透辉石/AlTiB增韧补强氧化铝基陶瓷材料烧结动力学和烧结机制

研究了透辉石/AlTiB增韧补强Al2O3基陶瓷材料的无压烧结致密化过程,通过绘制lg(ΔL/L0)-lgt图,用最小二乘法计算了透辉石/AlTiB增韧补强Al2O3基陶瓷材料的表观激活能.计算结果表明:纯Al2O3致密化机制为扩散机制控制;透辉石/AlTiB增韧补强Al2O3基陶瓷材料在烧结初期的致密化机制为液相流动和颗粒重排,在中、后期致密化机制转为扩散机制控制.根据烧结温度和保温时间对复合材料线收缩率的影响,建立了透辉石/AlTiB增韧补强Al2O3基陶瓷材料的烧结动力学方程;纯Al2O3陶瓷材料的烧结特征指数n约为2.5,其烧结过程中的物质迁移机制由体扩散控制;透辉石/AlTiB增韧补强Al2O3基陶瓷材料的烧结特征指数n值介于2.5与3.0之间,其在烧结中、后期的物质迁移机制既有体扩散,也有晶界扩散.     

石墨烯增强铝基复合导线制备及其表征

通常铝石墨烯复合材料会生成较多的Al₄C₃,使其电导率相对于纯铝下降较大。为减少Al₄C₃生成,采用粉体连续挤压法制备Al-Gr(石墨烯)复合材料。研究表明：采用粉体连续挤压法制备Al-Gr复合材料,Al与Gr在界面上生成的Al₄C₃相极少,抗拉强度提高,随着石墨烯含量的增加而增大,电导率随石墨烯含量增加而降低,但Al-0.5%Gr复合杆材电导率仍保持为62.28%IACS,相比基体纯铝仅下降2.1%,而抗拉强度提高了16.3%。     

烧结溶解法制备多孔铝材料的工艺特性研究

以纯Al粉、纯Mg粉和水溶性造孔剂为原料,利用烧结溶解法制备多孔铝材料,通过真空烧结和热压烧结两种方式,研究烧结工艺和Mg的添加对多孔铝烧结致密化及其孔结构的影响。采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)等设备分析多孔铝的显微组织和相成分,利用万能力学试验机和显微硬度仪等仪器检测多孔铝的压缩强度和显微硬度。结果表明:升高烧结温度和延长烧结时间均有利于多孔铝骨架的致密;随烧结温度的升高,孔隙边缘由尖锐逐渐变得圆滑;Mg的添加可破除Al颗粒表面氧化膜,并生成MgAl_2O_4尖晶石,促进烧结致密化和孔结构收缩,进而提升多孔铝的力学性能。     

放电等离子烧结法制备高导热片状石墨/铝复合材料

以高导热片状石墨和铝粉为原料,通过放电等离子烧结法(SPS)制备高导热片状石墨/铝复合材料。使用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对高导热片状石墨/铝复合材料的显微结构和成分进行了表征,观察了复合材料的界面结合状况,分析了烧结温度和烧结压力对复合材料致密化的影响,研究了复合材料中石墨含量对复合材料热导率的影响。研究表明,片状石墨和铝界面结合良好,没有生成界面产物Al4C3。适当的提高烧结温度和烧结压力有利于促进复合材料的致密化,过高的烧结温度容易造成铝液的溢出。当烧结压力为40 MPa,烧结温度为580℃时,高导热片状石墨/铝复合材料的致密度能达到99.7%。当复合材料中石墨含量为60%时,高导热片状石墨/铝复合材料的面向热导率能达到440 W·m-1·K-1,很好地满足了现代社会对电子封装材料的散热要求。     

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。     

热连轧带钢温度场有限元分析和平均流变应力的预测

通过热连轧带钢温度场的有限元分析以及带钢热连轧过程的再结晶动力学和应变累积的研究，建立了精轧过程平均流变应力模型：静态再结晶平均流变应力σk=k1 exp{0．126-1．75[C] 0．594[C]^2 (2851 2968[C]-1120[C]^2)/T/ε^0.21ε^0.13，其中T-再结晶温度/K，ε-应变，ε-应变速率/s^-1，k1-系数；动态再结晶平均流变应力σD=9．8σB(1-Xdyn) 1．14σBB Xdyn，其中Xdyn-动态再结晶率，σBB-动态再结晶进入稳态时应力。X46级管线钢(％：0．07C-0．97Mn-0．33Si-0．018Nb)工业轧制时轧制压力的实测数据与该模型预测数据吻合良好。     

铝基体类型对铍铝复合材料均匀流变特征的影响

在变形温度450~600℃、应变速率0.1~10 s-1条件下, 采用Gleeble-3800热模拟试验机和扫描电镜研究了铝基体类型对铍铝(Be/Al)复合材料流变曲线、应变硬化指数(n)及压缩试样宏微观组织结构的影响。结果表明: 纯铝基复合材料在相对较小的应变下易发生断裂失效; 6061Al基复合材料在发生不稳定变形之前的均匀变形能力高于纯铝基复合材料, 具有更好的均匀变形能力。     

热压技术在新型P/M金属基复合材料中的应用

反应烧结是合成颗粒增强金属基复合材料 (MMCs)的新工艺。与传统P M工艺相比 ,通过化学反应在金属基体中产生增强颗粒有诸多优势。由Al TiO2 B经反应烧结制备的Al (Al2 O3+TiB2 )MMCs便是这样一个例子。本文用热压技术将多孔Al (Al2 O3+TiB2 )MMCs致密化并得到了很好的力学性能。Al ( 10 2 %Al2 O3+9 2 %TiB2 ) (体积分数 )的弹性模量、抗弯强度和弯曲最大应变分别为 10 5GPa、50 9MPa和 5 0 %。如果复合材料的成分改变成Al ( 5 4 %Al2 O3+4 9%TiB2 ) (体积分数 ) ,其性能则分别为 89GPa ,311MPa和 8 2 %。文中亦将热压Al (Al2 O3+TiB2 )MMCs的结果与用其他致密化技术处理此材料的结果 ,以及热压其他类似材料的结果进行了比较。     

热压金属粉末变形机构探讨

本工作为研究金属粉末固相热压和热等静压致密化初期烧结颈部的物质迁移机构,建立了高温下受压金属半球对的模型,用来模拟研究金属粉末受压烧结接触颈部的物质迁移机构。文中应用Nabarro,Herring,Weertman等人对于蠕变过程中蠕变速率ε和应力σ间的关系:ε=Kσ~n来判断蠕变变形机构的成果。导出半球对的绝对收缩量(h h_0)与瞬间     

机械活化-放电等离子烧结FeAl/Al2O3复合材料

利用机械活化-放电等离子烧结的方法,将Fe-Al-Al2O3粉末经机械活化后快速烧结,得到致密且晶粒细小的FeAl/Al2O3,块体复合材料.研究表明,在球粉质量比13:1、转速170r/min、球磨时间25h的球磨条件下,Fe-40%(原子数分数)Al-10%(质量分数)Al2O3粉体中的纳米级Al2O3颗粒,在细化和活化Fe、Al金属粉末的同时,还能有效地阻止金属粉末在烧结前合金化生成金属间化合物.在烧结压力40MPa、烧结温度1 050℃、加热时间15min、保温时间10min的工艺条件下,制备的FeAl/Al2O3复合材料的相对密度达96.4%.     

Al2O3/AlTiC/ZrO2/透辉石陶瓷材料的力学性能及微观结构

将金属Al、Al3Ti和TiC以AlTiC中间合金的形式以及ZrO2颗粒共同引入Al2O3基体材料中,热压制备了Al2O3/TiC/ZrO2/AlN复合材料.在此基础上,添加(体积分数)1%透辉石作为烧结助剂,以实现复合材料的液相烧结并促进其致密化程度.复合材料在烧结过程中有新相AlN生成;同时Al、TiC以及Al3Ti释放的Ti原子发生原子重组生成Al2Ti4C.对热压后材料的硬度、断裂韧度和抗弯强度进行了测试和分析;探讨了透辉石对材料致密化程度及力学性能的影响效果;研究了复合材料断面断裂方式的变化对其力学性能的影响;并对AlTiC中间合金的细化特性进行了分析.     

喷射沉积AlFeVSi合金模压致密化工艺与模锻制品组织性能研究

采用喷射沉积工艺制备了快速凝固AlFeVSi合金圆锭坯.从锭坯上截取试样,采用模压工艺进行了高温(450和500℃)致密化.通过金相显微组织观察、透射电镜分析、扫描电镜分析、力学性能检测等手段,研究了在高温模压过程中的应力应变状态和金属流变规律对喷射沉积AlFeVSi合金坯的致密化过程与组织性能的影响,并采用铝包套高温(450℃)模锻工艺经将喷射沉积Al-9.20Fe-1.37V-2.30Si合金压实坯加工成完全致密化的模锻件.结果表明,高温模压可以明显提高沉积坯的致密度,但在有限的高向加载应力条件下难以使沉积坯达到理想的结合状态,与喷射沉积坯相比,虽然模压制品强度和塑性有明显提高,但仍处于低水平.喷射沉积坯经热压后,采用铝包套模锻成形,可以实现锻坯有效致密化和改善粉末间结合状态,明显提高材料屈服强度、抗拉强度和延伸率.喷射沉积Al-9.20Fe-1.37V-2.30Si合金直径=200 mm铝包套模锻件拉伸力学性能(σ0.2、σb和δ)可达如下指标:室温(25℃),411MPa、463MPa、9.7%,高温(350℃),180MPa、190MPa、8.9%.     

无压烧结制备透辉石增韧补强氧化铝基结构陶瓷材料

采用温度梯度无压烧结工艺制备了透辉石增韧补强Al2O3基结构陶瓷材料,探讨了其烧结致密化特性,对无压烧结后材料的硬度、断裂韧度和抗弯强度进行了测试和分析;分析了复合材料力学性能随透辉石含量变化的关系;探讨了复合材料断面断裂方式的变化对其力学性能的影响.与纯Al2O3相比,透辉石/ Al2O3复合材料的力学性能得到明显提高,其中AD3[97% Al2O3 + 3%(体积分数)透辉石]综合力学性能较好,其硬度、抗弯强度和断裂韧度分别为15.57 GPa、417 MPa和5.2 MPa·m1/2.力学性能提高的主要原因是添加相与Al2O3基体之间界面反应的发生以及透辉石对复合材料的晶粒细化效应.     

真空热压烧结制备SiCp/2024Al复合材料动态力学性能

通过真空热压烧结制备30％(体积分数)SiCp/2024Al复合材料,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对其进行动态压缩实验,得到应变速率为1 600～3 800 s-1的动态应力-应变曲线.结果表明:在一定的高应变率范围内承受动态载荷时,30％SiCp/2024Al复合材料在不同应变率下,应力-应变曲线趋势变化不大,...     

碳含量和氮气压力对Ti2Al(C,N)合成的影响

在不同碳含量和氮气压力的条件下,采用热压烧结合成Ti_2Al(C,N)。使用X射线衍射(XRD)分析物相,三点抗弯测试强度并用扫描电镜(SEM)分析断口形貌,结果表明:碳含量对纯Ti_2Al(C,N)相的生成无明显影响,高氮气压力有利于合成纯Ti_2Al(C,N),却不利于试样的致密化,密度、晶体发育程度和杂相共同影响试样的强度。实际碳含量与理论碳含量比例为0.6,氮气压力40 kPa条件下烧结试样为Ti_2Al(C,N)/TiAl复合材料,其抗弯强度最高,可达330 MPa。     

超低碳Nb-V-Ti微合金钢热变形行为的研究

在热模拟实验的基础上，分析了变形条件及微合金元素Nb(0．018％～0．056％)、V(0．01％-0．02％)、Ti(0．01％-0．02％)对0．06％-0．08％C实验钢的热变形行为的影响。在Sellas-Tartat方程的基础上，建立了应力-应变曲线数学模型：动态回复模型σ(e)=σ0 (σp—σ0)[1-exp(-3．23ε/εs)]^0.5，式中：σp-峰值应力，σ0-初始应力，ε-变形应变，σs-加工硬化与回复进入稳态的临界应变；动态再结晶模型σ=σ(e)-(σp-σss){1-exp[-2．363(ε-εc)εc^0.3425)^2]}，式中：σss-动态再结晶进入稳态时的应力，εc-动态再结晶临界应变。利用该模型对0．07％C-0．018％Nb实验钢工业轧制时轧制压力进行了预测，其结果与实测值吻合良好。     

TiO_2含量对Al-TiO_2-C细化剂组织及细化效果的影响

以TiO_2粉、C粉、Al粉为原料,采用放热弥散法制备Al-TiO_2-C晶粒细化剂,并进行晶粒细化试验。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)等方法研究了不同TiO_2含量细化剂的显微组织。结果表明,Al-TiO_2-C晶粒细化剂由α-Al,Al_3Ti,Al_2O_3和Ti C相组成。TiO_2含量不同,Al-TiO_2-C晶粒细化剂内第二相形貌及分布也不同。当TiO_2含量为12%(质量分数)时,细化剂组织中Al_3Ti内包裹有大量的Al2O3和Ti C颗粒,这些颗粒将Al_3Ti分割开来,Al_3Ti相呈现圆块状,此时组织相对分布均匀。TiO_2含量不同,AlTiO_2-C晶粒细化剂对工业纯铝的细化效果也不同。随着TiO_2含量的增加,Al-TiO_2-C细化剂对工业纯铝的细化效果呈现先变好后变差的变化趋势,其中当TiO_2含量为12%时,其细化效果达到相对最好。本文细化剂的最佳添加量为0.3%。当细化剂中TiO_2含量为12%时,0.3%的细化剂添加量可使工业纯铝细化到约154μm。     

SiCp/2014Al复合材料的热变形行为及本构模型

在Gleeble-3180热模拟机上对碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/2014Al)复合材料进行热压缩试验,研究其在变形温度为350,400,450 ℃和500 ℃,应变速率为0.001,0.01,0.1s-1和1.0 s-1条件下的热变形行为。根据热压缩实验的真应变-真应力数据,在考虑应变、应变速率和变形温度对流动应力的耦合影响下构建修正的Johnson-Cook(JC)本构模型,同时建立人工神经网络模型(ANN)。结果表明:SiCp/2014Al复合材料的流变应力随应变速率的增加和温度的降低而增大。与修正的JC模型相比,ANN模型具有较低的均方根误差(0.51 MPa)和平均绝对误差(1.43%),以及较高的相关系数(0.999 7),表明其对SiCp/2014Al复合材料热变形流变应力的预测具有更高的预测精度和可靠性。      

粉末冶金50%Si_p/6061Al复合材料的结构与性能

以Si粉和6061Al合金粉末为原料,采用机械球磨-常压烧结工艺制备硅颗粒含量(质量分数)为50%的颗粒增强铝基复合材料,利用扫描电镜和X射线衍射仪分析不同温度下烧结的复合材料结构与物相组成,并测试材料的密度、抗弯强度、硬度及热膨胀系数等性能。结果表明,通过球磨可获得成分均匀的Si_p/6061Al复合粉体。烧结温度为700℃时,50%Si_p/6061Al复合材料仅含少量Al_2O_3杂质,Si相分布均匀,呈半连续骨架结构,Si颗粒与6061Al基体合金结合良好,材料中孔隙的数量和尺寸都最小。在680~750℃温度范围内,随烧结温度升高,50%Si_p/Al复合材料的致密度及抗弯强度先增大后降低,在700℃烧结的50%Si_p/6061Al复合材料具有优异的综合性能,其致密度、抗弯强度、硬度(HB)、热膨胀系数(室温)分别为96.4%,310.8 MPa,225.4和7.43×10~(-6)/K。     

MWCNTs特征对MWCNTs/Al复合材料组织及性能的影响

采用粉末冶金法制备多壁碳纳米管(MWCNTs)增强铝(Al)基复合材料(MWCNTs/Al),研究MWCNTs的特征对MWCNTs/Al复合材料显微组织结构及性能的影响。采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和拉伸实验对复合材料进行性能测试。结果表明:经过球磨混合的复合粉末中没有碳化铝(Al_4C_3)相,通过烧结和热挤压后出现Al_4C_3相。与长碳纳米管(L-MWCNTs)和短碳纳米管(S-MWCNTs)相比,镀镍碳纳米管(Ni-MWCNTs)在复合材料中分散更均匀,与Al基体的结合性更好,所得到的复合材料硬度和抗拉强度较高,抗拉强度可达到247 MPa,是纯Al的4倍。