Al2O3短纤维/Al-12Si复合材料启裂特征的TEM原位观察研究

利用挤压铸造法制备了Al₂O₃(15%)/Al-12Si复合材料,并采用透射电镜动态拉伸技术对复合材料的裂纹形成及微观断裂过程进行了原位观察,发现该复合材料的纤维/基体界面是破坏路径之一,并发现了纤维中裂纹形成及扩展至完全破坏的现象.     

Al2O3短纤维/Al-5.5Zn复合材料裂纹形核及扩展的TEM动态拉伸观察

利用透射电镜(TEM)动态拉伸技术研究了外力作用下Al₂O₃短纤维增强Al-5.5Zn基复合材料的细观力学行为。结果表明,该材料中裂纹形核及扩展主要是在基体中或纤维/基体界面处进行。导致这一结果的原因在于纤维、基体之间强度差异太大。实验中还发现,卸载时,微裂纹有闭合现象。     

层状Ti3SiC2陶瓷的组织结构及力学性能

利用热压烧结TiH₂,Si和C粉获得了致密度大于98%的层状Ti₃SiC₂陶瓷。利用压痕法,在不同的载荷下测定了材料的维氏硬度, 发现其硬度值随载荷的增加而降低,在最大载荷30kg时,硬度值为4GPa。压痕对角线没有发现径向裂纹的出现。 这归因于多重能量吸收机制——颗粒的层裂、裂纹的扩展、颗粒的变形等。利用三点弯曲法和单边切口梁法测定了材料的强度和韧性分别为270MPa和6.8MPa·m1/2。Ti₃SiC₂材料的断口表现出明显的层状性质,大颗粒易于发生层裂和穿晶断裂,小颗粒易被拔出。当裂纹沿平行于Ti₃SiC₂基面的方向扩展造成颗粒的层裂,当裂纹沿垂直于基面的方向扩展时,裂纹穿过颗粒的同时,在颗粒内部发生偏转,使裂纹的扩展路径增加。裂纹的扩展路径类似人们根据仿生结构设计的层状复合材料。裂纹在颗粒内的多次偏转、裂纹钉扎以及颗粒的层裂和拔出等是材料韧性提高的主要原因。此外,在室温下得到的荷载-位移曲线,说明Ti₃SiC₂材料不象其它陶瓷材料的脆性断裂,而是具有金属一样的塑性。     

SiGw/Al复合材料的偏轴拉伸断裂行为

应用扫描电镜对挤压SiCw/6061Al复合材料的拉伸断裂过程进行了动态观察,并详细讨论了偏轴角θ对复合材料强度和断裂行为的影响。结果表明,微裂纹起源于晶须周围基体中,其萌生与扩展受晶须偏轴角的控制。复合材料由正向断裂向剪切断裂转变的特征角θ₀约为45-50°。     

片状Al2O3对Al2O3/FEP复合材料热导率的影响

通过混炼工艺制备了片状Al₂O₃填充聚全氟乙丙烯(FEP)复合材料,以颗粒状Al₂O₃为对比样品,研究了片状Al₂O₃形状和尺寸对 FEP基复合材料热导率的影响,利用SEM观察了FEP基复合材料的微观形貌。结果表明：在低填充量下,Al₂O₃颗粒在FEP基体中呈“海岛”状分布,没有形成连续的导热网链,但其热导率明显提高;复合材料拉伸强度与断裂伸长率随Al₂O₃含量的增加而减小;低填充量时复合材料热导率的提高主要来自Al₂O₃的微细片状结构,这种微细片状结构一方面提高了有效导热路径,另一方面增加了颗粒与基体之间接触面积,因此有利于热导率的提高。     

WC_p含量对粉末冶金Cu/WC_p复合材料疲劳裂纹扩展行为的影响

通过粉末冶金热压烧结法制备高压电触头Cu/WC_p颗粒增强复合材料,研究WC_p颗粒含量(15%和3%,体积分数,下同)对Cu/WC_p复合材料的疲劳裂纹扩展行为的影响,并结合SEM进行断口分析;利用原位SEM疲劳裂纹观测系统原位观察微裂纹萌生,分析颗粒对裂纹扩展路径的影响机制。结果表明:在相同应力强度因子幅(△K)下WC_p含量为15%的Cu/WC_p的疲劳裂纹扩展速率大于WC_p含量为3%的复合材料;颗粒含量的增加并没有提高复合材料的裂纹扩展门槛值△K_(th),这主要是因为颗粒和基体的界面属于弱界面;在疲劳过程中颗粒脱粘形成裂纹源,不同脱牯微裂纹连接长大形成主裂纹是Cu/WC_p颗粒增强复合材料的疲劳损伤形式;当主裂纹尖端和颗粒WC_p相互作用时裂纹基本沿着颗粒界面往前扩展;复合材料的断裂模式从WC_p低含量3%时的颗粒脱粘-裂纹在基体里穿晶断裂,过渡为WC_p高含量15%时颗粒脱粘-基体被撕裂为主。     

Y2O3表面改性Al2O3P增强6061Al复合材料组织与性能

采用液相包裹法对Al₂O₃微粉进行稀土Y₂O₃表面改性,用挤压铸造法制备表面经稀土Y₂O₃改性的Al₂O_3P/6061Al复合材料,并对复合材料的显微组织及拉伸性能进行分析和研究。结果表明:表面经稀土Y₂O₃改性的Al₂O₃微粉能均匀的分布于基体中,界面润湿性得以改善,复合材料组织更加均匀。TEM观察表明:改性粉体在制备复合材料前后表面存在颗粒状包裹层。对其表面进行EDAX分析,结果显示含有Y,Al和O元素。粉体XRD图谱中有Y₂O₃衍射峰的存在。拉伸性能测试表明:改性粉体对Al合金增强效果明显增加,抗拉强度提高29.8％,屈服强度提高38.4％,延伸率提高10.3％。对拉伸断口进行SEM分析,改性后复合材料断口韧窝更加均匀、丰满,材料表现出良好的塑性。     

亚微米Al2O3P/Al-Mg-Si复合材料时效行为

为了研究亚微米级Al₂O₃颗粒对基体合金时效过程的影响规律,在 6061 铝合金基础上调整Mg、Si含量,采用压力浸渗法,制备了Al₂O₃体积分数为30%的亚微米级Al₂O_3P/Al-2.26Mg-0.63Si复合材料。通过硬度试验、SEM和TEM等手段,研究了复合材料及其基体合金的时效行为。结果表明,Al-2. 26Mg-0.63Si 合金的时效过程比较明显,随时效温度的提高峰时效时间提前,190℃时出现时效软化现象。亚微米Al₂O₃颗粒的加入强烈抑制复合材料的时效过程,时效曲线未出现明显时效峰。分析认为,由于大部分Mg 元素被消耗在界面形成MgAl₂O_4,且基体中位错稀少,不利于溶质原子扩散,因此复合材料中沉淀相在过时效阶段仍停留在GP区状态,没有充分长大,时效析出受到抑制。     

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。     

纳米SiO2表面接枝聚合改性及其聚丙烯基复合材料的力学性能

分别用苯乙烯和丙烯酸乙酯对纳米SiO₂进行辐照接枝聚合改性,通过两步熔融共混工艺与聚丙烯(PP)共混制备了SiO₂/PP复合材料。研究了SiO₂添加量和表面接枝不同聚合物的SiO₂对复合材料力学性能的影响。结果表明,接枝改性的SiO₂对PP有较好的增强增韧效果;拉伸断面观察显示复合材料韧性的提高主要由基体剪切屈服所致。对断面上个别较大团聚体分析发现,经辐照接枝聚合改性的纳米粒子团聚体的结构变得更加紧凑、结实,且随粒子表面聚合物的性质不同,团聚体与基体树脂的界面粘结也随之不同,导致其拉伸破坏形状有所差异,但与基体树脂的界面粘结都得到较好的改善。     

Al2O3/Al复合材料的界面结构特征

利用高分辩透射电子显微镜研究挤压铸造法制备的亚微米 Al 2O 3颗粒增强 Al 基复合材料的界面微观结构。结果表明 : Al基体的 (200) 和 (111) 面优先沿 Al 2O 3颗粒表面生长 , 在复合材料界面处 Al 基体与 Al 2O 3颗粒具有 Al (200) ∥Al 2O 3 (101 2) 、Al [011 ] ∥Al 2O 3 [0221 ] 的晶体学位向关系并形成半共格界面 , 且界面存在 Al (111) / / Al 2O 3 ( 1120) 的共格关系。界面干净无任何反应物。接近界面的 Al 基体中出现了柏氏矢量为 b= 1/ 3 [ 111 ] 弗兰克不全刃位错 , 该刃位错引起界面附近基体中明显的晶格应变场 , 位错周围晶格变形场的范围约为 20～30 层原子面宽度 , 而在 Al 2O 3颗粒靠近界面的区域中未观察到位错等缺陷。并从晶体学角度对界面的形成机制进行了分析。     

SiC纤维增强复合材料基体裂纹偏移机理的有限元分析

运用基于能量的裂纹偏移准则, 分别建立了两相和三相复合材料基体裂纹偏移/ 穿透的轴对称有限元模型, 考察了纤维体积分数、描述材料特性弹性失配的Dundurs 参数α和相对裂纹扩展长度a_d / a_p 对相对能量释放率Gd / Gp 的影响。将两相复合材料的有限元结果与He 等人的结果进行对比, 进一步考察了三相复合材料界面层厚度和Dundurs 参数α₁ 和α₂ 对G_d / G_p 的影响。分别将碳涂层SiC 纤维增强复合材料SiC/ C/ Ti-6A1-4V 和碳涂层陶瓷基增强复合材料SiC/ C/ SiC 运用于有限元分析中, 结果表明, 所建立的模型能够准确地预测和比较基体裂纹偏移的机理。      

MCM-41 填加量与偶联修饰对复合材料拉伸性能的影响

通过溶液共混法制备出MCM-41/ 环氧树脂、偶联修饰MCM-41/ 环氧树脂纳米复合材料。研究了填充MCM-41 介孔分子筛颗粒的偶联修饰以及不同的填充颗粒含量对分散性和复合材料拉伸性能的影响。结果表明: 在MCM-41/ 环氧树脂纳米复合材料中, MCM-41 仍保持着长程有序的孔道结构。修饰后的MCM-41 变成亲油性, 有利于增强颗粒与环氧树脂间的界面结合和纳米网络结构的形成, 使MCM-41 颗粒更能均匀分散在聚合物基体中, 提高复合材料的拉伸性能。修饰后的MCM-41 填加量为2.5 %(质量分数) 时, 拉伸强度达到最大值,比基体树脂提高99.2 % , 杨氏模量提高了110 %。      

Study on fracture behavior of particulate reinforced magnesium matrix composite using in situ SEM

The fracture behavior of SiCp/AZ91 magnesium matrix composite fabricated by stir casting is investigated using the in situ SEM technique. Experimental results show that (1) the dominant microcrack nucleation mode is interface decohesion in particle-dense regions because of the weak interface formed during the solidification process of the composite and large stress concentrations caused by particle segregation, (2) microcracks coalesce by the failure of matrix ligaments between microcracks while additional microcracks are initiated in the particle-dense region ahead of the coalesced microcracks, and (3) cracks propagate by coalescence of microcracks or along the particle/matrix interface. And so we come to the conclusion that the fracture mechanism of SiCp/AZ91 composite is interface-controlled. The in situ SEM observations are verified by complementary SEM studies of the fractured specimens of conventional tensile tests. And so, the in situ SEM observations can be qualitative representation on the fracture behavior of bulk SiCp/AZ91 composite.     

ZnAl2O4涂覆Al18B4O33(w)增强6061Al复合材料界面结构与拉伸性能

使用溶胶2凝胶法在硼酸铝晶须表面制备 ZnAl 2O 4涂层 , 采用挤压铸造法制备了 ZnAl 2O 4涂覆的硼酸铝晶须增强 6061Al 复合材料。研究了 ZnAl 2O 4涂覆对复合材料界面润湿性、 室温拉伸性能以及高温热暴露后界面热稳定性的影响。试验结果表明: 纳米 ZnAl 2O 4涂覆能够明显提高复合材料的界面润湿性 , 从而提高复合材料的室温拉伸性能; 均匀的 ZnAl 2O 4涂覆能有效地阻碍界面反应 , 使复合材料具有良好的热稳定性能。研究了涂覆对复合材料在铸态及高温热暴露后拉伸断裂行为的影响。未涂覆硼酸铝晶须增强的铝基复合材料在拉伸变形过程中晶须以折断为主 , ZnAl 2O 4涂覆硼酸铝晶须增强的铝基复合材料在拉伸变形过程中晶须以拔出为主。     

激光熔覆Ni 基金属陶瓷复合涂层的裂纹研究

利用激光熔覆技术在中碳钢表面制备了不同涂层成分的原位自生TiB₂ / Ni 金属陶瓷复合涂层, 研究了涂层的开裂行为。结果表明: 当陶瓷相含量高时, 涂层中形成的裂纹主要有粘接金属基体中的穿晶裂纹、熔覆层边缘的高密度裂纹、金属基体与硬质陶瓷相界面上的微裂纹以及热影响区中结合界面附近的微裂纹等。涂层中的裂纹主要是由涂层材料与金属基体热膨胀系数不同而造成的热应力产生的, 组织转变应力也起了重要作用。当激光工艺参数及涂层成分配制合理时, 涂层质量良好。      

核-壳式纳米Al2O3 / PS 复合粒子改性聚苯乙烯的选区激光烧结实验研究

针对纳米粒子易团聚的特点, 利用乳液聚合方法制备纳米Al₂O₃ / PS 复合粒子。用TEM、FTIR 对复合粒子结构进行了表征。结果表明, 所制备的复合粒子具备以纳米氧化铝为核、以聚苯乙烯为壳的核2壳式结构, 而且包覆层厚度大约为10～20 nm。用复合粒子改性选区激光烧结制备聚苯乙烯基纳米复合材料, 通过SEM 和FE2SEM 研究纳米复合材料烧结体的显微结构, 发现纳米粒子较好地分散在聚合物基体中, 且纳米氧化铝与聚合物基体之间的界面相容性和粘结性较好, 烧结体结构较致密。      

挤压温度对15 vol %SiCP/ Mg-9Al 镁基复合材料拉伸性能与断口形貌的影响

研究了挤压温度对粉末挤压法制备镁基复合材料室温拉伸性能和断口形貌的影响。实验结果表明: 复合材料在350～450 ℃温度范围内挤压温度越高, SiC 颗粒分布越均匀, 致密度越高, 复合材料强度、延伸率上升;复合材料断裂方式随着挤压温度升高由颗粒/ 基体脱粘向颗粒断裂转变。      

SiCP/ 2024 铝基复合材料表面微弧氧化膜组织结构及其耐蚀性

对SiC_P/ 2024 铝基复合材料进行微弧氧化表面处理, 分析了陶瓷膜截面的显微组织、成分分布, 测量了其相组成和硬度分布, 并比较了氧化前后极化曲线的变化。结果表明, 在硅酸盐溶液中获得的陶瓷膜由莫来石、α-Al₂O₃ 、γ-Al₂O₃ 晶态相和SiO₂ 非晶相组成, 残留的SiC 增强体很少, 膜与复合材料呈现良好的冶金结合。膜具有两层结构, 外层Si 含量较高并主要来自电解液, 而内层膜里莫来石的形成同SiC 增强体氧化密切相关。微弧氧化处理后, SiC_P / 2024 铝基复合材料的抗腐蚀能力得到很大提高, 这归因于形成了一层完整连续的氧化膜。      

高体积分数SiCP/Al复合材料的拉伸、压缩与弯曲特性

对高体积分数碳化硅颗粒增强铝基(SiC P/ Al)复合材料的拉伸、 压缩和三点弯曲特性进行了实验研究。结果表明 : 高体积分数 SiC P/ Al 复合材料与低体积分数 SiC P/ Al复合材料相比 , 没有明显的线性屈服阶段。进一步的加载2卸载实验表明 , 在外载荷作用下 , 材料宏观上呈现一种类似金属材料的塑性 , 卸载后留有较大的残余应变 , 再次加载时沿上次卸载路线上升 , 而且拉应力导致的残余应变大于压应力。三点弯曲时材料内部产生残余塑性变形的潜力最大 , 切线模量更稳定。宏观断口分析表明 , 金属基体的非均匀分布导致产生局部渐进的微屈服 ,是使材料性能宏观上类似塑性材料的主要原因。制备过程中的残余应力和基体内部的微缺陷是拉应力比压应力产生更大残余应变的主要原因。