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.     

热处理及SiC颗粒尺寸对15%SiC_p/6061Al复合材料性能的影响

采用粉末冶金法制备了体积分数15%的、不同粒度SiC颗粒增强的6061Al基复合材料,研究了固溶-时效热处理工艺对复合材料屈服强度、抗拉强度、延伸率的影响规律,确定了最佳热处理工艺参数,揭示了Si C颗粒(SiC_p)粒度变化对复合材料力学性能的影响规律,研究表明:随SiC_p粒度的增加,SiC_p/6061Al基复合材料的弹性模量基本不受影响;但复合材料的屈服强度、抗拉强度逐渐降低,延伸率、断面收缩率先增大后减小。当SiC_p粒度增加到10μm时,复合材料屈服强度、抗拉强度出现明显下降,同时复合材料延伸率和断面收缩率由提高变为降低,其原因是复合材料断裂失效机制由基体撕裂控制转变为增强颗粒开裂与基体撕裂共同控制。拉伸断口扫描电镜(SEM)分析表明,随着SiC_p粒度的增加,SiC_p/6061Al复合材料中出现颗粒开裂并且数量逐渐增加。     

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。     

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。     

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。     

HPT制备高含量SiC颗粒增强Al基复合材料的性能和致密化行为

采用高压扭转法制备了SiCP/Al基复合材料,分析了不同SiC体积分数复合材料的显微组织、硬度、相对密度及SiC颗粒分布的变化情况,并探讨了SiCP/Al基复合材料在高压扭转变形过程中的致密化机理。结果表明:随着SiC体积分数的增加,复合材料的相对密度不断减小,硬度和SiC颗粒的分布均匀程度均先增大后减小,且硬度沿试样径向呈递增趋势。同时,随着SiC体积分数的增大,SiC颗粒破碎和团聚现象也更为严重。     

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。     

SiC颗粒粒径对高压扭转SiC_P/Al复合材料致密度和拉伸性能的影响

采用高压扭转法(HPT)将不同尺寸的SiC颗粒和工业纯Al混合粉末直接固结成形制备SiC_P/Al复合材料。利用排水法测量复合材料的体积并计算致密度,再通过拉伸试验及拉伸断口扫描电镜观察,研究SiC颗粒粒径对复合材料致密度和拉伸性能的影响。结果表明,在200℃下,由于SiC颗粒含量一定,随着颗粒尺寸的增大,颗粒数量减少,比表面积逐渐减小,大颗粒受剪切作用而发生破碎的趋势加剧,结合不牢固的新生界面增加,导致复合材料致密度和抗拉强度呈先升高后降低的趋势;同时拉伸断口处韧窝尺寸逐渐增大,分布均匀性降低,韧窝处残留颗粒增加,复合材料韧性断裂特征减弱,脆性断裂特征增强。     

粉体粒径级配比对粉末冶金SiC_p/6061Al复合材料组织与性能的影响

选择不同粒径的6061Al粉末和SiC颗粒,采用真空热压法制备含35%SiC体积分数的SiCp/6061Al复合材料,研究不同级配比对复合材料显微组织和抗拉强度的影响。结果表明:复合粉末的粒径级配比可影响复合材料的微观组织和力学性能;当增强体颗粒粒径为15μm时,随基体6061粉末与SiC颗粒粒径比降低,SiC颗粒在复合材料中的分布越来越均匀,抗拉强度提高;当基体6061Al粒径为10μm时,随SiC颗粒粒径减小,复合材料微观组织的均匀性降低,但抗拉强度提高。并建立了理想的复合粉末颗粒分布模型,模型的理论计算结果与Slipenyuk公式计算结果接近。     

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。     

喷射共沉积SiCp／Al复合材料的组织与力学性能

用喷射共沉积技术制备了含３５ｖｏｌ％ＳｉＣ的ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料，用扫描电镜观察了这种复合材料沉积态的孔隙和ＳｉＣ颗粒分布。在拉伸实验机上测量了不同工艺条件下制备的ＳｉＣｐ／Ａｌ的应力－应变曲线，用扫描电镜观察了雾经前先抽真空，再充氮气保护工艺条件下得到的ＳｉＣｐ／Ａｌ经热压后拉伸试样的断口形貌，实验结果表明，沉积态复合材料孔隙数量较少，尺寸较小，ＳｉＣ分布均匀，雾化前抽真空并充氮气，热压均可提     

SiC颗粒特性对无压熔渗SiCp/Al复合材料热物理性能的影响

采用粉末注射成形-无压熔渗相结合技术制备出了电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料.重点研究了SiC粒径、体积分数以及粒径大小等颗粒特性对所制备复合材料热物理性能的影响规律.研究结果表明,SiCp/Al复合材料的热导率随SiC粒径的增大和体积分数的增加而增加;SiC粒径的大小对复合材料的热膨胀系数(CTE)没有显著的影响,而其体积分数对CTE的影响较大.CTE随着SiC颗粒体积分数的增加而减小,CTE实验值与基于Turner模型的预测值比较接近.通过对不同粒径的SiC粉末进行级配,可以实现体积分数在53%~68%、CTE(20~100℃)在7.8×10^-6~5.4×10^-6K^-1、热导率在140~190W·m·K^-1范围内变化.     

伪半固态触变成形制备SiCp/Al电子封装材料的组织与性能

采用伪半固态触变成形工艺制备了40%、56%和63%三种不同SiC体积分数颗粒增强Al基电子封装材料,并借助光学显微镜和扫描电镜分析了材料中Al和SiC的形态分布及其断口形貌,测定了材料的密度、致密度、热导率、热膨胀系数、抗压强度和抗弯强度.结果表明,通过伪半固态触变成形工艺可制备出的不同SiC体积分数Al基电子封装材料,其致密度高,热膨胀系数可控,材料中Al基体相互连接构成网状,SiC颗粒均匀镶嵌分布于Al基体中.随着SiC颗粒体积分数的增加,电子封装材料密度和室温下的热导率稍有增加,热膨胀系数逐渐减小,室温下的抗压强度和抗弯强度逐渐增加.SiC/Al电子封装材料的断裂方式为SiC的脆性断裂,同时伴随着Al基体的韧性断裂.     

SiC粒度及粉末装载量对SiCp/Al复合材料热循环行为及力学性能的影响

选用4种不同粒度的SiC分别与平均粒度为14 μm的SiC粉末混合,混炼后得到4种不同粉末装载量(体积分数)的喂料,采用粉末注射成形方法制备成SiC坯体,再无压熔渗Al～12%Si～8%Mg合金,获得高体积分数SiCp/Al复合材料,研究SiC粉末粒度及SiCp/Al复合材料中SiC的体积分数(即注射成形喂料中SiC粉...     

高体积分数SiCp/Al复合材料杯形件高温反挤压成形

将无压浸渗制备出的高体积分数SiCp/Al复合材料,通过高温反挤压方式成形杯形件.研究了在高温反挤压过程中复合材料的流变规律,利用扫描电镜(SEM)观察分析了高温反挤压参数对杯形件组织的影响.结果表明:在基体熔点以上,高体积分数SiCp/Al复合材料呈黏流体状态,颗粒与基体形成固-液混合体;高体积分数SiCp/Al复合材料高温反挤压变形后,基体仍保持连续,SiC颗粒在压力作用下发生转动、重排,部分颗粒破碎,颗粒分布均匀性较好;当变形温度较低、挤压速度较大时,颗粒易破碎,SiCp/Al复合材料杯形件内部颗粒尺寸不均匀,杯形件内角处颗粒尺寸较小;当变形温度较高、挤压速度较小时,杯形件内部颗粒尺寸均匀.     

Physical Properties of SiCp/Sialon Composites with 4% Y2O3

SiCp/Sialon ceramic manix composites were fabricated by pressureless sintering method using the Sialon powder synthesized from the kaolin clay and submicron SiC particles. The best sintering parameter of SiCp/Sialon composites with 4% (mass fraction) Y2O3 is 1500 ℃×2 h. It is shown that with the increasing of SiCp content, the bulk density decreases, the apparent porosity increases, the flexure strength increases at first and then decreases, the fracture toughness increases and hardness gradually decreases. The best physical properties can be obtained with 10 mass% SiCp, and the bulk density is 3.06 g ·cm-3, apparent porosity is 2.4％, flexure strength is 389.5 MPa, and Vickers hardness is 18.4 GPa. There will be 1280 MPa radial tensile stress and 640 MPa tangential stress in side of Sialon of interphase boundary between SiCp and Sialon phase by calcilation. The mechanism of improvement of SiC content on mechanical properties are also discussed.     

纳米SiC颗粒增强铝镁复合材料的制备与性能研究

采用放电等离子体烧结(spark plasma sintering,SPS)技术制备了含质量分数为0%、0.5%、1.0%、2.0%和5.0%的纳米SiC颗粒(SiC_p,平均粒径为40 nm)增强铝镁复合材料,通过扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)观察铝镁复合材料微观组织形貌,并对复合材料进行了力学性能测试,研究了不同质量分数纳米SiC_p对复合材料相对密度和力学性能的影响规律,确定了制备复合材料最佳SiCp添加量。研究表明:随着纳米SiC_p质量分数的增加,复合材料的硬度逐渐增加,抗拉强度呈现先增加后降低的变化趋势,质量分数为1.0%的SiC_p增强铝镁复合材料的性能最好,相对密度和抗拉强度分别达到了98.36%和301.5 MPa。     

航空用SiCp/Al复合材料热变形行为与环轧工艺研究

为了研究航空用高强韧碳化硅颗粒增强铝基复合材料（SiCp/Al）的热变形行为,为环轧制备航空用大尺寸环件提供工艺依据,采用粉末冶金工艺制备了17%SiCp/Al复合材料（体积分数）。通过不同温度与不同变形速率的热压缩实验,获得了复合材料在不同热变形条件下的应力应变关系,并根据这一关系建立了复合材料的热加工图。研究结果表明,SiCp/Al复合材料随着变形量的增加,在低于440 ℃或高于490 ℃以及高于0.100 s?1的变形速率下易发生失稳变形。SiCp/Al复合材料在变形温度与变形速率不适宜时,除了发生传统金属的失稳变形等工艺缺陷外,还会出现颗粒损伤引起的表面开裂,这种开裂无法通过机加工去除,应予以避免。最后,在热加工图的指导以及环轧实验验证下,给出了适宜SiCp/Al复合材料环轧成型的工艺参数,完成了外径达1200 mm的SiCp/Al复合材料环件制备。     

Effect of overaging and particle size on tensile deformation and fracture of particle-reinforced aluminum matrix composites

The effect of reinforcement particle size and overaging treatment on the tensile behavior and fracture morphology of a 2080/SiC/20 _p composite was investigated. Tensile behavior was profoundly influenced by particle size and matrix strength. The composite strength increased with a decrease in particle size, while overaging greatly reduced the strength of the composite, independent of particle size. Almost all particles on the fracture plane were fractured, and the amount of particle fracture in the composites was insensitive to overaging and particle size, due to the excellent bonding between SiC particles and the Al matrix. Fractography showed that void nucleation in the matrix of peak-aged composites took place primarily at very fine SiC particles, which were much smaller than the average SiC particle size. Subsequent failure took place by the tearing topography surface (TTS) mechanism. In the overaged composite, composites failed by a more conventional void nucleation and growth process, where void nucleation took place at coarsened S precipitate particles, resulting in smaller and more elongated voids.