Thermo-physical Properties and Reaction Process of SiCp/Al-7Si-5Mg Aluminum Matrix Composites Fabricated by Pressureless Infiltration

采用无压浸渗法制备出了体积分数为55%~70%的SiCp/Al复合材料,并对其反应机理、组织形貌以及热物理性能进行了研究。XRD及热力学分析表明：复合材料在制备的过程中最可能发生的界面反应为SiO2(s)+Al(l)+MgO(s)→MgAl2O4(s)+Si(s),提高Si元素的活度可以有效抑制有害界面产物Al4C3的生成;金相显微分析表明：复合材料组织均匀,结构致密,在复合材料制备过程中易产生浸渗缺陷;热物理研究表明：浸渗缺陷较少,结构致密的复合材料其最佳热导 (TC) 和热膨胀系数 (CTE) 分别为170.2 W/(m·K)和6.64×10-6 K-1。     

造孔剂对无压熔渗SiC_p/Al复合材料的组织和导热性能的影响

利用无压浸渗法制备高体积分数的SiCp/Al复合材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)对预制块和复合材料的相组成及微观组织进行分析,研究不同造孔剂对复合材料导热性能的影响。结果表明:在900℃时,以Fe(NO3)3.9H2O为造孔剂制备的复合材料组织均匀,致密度好,无明显气孔缺陷,界面反应产物为Mg2Si、MgAl2O4和Fe;以Ni(NO3)2.6H2O为造孔剂制备的复合材料致密度差,有明显气孔缺陷,界面反应产物为Mg2Si、MgAl2O4和NiO,且热导率和相对密度均低于以Fe(NO3)3.9H2O为造孔剂制备的复合材料的,其原因是Fe2O3和铝液发生铝热反应改善基体和SiC的润湿性,从而提高复合材料的致密度。     

含高体积分数SiC_p的Al复合材料微观组织及弯曲性能

利用无压浸渗法制备高体积分数SiC的SiC_p/Al复合材料.采用XRD和SEM对复合材料的相组成、微观组织及断口形貌进行分析,研究颗粒粒径分布和基体合金成分对复合材料抗弯性能的影响.结果表明:以Al-10Si-8Mg(质量分数,%)合金为基体制备的复合材料组织均匀,致密度好,无明显气孔缺陷;界面反应产物为Mg2Si、MgAl_2O_4和Fe,其弯曲强度高于以Al-10Si合金为基体制备的复合材料的弯曲强度;SiC_p/Al复合材料的弯曲强度随着SiC颗粒粒径的增大而减小;复合材料整体上表现出脆性断裂的特征.     

B_4C/Al-Si复合材料的制备

采用真空无压烧结法,制备了多孔碳化硼(B4C)骨架,致密度为46.8%.然后采用真空无压浸渗法,以A356铝合金为渗体,与B4C骨架进行复合.制备了B4C/Al-Si复合材料,致密度达99%以上,抗压强度为453 MPa,弯曲强度为294 MPa.微观结构分析结果表明,制备的复合材料组织致密,形成的Al、Si、Al3BC相分布均匀,界面复合良好.Al主要分布在B4C颗粒间,Si相主要分布在B4C和Al的界面处,使B4C和Al紧密结合,且试样的表面和心部均有分布均匀的Al存在.制备的B4C/Al-Si复合材料中B4C形成连续的骨架结构,而孔隙处的金属相则起到增韧、增强的作用.     

无压浸渗制备Al/SiCp陶瓷基复合材料研究

采用无压浸渗法,研究Mg、Si、浸渗时间时Al/SiCp陶瓷基复合材料制备及组织的影响.增加铝合金液的流动性,提高铝液同SiC之间的浸润性,防止有害ALC3界面形成,是保证复合材料科学制备的重要因素.研究结果表明,2h保温时间、10%Mg和15%Si铝合金液的实验参数制备的Al/SiCp复合材料浸渗充分,组织致密化程度高,是无压浸渗制备复合材料较好的参数.     

高含量Sip/Al复合材料的无压浸渗机制

采用无压浸渗工艺, 制备出高含量Sip/Al复合材料. 对无压浸渗过程进行了静力学分析, 对无压浸渗机制进行了研究, 并采用电阻法对Al液无压浸渗Si松装多孔体的动力学过程进行了实时测量. 结果表明: Al液浸渗Si多孔预制体符合浸渗静力学条件, 其实际浸渗过程符合抛物线关系. 组织观察结果表明, Si相呈网络状连续分布, 其形成机制主要为浸渗时Si颗粒的溶解-析出机制和凝固过程中Si的附着析出机制. 组织中存在少量的孔隙. 复合材料的界面清洁平整, 未发现有反应物存在.     

浸渗温度对SiC/Al双连续相复合材料界面组织和导热性的影响

采用原位反应无压浸渗工艺,制备了Si C/Al双连续相复合材料,研究烧结温度对Si C/Al双连续相复合材料的导热性能的影响,观察Si C/Al双连续相复合材料的表面形貌。结果表明:Al合金熔体在无压下能渗入三维网状Si C多孔陶瓷孔隙,形成组织均匀具有网络贯穿结构的Si C/Al双连续相复合材料。浸渗温度对复合材料的导热系数影响很大,当浸渗温度为900、1000、1100和1200℃时,复合材料室温下的导热系数分别为167.4、160、154和152 W/(m·K),与浸渗温度900℃相比,浸渗温度1200℃复合材料室温下的导热系数下降了9%。因此,在保证浸渗完全的情况下,随着浸渗温度的升高,复合材料的导热性能越来越差,这主要是由于高温下熔融Al液与Si C陶瓷之间发生界面反应所致;适当地降低熔渗温度可以减缓界面反应的程度,从而提高复合材料的导热性能。本实验的最佳工艺条件为N2气氛,900℃保温3 h。     

真空辅助差压浸渗制备C_f/Al复合材料的组织与性能

基于差压铸造原理开发出连续碳纤维增强铝基复合材料(Cf/Al)真空辅助差压浸渗制备新工艺。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)分析了Cf/Al复合材料的微观组织、纤维分布、界面结构成分和试样断口形貌,通过三点弯曲试验测试了Cf/Al复合材料的室温抗弯强度。结果表明,制备的复合材料组织致密,纤维分布均匀且与基体结合良好;复合材料中界面反应物尺寸细小且呈非连续分布状态,其主要成分为Al4C3相和Mg2Si相;复合材料室温抗弯强度达到了1 078MPa,断口有部分纤维拔出和C/Al界面脱粘现象,呈现出明显的韧性断裂特征。     

无压浸渗法制备Al2O3颗粒增强铝基复合材料

采用无压浸渗法制备了Al2O3/Al复合材料,研究了材料的微观组织与力学性能。复合材料组织致密,颗粒分布均匀,无偏聚现象。铸造态复合材料的Al2O3颗粒表面存在界面反应物,经过透射电镜观察和XRD分析确认该反应物为MgAl2O4。T6处理后界面反应程度加剧,但弯曲强度达到439.4MPa,断口中撕裂棱和韧窝的数量较少,以颗粒的脆性断裂为主。Al2O3/Al复合材料中界面反应的存在提高了润湿性,促进了无压自发浸渗。     

连续玄武岩纤维增强铝基层状复合材料的制备与力学特性

将连续玄武岩纤维(continuous basalt fiber,CBF)二维编织布与Al-12Si合金箔交替叠层堆垛成三明治结构,再利用真空压力浸渗技术成功制备出高体积分数(65%)的连续玄武岩纤维增强铝基(CBF/Al)层状复合材料。研究了浸渗工艺对复合材料微观组织演变的影响规律,阐明了CBF/Al复合材料的层状结构形成机理,并评价了其力学性能。研究表明:在温度为660℃、压力为10 MPa条件下浸渗10 min可以获得全致密的CBF/Al复合材料,其微观组织呈现独特的层状结构,即玄武岩纤维在铝合金基体中呈现垂直交叉层状分布特征,玄武岩纤维与铝合金基体未发生明显的化学反应,且由于玄武岩纤维与铝合金基体之间发生了元素(如Al、Si等)互扩散而形成了良好的冶金结合界面。纤维非理想排布方式而导致的有效承载能力下降以及高温下玄武岩纤维断裂强度降低是CBF/Al层状复合材料未达到理想力学性能的关键因素。     

Si3N4颗粒体积分数对Si3N4/Al复合材料微观组织和力学性能的影响（英文）

采用压力浸渗法制备Si3N4体积分数分别为45%、50%和55%的颗粒增强铝基复合材料(Si3N4/Al)。研究Si3N4体积分数和T6热处理对Si3N4/Al复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:Si3N4颗粒分散均匀,Si3N4/Al复合材料浸渗良好,没有明显的孔洞和铸造缺陷;在Si3N4颗粒附近的铝基体中,可以观察到高密度位错;Si3N4/Al复合材料的弯曲强度随着Si3N4体积分数的增大而降低;T6热处理能提高复合材料的强度;复合材料的弹性模量随着Si3N4体积分数的增加而线性增加;在低Si3N4体积分数时,可以观察到更多的撕裂棱和韧窝;T6热处理对断口形貌的影响较小。     

Mg对真空压力浸渗SiC_p/Al复合材料组织和性能的影响

采用光学显微镜、X射线衍射仪和电子万能试验机等手段研究Mg含量对真空压力浸渗SiCp/Al复合材料组织和性能的影响。结果表明:Mg能提高Al合金的浸渗性能,Mg含量的增加使复合材料致密度升高。Mg促进SiC/Al界面反应的发生,当Mg含量为0~6%(质量分数)时,未观察到明显界面反应产物;当Mg含量为8%时,发生界面反应生成Mg_2Si和Al_4C_3。当Mg含量为0~6%时,由于复合材料致密度的提高及Mg对Al基体的固溶强化作用,导致复合材料强度提高;当Mg含量为8%时,生成的Al_4C_3降低Si C/Al界面结合力,使复合材料强度下降。当Mg含量为0~4%时,致密度的提高使复合材料热导率上升;当Mg含量为4%~8%时,过量的Mg使Al基体热导率降低,Al_4C_3的生成使界面热传导受阻,导致复合材料热导率下降。     

无压浸渗制备Si3N4/Al复合材料的反应浸渗机理

采用"中断浸渗"方法获得保留了"浸渗前沿"的样品,应用扫描电子显微镜和X射线能谱分析了浸渗界面上的形貌和成分变化,深入讨论了浸渗界面推进过程中的物理、化学反应过程.采用扫描电镜等微观分析手段观察了复合材料显微形貌,探讨了界面反应机理.研究结果表明:浸渗界面推进过程中熔体中的Mg富集在浸渗前沿的预制体上,并与预制体发生反应;Al/Si3N4界面反应产物AlN相形成"楔形"向Si3N4单元心部推进,细观上呈现含毛细通道的胞状辐射形貌,大量毛细通道确保了Al和Si3N4之间的置换反应持续进行;Al与Si3N4的置换反应产物Si绝大部分溶解在铝镁合金熔体中.     

无压浸渗制备Si3N4／Al复合材料的反应浸渗机理

采用“中断浸渗”方法获得保留了“浸渗前沿”的样品，应用扫描电子显微镜和X射线能谱分析了浸渗界面上的形貌和成分变化，深入讨论了浸渗界面推进过程中的物理、化学反应过程。采用扫描电镜等微观分析手段观察了复合材料显微形貌，探讨了界面反应机理。研究结果表明：浸渗界面推进过程中熔体中的Mg富集在浸渗前沿的预制体上，并与预制体发生反应；Al／Si3N4界面反应产物AlN相形成“楔形”向Si3N4单元心部推进，细观上呈现含毛细通道的胞状辐射形貌，大量毛细通道确保了Al和Si3N4之间的置换反应持续进行：Al与Si3N4的置换反应产物Si绝大部分溶解在铝镁合金熔体中。     

压力下浸渗-半固态致密法制备Al2O3sf·SiCp/Al复合材料

在分析了各种传统金属基复合材料制备方法的基础上,提出了金属基复合材料压力下浸渗-半固态致密制备的新工艺,并利用该工艺成功地制备了Al2O3sf·SiCp/Al复合材料.结果表明:新工艺制备的复合材料的界面结合良好、组织致密、性能优异;新工艺为金属基复合材料压力下浸渗-半固态模锻成形一体化工艺奠定了研究基础.     

高性能SiC增强Al基复合材料的显微组织和热性能

采用模压成型和无压浸渗工艺制备了高体积分数SiC增强Al基复合材料(AlSiC),对其物相和显微结构进行研究。结果表明:用上述方法制备的AlSiC复合材料组织致密,两种粒径的SiC颗粒均匀分布于Al基质中,界面结合强度高;SiC增强颗粒与Al基质界面反应控制良好,未出现Al4C3等脆性相。分析指出:Al合金中Si元素的存在有利于防止脆性相Al4C3的形成,Mg元素的加入提高了Al基体和SiC增强体之间的润湿性。所获得复合材料的平均热膨胀系数为9.31×10 6K 1,热导率为238 W/(m.K),密度为2.97 g/cm3,表现出了良好的性能,完全满足高性能电子封装材料的要求。     

SiC/Al复合材料嵌入SiO2的界面与力学性能

采用气压浸渗法实现了SiC/Al和SiO2构件的原位连接,SiC/Al复合材料组织浸渗致密,SiC颗粒的分布较均匀.该复合材料的主要断裂机制为基体和颗粒的混合断裂.SiC/Al和SiO2构件在界面处发生了反应,主要生成了Al2O3和Si.SiC/Al/SiO2的抗弯强度随保温时间的增加而增加,10 min为最佳的保温时间.     

气压浸渗法制备Al_2O_(3(sf))/Al复合材料的缺陷分析

采用气压液态金属浸渗法制备了Al2O3(sf)/Al复合材料,通过X射线衍射仪、能谱仪、扫描电镜等研究手段对材料微观缺陷进行观察分析。研究表明,影响Al2O3(sf)/Al复合材料力学性能的主要因素有:在材料制备过程中,纤维不均匀分布造成的团聚;基体合金在加热过程中析出的Mg2Si相以及熔融金属液在浸渗预制体时所产生的显微缩孔及气孔。     

底部真空无压浸渗制备SiC_p/Al工艺与性能（英文）

采用底部真空无压浸渗新工艺制备了β-SiCp/Al复合材料。SiC预制体在1373 K高温氧化及被熔融铝浸渗时加入Si、Mg合金元素。通过金相显微镜及SEM表征了复合材料的表面和断口形貌。结果表明,SiC颗粒在基体铝中分布均匀,SiC预制体浸渗完全。XRD分析表明,复合材料中的主晶相为SiC和Al,存在Mg2Si,MgAl2O4界面产物,没有出现Al4C3脆性相。复合材料的力学性能研究表明,复合材料的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损;随着SiC体积分数的增加,复合材料的磨损率下降,硬度上升。     

SiC_p/Al电子封装材料与陶瓷元件浸渗连接机理研究

分别将陶瓷元件嵌入凝胶注模成型后的SiC预制型中,再采用气压浸渗T艺制备高体积分数SiCp/Al复合材料的同时,实现了复合材料与元件的原位连接.采用SEM、EDS和XRD等分析了连接界面的显微组织及界面反应,结果表明:SiCp/AI与元件间的界面反应产物由MgAl204和Mg3Al2(SiO4)3等组成,界面反应层厚度约2～3μm,产物生成量主要由Al合金中的Mg、元件中SiO2含量等因素决定;SiCp/Al复合材料与Al2O3元件通过气压浸渗可以实现有效的反应连接.