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。     

颗粒体积分数对高压扭转的SiCp/Al基复合材料拉伸性能影响

基于高压扭转法制备SiCp/Al基复合材料,采用金相显微镜、室温拉伸性能测试实验并结合断口扫描电镜观察,研究颗粒体积分数对SiCp/Al基复合材料的显微组织和拉伸性能的影响.结果表明:SiC颗粒体积分数越大,剪切应变量越小,SiC颗粒分布越不均匀,团聚越严重.试样抗拉强度和屈服强度随SiC颗粒体积分数的增加而增加,但塑性降低.拉伸断口韧窝尺寸大小不一.高压扭转的SiCp/Al基复合材料断裂属于韧性断裂与脆性断裂混合模式,但随着SiC体积分数越小,材料断口的韧窝和撕裂棱越多,韧性断裂特征变得更为显著.     

高压扭转制备SiC_p/Al复合材料的断裂行为

为了研究大塑性变形对颗粒增强复合材料断裂行为的影响规律,在不同高压扭转工艺(high-pressure torsion,HPT)工艺参数下制备SiC_p/Al复合材料,测量试样真应力-应变曲线和观察试样的断口形貌,并分析SiC-Al界面的EDS谱。在分析各参数下材料断口形貌和界面原子扩散的基础上,讨论颗粒增强复合材料的断裂机理。研究发现:SiC_p/Al复合材料包含韧性断裂和脆性断裂2种性质的断裂,断口韧窝的大小和数量与材料的工艺参数有关;HPT变形可以有效改善SiC颗粒与Al基体的界面连接强度,提高该类材料的断裂性质。基体内气孔和颗粒与基体间孔隙的连接是金属基复合材料的主要断裂机制。     

室温HPT制备SiC_p/Al复合材料的硬度分布特征

将纯Al颗粒和SiC颗粒混合,室温下采用高压扭转变形(HPT)制备试样,测定不同工艺参数下试样表面的显微硬度,绘制显微硬度—扭转半径曲线图,分析各试样的硬度分布特征。结果表明:由于高压扭转变形应变量的影响,SiCp/Al复合材料经HPT变形后,各试样表面硬度沿径向呈递增分布,边缘硬度值受飞边的影响较大;单一尺寸SiC颗粒强化的试样通过增大加载压力、增大扭转圈数或提高SiC颗粒体积分数可以提高试样的显微硬度值;采用双尺寸SiC颗粒最佳粒径配比或最佳体积配比更有利于提高试样硬度,通过优化双尺寸SiC颗粒粒径配比或体积配比,可以获得更高的试样硬度,且硬度分布更加均匀。     

不同粒径的SiC体积配比对SiC_p/Al基复合材料显微组织和拉伸性能的影响

为了研究不同粒径的Si C体积配比对SiC_p/Al基复合材料显微组织及拉伸性能的影响,采用高压扭转法(High-pressure torsion,HPT)将3.5μm(小)、7.0μm(大)SiC颗粒体积比分别为4∶1、1∶1、1∶4的SiC颗粒和纯Al粉末混合物制备成10%SiC_p/Al基复合材料(体积分数)。用金相显微镜、万能试验机、扫描电镜等分析2种粒径的Si C体积比对SiC_p/Al基复合材料显微组织和拉伸性能的影响。结果表明,随扭转半径增大,各试样的SiC颗粒分布更加均匀,颗粒团聚、偏聚现象减少,其中小、大SiC颗粒体积比为1∶1的试样性能最优,伸长率、相对密度最高,分别达到14.3%和99.1%,拉伸断裂形式为塑性断裂。     

SiC粒径比对SiC_p/Al基复合材料组织及性能的影响

采用高压扭转(high pressure torsion)法将粒径比分别为1:1,1:7,1:21的SiC颗粒和纯铝粉末的混合物固结成金属基复合材料。利用金相显微镜、显微维氏硬度计、万能试验机和扫描电镜研究不同SiC粒径比对SiCp/Al复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明,与SiC粒径比1:1的试样相比,粒径比为1:7和1:21的试样中SiC颗粒分布更加均匀,颗粒间无明显团聚现象;大颗粒加入后对材料硬度的影响较为复杂,1:21试样硬度值最低;材料伸长率分别提高130%和113%,致密度也高于1:1的试样,材料断裂形式为韧性断裂。SiC粒径比为1:7试样的致密度、伸长率高于粒径比为1:21试样,综合性能较好。     

热挤压对SiC_p/6061Al基复合材料组织和性能的影响

采用粉末冶金法(PM)制备了SiC_p/6061Al基复合材料,并对材料进行热挤压。利用金相显微镜、扫描电镜观察材料的微观组织,分析了材料的物理性能和力学性能,研究了热挤压对复合材料组织和性能的影响。结果表明:对PM法制备的铝基复合材料进行热挤压,可以大大提高复合材料的致密度和力学性能,热挤压后的SiC颗粒分布与挤压力方向趋于一致,在基体中的分布更加均匀。     

烧结温度对SiC_p/Al复合材料组织与性能的影响

借助于直热法粉末触变成形,通过控制加电方式,压制成形并烧结制备SiC_p/Al复合材料,并对复合材料进行微观组织分析及热物理性能与力学性能测试,研究烧结温度对复合材料微观组织、热膨胀系数、热导率及抗弯强度的影响。结果表明:随烧结温度升高,复合材料内气孔减少,热膨胀系数先减小后增大,热导率逐渐增大,抗弯强度先增大后减小。最佳烧结温度为600℃,此温度下制备的含SiC_p体积分数60%的SiC_p/Al复合材料中,SiC_p颗粒分布均匀,材料组织致密;室温至250℃平均热膨胀系数小于5.0×10-6℃-1,其室温热导率为165W/(m·℃),密度为3.01 g/cm3,复合材料的抗弯强度为340 MPa。     

无压浸渗制备SiC_p/Al复合材料的力学性能研究

采用无压浸渗法制备出不同SiC粒度组成和硅含量的SiCp/Al复合材料,并对其性能进行测试分析。研究结果表明:SiCp/Al-7Si复合材料硬度比SiCp/Al-12Si复合材料的低,但抗弯强度和断裂韧性比SiCp/Al-12Si复合材料的高,对不同SiCp/Al复合材料的力学性能的影响程度各不相同;粒径小的SiC颗粒有利于SiCp/Al复合材料的硬度、抗弯强度和断裂韧性的提高。当SiC粒度为W7,铝合金中Si含量(质量分数)为7%时,SiCp/Al复合材料的抗弯强度为502MPa、断裂韧性为7.1MPa·m1/2、硬度为66HRA。     

粉末冶金法制备SiC_p/Al复合材料的研究现状

详细阐述了SiC_p/Al复合材料的粉末冶金制备工艺,包括混粉工艺(如球料比、球磨时间、球磨机转速),冷压成形(如压制压力、保压时间、静置时间等参数的选择),除气(如除气方法),热固结技术(如真空热压法、常压烧结热挤压法、粉末热挤压法)等;简述了增强体(SiC_p)尺寸、界面对SiC_p/Al复合材料性能的影响以及SiC_p/Al复合材料的强化机制;最后展望了SiC_p/Al复合材料的发展方向。     

等径角挤扭对SiC_p/Al复合材料微观结构及力学性能的影响

以SiC_p/Al复合粉末为研究对象,开展不同变形程度的等径角挤扭(ECAPT)变形实验,研究等径角挤扭对SiC_p/Al复合材料微观结构及力学性能的影响。利用OM、XRD、TEM和XPS以及排水测密度法、力学性能测试等手段分析不同试样的微观组织和力学性能的演变规律以及界面反应情况。结果表明:随变形道次增加,Si C团聚现象得到改善,微晶尺寸逐渐减小,位错密度逐渐增大;材料界面处发生保护反应生成Al_2O_3,且反应程度随变形道次增加而加剧,未发生有害的界面反应,无Al_4C_3脆性相生成。4道次变形后材料的显微硬度和屈服强度相比1道次分别提高10%和16%。     

注射成形与压力熔渗方法制备高体积分数SiCP/Al封装盒体及其导热性能分析

先用注射成形方法制备出SiC预成形坯,然后使用压力熔渗方法将熔融Al熔渗于预成形坯体得到含65%(体积分数)SiC颗粒的SiCp/Al复合材料的封装盒体.SEM分析结果表明,封装盒体中的Al熔渗完全,内部组织均匀,且基本达到完全致密化;XRD分析结果得出,压力熔渗SiCP/Al复合材料中有微量的Al4C3生成,少量Al4C3有利于促进复合材料的导热性能;对于高体积分数SiCP/Al复合材料,界面热阻对材料热导率的影响不可忽略,使用等效粒径和Hasselman-Johnson模型计算本试验制备的SiCP/Al复合材料的界面热阻约为4.68×10-8m2·W/K.     

等径角挤扭法制备SiC_p/Al复合材料的界面特性

以Al和SiC的混合粉末为原料,采用等径角挤扭工艺制备出含Si C颗粒(体积分数8.75%)的SiCp/Al复合材料,并对其界面情况进行研究。采用X射线光电子能谱(XPS)对制备出的复合材料界面结合处的Si和Al元素的价态进行测定,利用扫描电镜(SEM)和场发射扫描电镜(FE-SEM)观察结合界面。结果表明,SiC的氧化层与Al之间形成了冶金结合界面过渡层,材料界面处的显微硬度从1.73 GPa过渡到0.64 GPa,冶金结合界面使材料表现出优良的耐蚀性,材料的压缩断口界面层为塑性断裂。     

空气气氛下无压渗透法制备SiCp/Al复合材料的研究

碳化硅颗粒增强铝基复合材料，由于具有高的比强度、比模量、良好的热传导率、可调的热膨胀系数等优异性能，在航空航天、电子封装等领域得到了广泛应用。无压渗透是近年来发展起来的制备这种复合材料的较好方法。我们在综合分析其技术特点的基础上，在空气气氛下制备了不同Si含量的样品。从显微结构分析看，空气气氛下制备铝碳化硅复合材料是可行的，而且Si含量为12％时，渗透较好。     

冷热循环对粉末冶金SiCp/Al复合材料力学性能的影响

采用粉末冶金制备了15％（体积分数）SiCp/Al复合材料，研究了不同冷热循环工艺对复合材料力学性能的影响。结果表明，上限温度在175℃以下的冷热循环对复合材料的屈服强度和抗拉强度影响不大，当上限温度达到200℃后复合材料的屈服强度提高了80MPa，抗拉强度则基本不变。复合材料的屈服强度的提高主要是由于材料在冷热循环的高温过程中基体中的G．P区转变成了过渡相口”。断口观察表明，经过不同冷热循环工艺处理后，复合材料的断裂形式大致相同，即除了基体断裂外，还存在SiC颗粒开裂的情况。冷热循环对复合材料的延伸率影响不明显。     

热处理对SiCp/Al复合材料拉伸变形行为的影响

采用压力浸渗法制备SiC体积分数为55%的SiCp/Al-10Si-0.7Mg复合材料.通过拉伸试验和扫描电镜研究不同热处理工艺对该复合材料拉伸变形行为及显微组织的影响.结果表明,热处理对高体积分数SiCp/Al-10Si-0.7Mg复合材料的弹性模量影响很小,但T6热处理可显著提高其在拉伸时的弹性极限,而冷热循环处理可以在T6热处理的基础上进一步提高拉伸弹性极限.高体积分数SiCp/Al-10Si-0.7Mg复合材料的拉伸弹性极限的提高主要是热处理过程中基体铝合金中的固溶和时效强化、残余内应力的消除、位错强化和加工硬化综合作用的结果.