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.     

网状结构Si3N4陶瓷增强金属基复合材料的研究

利用有机前驱体浸渍法制备了Si3N4网络陶瓷预制体,利用液态金属浸渗法制备出Al基、Mg基复合材料.分析了在浸渗过程中浸渗温度、润湿角、浸渗时间、浸渗高度的相互关系.在压力下金属液克服浸渗阻力,使浸渗得以完成.网络陶瓷骨架孔筋表面覆盖一层氧化膜有利于自发浸渗的进行.合金中适量镁元素的存在使界面上发生轻微化学放热反应,对浸渗有利.指出压力浸渗制备铝基复合材料与无压浸渗制备镁基复合材料的特点.探讨了这种复合材料抗压强度和摩擦磨损性能特点.指出Si3N4/Al复合材料,Si3N4/Mg复合材料抗磨擦性能明显优于基体,抗拉强度大大高于基体.     

Mg对无压渗透制备Al/SiCp陶瓷基复合材料的影响

本文采用无压浸渗法,研究了Mg对Al/SiC.(SiC体积分数为40%-70%)陶瓷基复合材料制备及组织影响.结果表明,Al浸渗液中添加Mg可以显著提高铝液的浸润性,因为Mg扩散并富集于Al/SiCp界面,通过界面反应促使Al2O3膜的破裂降低界面张力,增加了铝合金液的流动性,而且Mg与骨架孔隙内的气氛反应形成负压,促...     

Mg2Si对Al2O3f/AZ91D复合材料硬度的影响

采用熔体浸渗法制备Al2O3f/AZ91D复合材料,发现有Mg2Si新相生成.利用SEM,XRD等手段对其成分和组成进行了分析,研究了粘结剂的加入量对材料硬度的影响.结果表明:随着硅溶胶量的不断增大,材料硬度随之增大,当硅溶胶加入量大于10%(质量分数)时,对材料硬度的影响较小,且不利于材料的其他力学性能.     

网状结构Si3N4陶瓷增强金属基复合材料的研究

利用有机前驱体浸渍法制备了Si3N4网络陶瓷预制体,利用液态金属浸渗法制备出Al基、Mg基复合材料：分析了在浸渗过程中浸渗温度、润湿角、浸渗时间、浸渗高度的相互关系。在压力下金属液克服浸渗阻力．使浸渗得以完成。网络陶瓷骨架孔筋表面覆盖一层氧化膜有利于自发娄渗的进行。合金中适量镁元素的存在使平面上发生轻微化学放热反应．对浸渗有利。指出压力浸渗制备铝基复合材料与无压浸渗制备镁基合材料的特点。探计了这种复合材料抗压强度和摩擦磨损性能特点。指出Si3N4／Al复合材料，Si3N4/Mg复合材料抗磨擦性能明显优于基休．抗拉强度大大高于基体。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的无压浸透反应机理探讨

为探讨SiCp/Al基复合材料无压浸渗反应机理,利用XPS鉴定了SiC预制体浸渗前沿界面上的反应产物结构.采用HRTEM研究了SiCp/Al基复合材料的界面结构.结果表明,浸渗与未浸渗部分之间的界面上存在MgO.Al2O3和ZnO诸化合物,没有发现氮的化合物.在SiC相与铝相的界面上仅存在MgAl2O4相,MgAl2O4相几乎连续地包敷在SiC颗粒上.这表明,高温下SiC与熔Al合金接触后,SiC颗粒表面上的SiO2与Al,Mg,Zn诸元素发生了放热反应,从而降低了表面张力,提高了湿润性.促进了自发浸渗.     

高导热金属基复合材料的热物理性能

分别采用无压浸渗、气压浸渗、内氧化技术制备了高导热Al/SiC、Al/C、Cu/Al2O3复合材料.研究了增强相和界面对这三种复合材料的热导率和热膨胀系数的影响,并对这些性能进行了理论分析和数值模拟.当颗粒尺寸与界面层厚度之比固定时,颗粒尺寸对Al/SiC复合材料热导率影响很小,但界面热导率对其影响很大;Al/SiC复合材料的CTE随温度的升高而增加,随SiO2层厚度的增加而减小;碳纤维中混杂3%SiC颗粒有利于改善纤维的分布,降低Al/C复合材料的缺陷,并提高其热导率;压力加工增加了Cu/Al2O3的致密度,也提高了其热导率;可用Schapery和Kerner模型计算复合材料的热膨胀系数,用Hasselman-Johnson模型计算热导率.     

无压熔渗制备TiC/Ni_3Al复合材料的微观组织与断裂韧性研究(英文)

以化学纯镍粉、钛粉、铝粉、石墨粉为原料,采用燃烧合成方法制备了TiC/Ni3Al含孔预制件,用无压熔渗法制备了TiC/Ni3Al复合材料。对TiC/Ni3Al复合材料的微观组织、硬度和断裂韧性进行了研究并采用XRD和SEM分析了复合材料的相组成、微观结构、断口形貌。采用压痕法计算了TiC/Ni3Al复合材料的断裂韧性。试验结果表明:无压熔渗法是制备致密的TiC/Ni3Al复合材料的有效方法。在完成渗透获得致密组织的前提下,渗透温度和渗透时间对TiC/Ni3Al复合材料的硬度及断裂韧性无显著影响。渗透后复合材料的组成相主要为Ni3Al和TiC两相,Ni3Al相和TiC颗粒结合良好。本文制备的Ni3Al/TiC复合材料的维氏硬度随TiC体积分数的增加而增加,TiC含量分别为70%和80%时,复合材料的维氏硬度平均值分别为569.6(Hv)和610.8(Hv)。复合材料的断裂韧性最高达到了10.5MPa.m1/2,TiC颗粒和Ni3Al界面的分离是复合材料断裂过程中存在的主要失效形式。断裂过程中Ni3Al可以有效地吸收裂纹扩展能量,阻止了裂纹的直线扩展,使裂纹扩展方向发生偏转,大大增加了材料的断裂韧性。     

无压渗透法制备SiCp/Al复合材料工艺优化研究

无压渗透法是制备SiCp/Al复合材料的重要技术.应用实验方法系统地研究了无压渗透法的工艺参数和添加元素对制备工艺的影响.结果表明,在无压渗透法制备SiCp/Al复合材料的工艺过程中,浸渗温度是浸渗过程顺利进行的重要因素,900℃的浸渗温度为最佳浸渗温度.适量加入Mg元素能提高熔融金属Al和增强体SiC颗粒之间的浸润性,获得结合强度好、孔洞和疏松较少的SiCp/Al复合材料,Mg元素的最佳含量约为1.2%(质量分数).适量添加Si元素能增强熔融铝液的流动性,降低SiC颗粒与Al液间的表面张力,改善其润湿性.     

Al2O3/CuSn6Pb6Zn3青铜复合材料的摩擦学性能研究

研究了粉末冶金法制备的Al2O3/CuSn6Pb6Zn3青铜复合材料的摩擦学性能.试验结果表明该复合材料的耐磨性较CuSn6Pb6Zn3青铜有较大的提高,并且Al2O3颗粒的粒径和体积含量均对复合材料的耐磨性有影响.     

仿生设计的Al2O3／纤维增强树脂层状复合材料

把贝壳珍珠层的韧化机制和结构机理应用于陶瓷基复合材料的仿生设计中，制备出Ａｌ２Ｏ３／环氧树脂及Ａｌ２Ｏ３／芳纶纤维增强环氧树脂叠层仿珍珠层复合材料。三点弯曲试验表明，与单相Ａｌ２Ｏ３相比，Ａｌ２Ｏ３／环氧树复合材料的断裂功提高２５％，而Ａｌ２Ｏ３／芳纶纤维增强环氧树脂的断裂功提高８０倍Ａｌ２Ｏ３／环氧树脂复合材料的断裂形貌与珍珠层相似，裂缝曲折扩展；而Ａｌ２Ｏ３／芳纶纤维增强环氧树脂复合材料除具有     

Effect of Iron Morphology and Interfacial Bonding on the Toughening of Al2O3/Fe Composites

Two morphologically different composites comprising an alumina matrix and 20 vol. pct Fe particles have been fabricated by hot pressing technique. Two kinds of microstructures, i.e. a dispersive distribution of Fe particles and a network distribution of Fe particles in alumina matrix, have been produced. Both composites are tougher than the virgin alumina matrix. The fracture toughness of the composite with a network microstructure is much higher than the composite with a microstructure of dispersed particles. For the particulate dispersion microstructure, the main limitation to the toughening is the lack of plastic deformation of the ductile Fe due to the pull out of Fe particles, indicating weak bonding at the Al2O3/Fe interface. For the network microstructure composite, the gauge length of the ductile phase is much larger, allowing the ductile Fe to be stretched to failure between the crack faces. The weak bonding at Al2O3/Fe interface can promote partial debonding and contribute further to toughening in the network microstructure composite.     

SiO2玻璃原位反应合成Al/Al2O3复合材料

利用SiO₂玻璃具有易近成型、致密及各向同性的特点,通过SiO₂玻璃与铝熔体间的反应合成了Al/Al₂O₃复合材料,克服长期以来在合成Al/Al₂O₃复合材料时均采用颗粒反应物的局限。反应产物是一种组织均匀致密的Al 与Al₂O₃互为网络的Al/Al₂O₃陶瓷基复合材料。反应温度升高,整个反应产物中的Al的体积分数上升。Al/Al₂O₃复合组织在三维空间的真实形态中存在着Al相被Al₂O₃完全包围的形态,证明了网络状Al₂O₃组织形成的烧结机理。与合成Al/Al₂O₃的其它工艺相比,本工艺可在1000℃的较低温度进行,并具有反应速度快、断裂韧性和抗弯强度值高的特点。     

气压烧结Al2O3/TiCN复合材料的力学性能与显微结构

运用二步气压烧结工艺成功制备了Al2O3-30%(质量分数)TiCN复合材料.材料的相对密度达到99.5%,抗折强度为772MPa,硬度为19.6GPa,断裂韧性高达5.82MPa/m2.该材料的烧结过程为固相烧结,烧结过程中TiCN颗粒几乎没有长大,而Al2O3颗粒则长大为原来3倍左右.材料在冷却过程中由于Al2O3和TiCN的热力学性能的失配而引起的界面微应力增长到50MPa左右,不会在材料中导致晶界开裂,但却足以使晶粒发生位错,从而使材料的性能得以增强.     

Fracture toughness behaviour of a magnesium alloy metal-matrix composite produced by the infiltration technique

Metal-matrix composites comprising short δ-alumina fibres embedded in an Mg 10Al0.4Zn alloy were produced by the squeeze infiltration process, with a fibre volume fraction of 20%. Tensile, hardness and fracture toughness tests were performed at room temperature on both the alloy matrix and the composite in the as-cast as well as in the T6 heat-treated condition. In the as-cast condition it was found that the composite had a markedly increased stiffness, tensile strength and hardness but slightly lower ductility and fracture toughness than the alloy matrix. Whilst a T6 heat treatment improved the mechanical properties of the magnesium alloy matrix, it adversely affected the tensile properties and fracture toughness of the composite.     

碳纤维增强Al_2O_3-20%Ni金属陶瓷复合材料的制备及组织性能

采用溶胶-凝胶+热压烧结法制备了碳纤维(CF)体积分数分别为0%、5%、10%、15%的CF/Al_2O_3-20%Ni金属陶瓷复合材料,采用XRD、SEM和EDS能谱分析了CF/Al_2O_3-20%Ni复合材料的物相组成、组织形貌及成分分布,并研究了CF含量对CF/Al_2O_3-20%Ni复合材料硬度、抗弯强度和EDS断裂韧性的影响,通过SEM分析了CF/Al_2O_3-20%Ni复合材料的断口形貌并探讨了断裂机制。结果表明:采用溶胶-凝胶法可获得CF分散良好、Ni颗粒分布均匀的CF/Al_2O_3-20%Ni复合材料,并且可在CF表面包覆一层α-Al_2O_3保护膜,从而防止CF在高温烧结过程中的烧损。随着CF体积分数的增加,CF/Al_2O_3-20%Ni复合材料的硬度降低,抗弯强度和断裂韧性都先升高后下降,当CF体积分数为10%时,抗弯强度和断裂韧性均达到峰值,相对不含CF试样分别提高了79%和134%,CF的加入使CF/Al_2O_3-20%Ni复合材料的强度和韧性得以改善。用此方法制备的CF/Al_2O_3-20%Ni复合材料的增韧机制为碳纤维的拔出、桥接及脱粘。     

Hertzian flaw analysis and models for the prediction of flexural fracture strength of Al2O3 and Al2O3/SiCp nanocomposites

A study is presented comparing the statistics of observed crack-originating flaws on fracture surfaces of samples of Al2O3 and its composites (having 5 and 15 vol % SiC particle, SiCp) with those determined by the Hertzian indentation analysis. Cracks originating from Vickers microindents are also examined using transmission electron microscopy (TEM). Critical flaws determined by the Hertzian analysis predict experimental fracture strengths reasonably well when Orowan's model of obtaining the latter is used. This model is supported by microstructural features, which strongly suggest blunt crack-tips. The critical flaw sizes of alumina and the 5 vol % SiCp composite are found to be practically the same. Hence the explanation of the higher strength of the composites (relative to alumina) based on flaw size is improbable. The composite with 15 vol % SiCp is tougher and has a lower fracture strength in comparison with those of the 5 vol % SiCp composite. Therefore an increase in toughness does not satisfactorily explain the strengthening trend. The change in the mode of fracture and the interspacing distances (implicitly the heights) of the fracture steps are suggested as the main factors that control strengthening in these materials. © 1998 Chapman & Hall     

Al2O3基多角柱状陶瓷复合材料的延缓型断裂

研究了以SiC为界面层的Al2O3基多角柱状陶瓷复合材料的断裂韧性以及断裂功,发现该材料的断裂能显著提高。通过观察裂纹扩展路径以及断裂形貌,分析了多角柱状复合材料的断裂行为,在弯曲强度和韧性测试中,这一材料在适当的载荷容量下,展示出延缓型的断裂行为和非脆性的失效方式。     

机械合金化后注射成形制备Cu/Al2O3复合材料的显微组织与力学性能

采用机械合金化后注射成形制备10%(体积分数,下同)Cu/Al_2O_3复合材料,研究机械合金化时间、烧结温度对复合材料显微组织和性能的影响,并分析复合材料的增韧机理。结果表明:通过机械合金化10h后注射成形、脱脂、1550℃烧结工艺制备的10%Cu/Al_2O_3复合材料具有良好的抗弯强度和断裂韧度,分别为532MPa和4.97MPa·m^1/2;烧结温度低于1550℃导致原子在固态下扩散能力不足,烧结温度高于1550℃则使颗粒边界移动速率大于孔隙逸出速率,二者都造成复合材料孔隙率增加,而导致材料的强度和韧度下降;机械合金化时间延长使复合材料晶粒细化、Cu与Al_2O_3之间的结合强度提高,材料强度和硬度提高,但断裂韧度下降;Cu粉末弥散分布于Al_2O_3基体中,抑制烧结过程中Al_2O_3晶粒粗化,且使裂纹在扩展过程中遇到延性的Cu产生裂纹桥联和偏转,提高材料的韧度。     

多壁碳纳米管-氧化铝复合材料的制备及增韧机理研究

采用多壁碳纳米管作为增韧材料，用杂凝聚的方法制备碳纳米管一氧化铝复合粉末，通过热压烧结的方法得到了碳纳米管一氧化铝复合材料．复合材料的断裂韧度是相同条件下所得纯氧化铝陶瓷的2．1倍，而强度基本上没有变化．通过SEM对复合材料断裂表面研究后发现，复合材料的增韧机制主要是碳纳米管的桥联机制，在局部区域也存在着碳纳米管的拔出机制．