孔隙率对SiC_p/Al复合材料热导率影响

通过无压渗透方法制得不同孔隙率SiCp/Al复合材料,采用了有限元数值模拟方法并与实验相结合研究了孔隙率对复合材料热导率的影响,并与MEMA模型计算值进行了对比。结果表明:通过改变无压浸渗温度和时间,可以制备出2.8%~9.4%范围内可调的含孔隙复合材料;在有限元数值模拟中,当孔隙率为小于6%时,热导率下降较快,反之,下降平缓。含孔隙复合材料有限元数值模拟值和实验结果较吻合,有一定的参考价值。随着孔隙率的增大,MEMA模型计算值和有限元模拟值的偏差越大。     

粒度组合对SiC_p/Al复合材料组织与性能的影响

采用粉末触变成形法制备了SiCp体积分数为50%的SiCp/Al复合材料,研究了不同SiCp粒度组合对复合材料组织、性能的影响。结果表明,不同粒度组合的复合材料中SiCp分布均匀,无明显偏聚现象,组织致密,致密度达到95%以上;采用多粒径组合能明显提高复合材料的致密度和抗弯强度,断口以脆性断裂为主;SiCp/Al复合材料抗弯强度在270~382 MPa之间,室温时热导率为111~146 W·m-1·℃-1,室温至200℃时平均热膨胀系数小于6×10-6℃-1。     

SiC_p表面处理对SiC_p/6061Al复合材料性能的影响

为提高SiC_p/6061Al复合材料的性能,采用不同方法对SiC颗粒进行了表面处理,并通过直热烧结法制备了不同SiC表面改性状态的SiC_p/6061Al复合材料。研究表明:经过酸洗+高温氧化处理后SiC_p表面生成了一层Si O2膜,SiC_p的棱角发生钝化,颗粒形貌发生改变;经过碱洗+K_2ZrF_6处理后,SiC_p表面得到粗化,并在SiC_p表面析出K_2ZrF_6。对SiC_p进行不同表面处理后,制得的SiC_p/6061Al复合材料的性能都得到很大改善,而且碱洗+K_2ZrF_6处理这种表面处理方法对复合材料性能的改善效果最佳。     

热轧温度对喷射沉积SiC_p/Al基复合材料组织和致密度的影响

采用热轧方式制备喷射沉积SiC_p/Al-8.2Fe-1.6V-1.8Si复合材料板材,对热轧后的Si C颗粒的形状与分布、弥散颗粒形貌、密度进行研究。结果表明:喷射沉积SiC_p/Al-8.2Fe-1.6V-1.8Si复合材料基体中存在弥散的球形Al_(12)(Fe,V)_3Si弥散颗粒,粒径介于50~80 nm范围内;热轧能够降低弥散颗粒的粒径。复合材料的室温拉伸力学性能随着热轧温度的增大表现出先增加后减小的变化规律,在轧制温度440℃时拉伸性能最强。440℃热轧处理后,复合材料的Al_(12)(Fe,V)_3Si衍射峰出现了明显增强的变化;未热轧复合材料的Si C颗粒未发生分层现象,热轧处理后材料密度明显增大,其致密度高达98.6%。     

煅烧温度对高体积分数SiC_p/Al复合材料性能的影响

以F220、F500、F600这3种粒度的磨料级绿SiC混合粉为原料制成预制件,然后将其分别在500、1 100和1 200℃煅烧后无压熔渗液态铝合金制备SiC体积分数为62%~64%的铝基复合材料SiCp/Al;研究预制件煅烧温度对SiCp/Al复合材料结构和性能的影响。结果表明:不同温度下煅烧的SiC预制件渗铝后,都能获得结构均匀致密的复合材料;高温煅烧使SiC颗粒氧化形成骨架,导致强度从305 MPa降至285~245 MPa;SiC颗粒表面氧化转变成的SiO2薄膜增加复合材料中的陶瓷含量,使复合材料的热膨胀系数进一步降低;当SiC预制件中SiO2薄膜质量分数达到3.7%~6.7%时,SiCp/Al复合材料界面热阻增大4~6倍,复合材料热导率从184 W/(m.℃)降至139~127 W/(m.℃)。     

7090/SiC_p复合材料的固溶工艺制度研究

研究了移动坩埚式喷射沉积制备的7090/SiCp复合材料的两种固溶热处理工艺对其组织和性能的影响。观察了材料挤压态、固溶态及时效后样品的微观组织及X射线衍射图谱。通过两种固溶制度的比较,表明经过挤压变形处理的移动坩埚式喷射沉积制备的7090/SiCp复合材料,经475℃×1h+120℃×24h处理后材料的最高抗拉强度仅有715MPa,而经450℃×3h+500℃×3h+120℃×18h热处理后复合材料达到峰时效,材料的最高抗拉强度可以达765MPa。     

喷射沉积SiCp/7090Al复合材料固溶组织及力学性能

采用多层喷射共沉积技术制备了SiCp/7090Al复合材料锭坯,对其进行了热挤压变形,研究了固溶处理对复合材料显微组织及力学性能的影响.结果表明,挤压态SiCp/7090Al复合材料的基体合金中存在大量短棒状的MgZn2相及圆形的CuA12相颗粒,晶粒内部的MgZn2粒子长约200 nm,直径约60 nm;晶粒内的CuAl2相为直径40～420 nm的球形粒子,主要分布在晶界或近晶界区域.确定了最佳固溶温度为475 ℃,固溶时间为1 h.经过固溶处理后,析出相颗粒MgZn2及CuAl2粒子溶入到基体,复合材料棒材的力学性能为:σb＝610 MPa,δ＝2.0%.     

合金颗粒对SiC_p/7075Al复合材料组织和性能的影响

采用挤压铸造制备SiC_p与合金颗粒混杂增强的铝基复合材料,合金颗粒选用Ti-6Al-4V和Ni60颗粒,对比分析其微观组织和力学性能的差异。结果表明,相对于SiC_p增强铝基复合材料,Ti-6Al-4V颗粒的加入使复合材料力学性能提高,Ni60颗粒使其降低。这是由于Ti-6Al-4V颗粒能够与基体实现良好的界面结合,使得Ti-6Al-4V颗粒能够较好地承载复合材料中产生的应力。而Ni60颗粒与基体发生强烈的界面反应,形成较厚的金属间化合物过渡层,大幅降低复合材料的负载能力。     

SiC_p/Al复合材料的制造及新动向

颗粒增强铝基复合材料是当前研究较多、比较成熟、应用较广泛的金属基复合材料,SiCp/Al是其中的一类。本文综述了SiCp/Al复合材料的发展状况、制备方法、存在的技术难题,提出了今后需要完善和进一步研究的方向。     

纳米SiC_p/Al复合材料的显微组织与力学性能

采用热压烧结+热挤压法制备了不同SiC_p含量的Al基复合材料,运用XRD、SEM、TEM等研究了不同SiC_p含量的Al基复合材料的显微组织和力学性能,并对断口形貌进行了观察。结果表明,随着SiC_p含量的增加,材料的致密度逐渐降低,但是致密度都高于98%,SiC_p/Al复合材料的晶粒尺寸为亚微米级;不同SiC_p含量的热挤压态和退火态SiC_p/Al复合材料的强度相对挤压态纯Al有较大提高,而伸长率却有所降低;退火处理对挤压态SiC_p/Al复合材料的强度影响较小,且随着SiC_p颗粒含量的增加,退火对SiC_p/Al复合材料塑性的改善效果逐渐减弱。     

酸洗处理对高体积分数SiC_p/Al复合材料组织性能的影响

采用10%氢氟酸对SiC_p进行搅拌酸洗处理,用直接电热法触变成形工艺制备SiC_p增强6061Al基复合材料,研究了SiC酸洗处理对复合材料的微观组织和力学性能的影响。结果表明,经酸洗处理的增强颗粒界面平直干净,SiC_p表面产生蚀坑,比表面积增大,与铝基界面结合良好,空隙减少,且无杂质相生成。与未进行表面处理的复合材料相比,致密性和抗折强度得到显著提高。     

SiC_p/Al复合材料的孔隙度测定

通过对理论计算、腐蚀称重、碳含量测定等方法的比较，研究了ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料孔隙度的测定方法。结果表明，采用理论计算法来表征复合材料的孔隙度很不准确，腐蚀称重法虽然精确但比较繁琐，碳含量测定存在较大的误差。提出了一种新的方法—车屑法，并用此方法研究了复合材料搅拌时间和孔隙度的关系，表明孔隙度随搅拌时间的上升而增加。     

颗粒形貌对SiC_p/Al复合材料热性能的影响

为研究SiC颗粒形貌对SiC_p/Al复合材料热性能的影响,采用水刀对颗粒进行预处理以圆整颗粒的尖角,随后通过挤压浸渗工艺制备了67vol%SiC_p/Al复合材料。同时,采用DEM模型、Kerner模型、Turner模型和2D有限元模型分别对复合材料的导热率、热膨胀性能进行了预测。对比模拟结果和实验结果说明,2D有限元模型的模拟结果与实验结果更为接近;SiC颗粒形貌对本研究复合材料的导热、膨胀性能有直接影响。长径比较小的颗粒有利于热量的均匀扩散,所制备的复合材料具有更高的导热率,同时导热率和热膨胀系数具有各向同性;长径比较大颗粒制备的复合材料由于热量在长度方向和径向的传热具有差异,从而导致其导热率和热膨胀性能具有各向异性。     

振动时效对SiC_W/Al复合材料热残余应力及拉伸强度的影响

通过施加循环载荷 ,研究振动时效对 2 0 % (体积分数 )SiCW/ 6 0 6 1Al复合材料热残余应力及拉伸强度的影响。结果表明 ,随着循环上限应力增大热残余应力单调下降 ,但复合材料拉伸强度与循环上限应力之间并非是单调关系 ,选择适当循环上限应力可以获得最高拉伸强度。当循环上限应力超过一定程度后 ,振动处理会对复合材料界面造成一定损伤。     

颗粒氧化处理对SiC_p/Al复合材料耐蚀性的影响

对SiC颗粒(SiCp)进行了1 100℃高温氧化处理,并制备了SiCp/Al复合材料。采用化学浸泡试验、扫描电镜、失重曲线、电化学测试等方法研究了氧化处理时间对SiCp/Al复合材料腐蚀行为的影响。结果表明,不同时间氧化处理后SiC颗粒表面形成不同形貌的SiO2氧化层,该氧化层可阻碍高温下铝液与SiC颗粒直接接触,避免了有害界面反应的发生,阻碍容易发生水解反应的Al4C3的生成,进而提高SiCp/Al复合材料的耐蚀性。     

退火及深冷处理对2.5D-C_f/Al复合材料残余应力及力学性能的影响

选用碳纤维2.5D织物为预制体,ZL301为基体合金,采用真空压力浸渗法制备了碳纤维体积分数为49%的2.5D-C_f/Al复合材料。主要对浸渗的复合材料进行退火和深冷处理,研究退火及深冷处理对2.5D-C_f/Al复合材料残余应力及力学性能的影响。结果表明,退火及深冷处理都能够显著降低2.5D-C_f/Al复合材料的残余应力,但深冷处理后残余应力释放更为彻底且残余应力状态发生改变。深冷处理后的复合材料的抗拉强度提升约13.4%,这是因为复合材料低温下体积收缩致使孔隙闭合及残余应力降低所导致,而退火处理的复合材料抗拉强度有所降低。     

轧制温度对SiCp/Al复合材料组织形貌的影响

采用功率超声机械搅拌法制备了含6vol.%SiC颗粒增强铝基复合材料;对铸态SiCp/Al复合材料显微组织及其XRD和经过热轧后的显微组织及热轧后轧板的宏观形貌进行了分析。结果表明,制备SiCp/Al复合材料时加入适量的纯镁,可在SiC/Al界面间增加界面过渡相Mg_2Si;轧制使基体材料中碳化硅颗粒的分布进一步均匀化;随着轧制温度的升高,复合材料轧板的边裂减少。     

颗粒形貌及热处理对SiC_p/2024Al复合材料性能的影响

采用粉末半固态触变成形工艺制备了SiC_p体积分数为60%的2024Al复合材料。研究了SiC_p形貌及热处理对复合材料性能的影响。结果表明,经表面整形的SiC_p制备的复合材料增强体颗粒均匀弥散地分布在铝基体上,其致密度能达到99.97%。对复合材料进行去应力退火和T6热处理后,复合材料得到最佳综合性能,其抗弯强度和硬度得到明显提高,与复合材料热处理前相比,分别提高了47.5%和57.7%。复合材料的断裂整体表现为SiC_p的解理断裂,基体呈现出撕裂。对SiC_p整形和复合材料退火及T6热处理后降低了复合材料的热膨胀系数,分别达到(4.85～8.51)×10~(-6)、(4.86～8.32)×10~(-6)℃~(-1)。经改进后的H-J模型可以更好地适用于混合增强和双峰粒径分布的情况。对SiC_p整形和复合材料退火及T6热处理后显著提高了复合材料的热导率,分别达到195、206W·m-1·K-1。     

固溶处理对TiB2/7050Al复合材料组织与性能的影响

研究了固溶处理对TiB₂/7050Al复合材料组织与性能的影响规律。结果表明,TiB₂/7050Al复合材料内的可溶性第二相主要为MgZn₂(η相)、AlZnMgCu(T相)和Al₂CuMg(S相)。η相在470℃已完全溶解,T相在476℃开始溶解,S相在491℃下可完全溶解。随固溶温度的升高,复合材料的强度整体呈上升趋势,但伸长率先增加后降低。在480℃固溶时,复合材料同时具备高强度和高塑性,其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为658 MPa、719 MPa和11.3%;继续升高固溶温度至490℃,虽然可使铝基体内残余S相完全溶解,但也使基体再结晶晶粒异常长大,降低了复合材料的塑性。