp/Cu复合材料.用扫描电镜(SEM)对试样进行断口形貌分析,结果表明,细颗粒SiC可以有效地促进试样的致密化.对试样孔隙度的检测结果表明,随着细颗粒SiC含量的增加,试样孔隙度下降.试验结果很好地验证了理论模型.对试样的硬度、抗弯强度和电阻率的研究结果表明,随着细颗粒SiC含量的增加,试样的抗弯强度和硬度提高,而电阻率的变化不大.     

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。     

12%SiCp/Al复合材料制备工艺及力学性能研究

对碳化硅颗粒进行表面氧化酸洗处理，采用粉末冶金加热挤压工艺制备了12％SiCp／Al（体积分数）复合材料。利用金相显微镜和电镜对微观组织进行了观测，拉伸试验测试复合材料的力学性能。试验结果表明：SiC颗粒在铝基体中分布比较均匀；T6热处理条件下12％SiCp／Al复合材料的屈服强度和抗拉强度分别约为472．4MPa、525．7MPa，伸长率为6．5％，弹性模量为92．7GPa。     

原位生长SiC/MoSi_2复合材料的制备工艺及其力学性能

通过反应烧结成功地制得了in-situ SiC/MOSi_2复合材料,该复合材料的组织均匀致密,相对密度达97.8％,强化相SiC的粒径小于1μm,体积分数为19.8％.复合材料室温抗弯强度为542MPa,断裂韧性5.21MPa·m~(1/2),维氏硬度12.21 GPa;在1200℃和1400℃时的抗压强度为596MPa和175MPa,800℃时的维氏硬度为8.2 GPa.在Al_2O_3和SiC磨盘上表现出优异的耐磨性能。     

热压法制备Mo_5Si_3-Al_2O_3复合材料及力学性能研究

以MoO_3粉、Mo粉、Si粉和Al粉为原料,采用机械合金化结合热压烧结法制备了Mo5Si3-Al_2O_3复合材料,研究了Al_2O_3含量对Mo5Si3-Al_2O_3复合材料微观结构和力学性能的影响。结果表明:复合材料的主要物相组成为Mo5Si3、Al_2O_3和Mo3Si,其平均晶粒尺寸在51~99 nm之间,具有纳米晶结构。Al_2O_3的引入细化了晶粒,提高了复合材料的致密度和力学性能。Mo5Si3-30%Al_2O_3复合材料的致密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为99.6%、13.2 GPa、322 MPa和6.43 MPa·m1/2。     

单一纳米及纳/微米SiC混合颗粒增强铝基复合材料研究

通过真空热压工艺制备了单一纳米及纳/微米SiC混合颗粒增强的Al-Si复合材料,研究了SiC颗粒的加入对复合材料的组织、致密度及硬度的影响。结果表明:纳米SiCp/Al-Si复合材料与基体合金相比晶粒细化,随着纳米SiC含量的增加,纳米SiCp/Al-Si复合材料的硬度、致密度都是先增大后减小,当纳米SiC含量为3%时硬度取得最大值64.4HV,较基体材料提高了28.8%;用扫描电镜对纳/微米SiCp/Al-Si复合材料的组织、形貌进行观察,发现微米SiC颗粒与基体合金结合紧密,界面无明显反应物生成。纳米SiC含量为3%时,随着微米SiC含量的增加,纳/微米SiCp/Al-Si复合材料的硬度、致密度都是先增大后减小,当增强颗粒含量为3%SiCnm+15%SiCμm时硬度取得最大值76.7HV,较基体材料提高了53.4%。     

粉末冶金法制备SiCp/Al-Cu-Mg复合材料的固溶时效行为

通过XRD、硬度和电导率测试对比了不同固溶温度下Al-Cu-Mg合金与SiCp/Al-Cu-Mg复合材料中的析出相。XRD分析表明,经T4处理后,未增强基体铝合金中析出相为Al2CuMg相和CuAl2相,而复合材料中的析出相为CuAl2相和Mg2Si相。由SiC颗粒提供的游离Si与基体中的Mg生成了Mg2Si相,从而提高基体合金中Cu/Mg含量比,进而影响Al2CuMg相的生成。     

(SiCp+C)/MoSi2复合材料的组织结构及力学性能

通过热压烧结工艺制得了(SiCp+C)/MoSi2复合材料,测试分析了材料的组织结构、室温和高温力学性能.结果表明:(SiCp+C)/MoSi2复合材料主要由MoSi2(大量),α-SiCp(大量),Mo5 Si3(多量)和β-SiC(少量)组成,密度为5.12g/cm3,相对密度为91%;增强相的粒径＜30μm,体积分数为39%.其室温硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为12.2 GPa,530MPa和7.2MPa·m1/2;材料在800℃的维氏硬度为8.0 GPa,1 200和1400℃的抗压强度分别为560MPa和160MPa.与非增强MoSi2相比,材料的各种力学性能都有大幅度的提高.     

快速制备Cf/SiC复合材料的组织与力学性能

以Si C粉末、醇溶性酚醛树脂粉末以及炭纤维毡、炭纤维无纬布为原料,采用料浆刷涂-针刺-温压固化-高温碳化工艺,在料浆中酚醛树脂的体积分数分别为10%和15%、温压固化压力分别为8 MPa和20 MPa条件下制备C_f/SiC多孔预制体,然后通过化学气相渗透法沉积Si C,快速制备C_f/SiC陶瓷基复合材料。观察和分析复合材料的形貌和组织结构,测定材料的密度、孔隙率、抗弯强度和断裂韧性等性能。结果表明:料浆中的酚醛树脂体积分数较低时,C_f/SiC复合材料的性能较好,并且随固化压力增加而提高。在酚醛树脂体积分数为10%、温压固化压力为20 MPa条件下得到开孔隙率为13.1%的高致密C_f/SiC复合材料,该材料的基体较致密,且纤维束和基体之间基本没有孔隙;当材料受到外加载荷时,通过纤维拔出、纤维脱粘和裂纹偏转来提高复合材料的强度和韧性,断裂方式为假塑性断裂,抗弯强度和断裂韧性都较高,分别为570 MPa和18.6 MPa·m^1/2。     

包覆法制备Gp/SiC 复合材料的显微结构和性能

以不同粒径的石墨颗粒和SiC粉体为原料,采用SiC粉体包覆石墨颗粒的方法,于2000℃热压制备了石墨/碳化硅(Gp/SiC)复合材料.利用扫描电子显微镜(SEM,EDS)分析了材料的金相和断口显微结构.研究表明,石墨粒径较小且质量分数较少的复合材料比石墨粒径较大且质量分数较多的复合材料在热压工艺中更致密.石墨颗粒呈岛状紧密地镶嵌在SiC基体中,石墨与SiC界面处C和Si的扩散不明显.复合材料的相对密度、抗折强度,断裂韧性和硬度随石墨粒径和质量分数的减少而增加.断口形貌表明SiC陶瓷基体为脆性,石墨为韧性断裂.当石墨粒径为125μm、SiC与石墨的质量比为3.5时,复合材料的综合性能最佳,开口气孔率为0.3%,相对密度为97.9%,抗折强度为75±15 MPa,断裂韧性为5.4±0.5 MPa.m1/2,硬度为26.8±3GPa.