SiC颗粒增强铝基复合材料物理及力学性能研究进展

SiC颗粒增强铝基复合材料既保持了金属特有的良好延展性、传热等特点,又具有陶瓷的耐高温性、耐磨损的要求。综述了SiC颗粒增强铝基复合材料的物理及力学性能,SiC颗粒增强铝基复合材料强化的物理模型主要有两种,即剪切滞后模型与Eshelby理论。     

高体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料的超声波钎焊

研究了大气条件无钎剂作用下,SiC颗粒体积分数为55%的SiCp/A356 复合材料的超声波辅助钎焊的性能,在焊接过程中采用了Zn-Al钎料,研究结果表明,当超声波作用时间为0.5 s时,在钎料与复合材料界面处大部分位置氧化膜仍然连续.当超声波作用时间增加到5 s时,焊接接头区域的氧化膜完全消失,有一些铝枝晶从母材向Zn-Al合金中生长,使Zn-Al合金能够完全润湿复合材料基体合金,形成良好的冶金结合.并且随着超声振动时间的延长,液态Zn-Al合金能够逐渐润湿复合材料表面裸露的SiC增强相颗粒,接头的剪切强度由0.5 s的54.3 MPa增加到5 s的155.6 MPa,和母材的剪切强度接近(159.9～178.1 MPa).     

增强体含量对TiB_2/A356铝基复合材料组织与性能的影响

通过熔盐反应法成功合成了原位TiB_2/A356铝基复合材料,研究了不同增强体含量对复合材料组织与性能的影响。结果表明,随着TiB_2颗粒含量增加,复合材料的晶粒尺寸逐渐降低。复合材料的强度随着增强体含量的增加而升高,而伸长率则表现出逐渐降低的趋势。利用改进的剪切-滞后模型对复合材料的屈服强度进行了预测,结果表明,该模型较好地反映了TiB_2/A356铝基复合材料的强度变化。     

浸渍法制备泡沫铝的显微组织和力学性能(英文)

利用聚合物泡沫采用压力浸渗铸造工艺制备开孔泡沫铝。所制备的泡沫铝能够很好地复制聚合物泡沫的几何尺寸。开孔泡沫铝的强度比闭孔泡沫铝的低很多,从而得到更多的应用。添加陶瓷颗粒可以改善泡沫铝的力学性能。本研究中,向 AC3A 铝合金中添加 SiC 颗粒得到复合材料泡沫。在复合材料泡沫中,SiC 颗粒嵌入在合金基体中及孔筋表面。高体积分数的陶瓷颗粒使合金泡沫铝的压缩强度、能量吸收、显微硬度增大。这些性能的改善归结为于泡沫铝的结构改变以及 SiC 颗粒存在于结点和孔筋处而引起的强度增加。     

电子封装用SiCP/Al复合材料的热膨胀性能

采用气压浸渗方法制备了SiCP／Al（SiC颗粒增强铝基复合材料）。研究了复合材料的工程热膨胀系数CTE和物理CTE随体积分数的变化关系。结果表明，随着SiC颗粒体积分数的增加，复合材料的工程CTE减小，物理CTE也减小。相比双尺寸SiC，／Al，单尺寸颗粒的SiCP／Al物理CTE曲线随温度增长不规则，这可以归结于SiC颗粒与基体合金接触表面积较小.     

颗粒尺寸对SiCp/6061铝基复合材料组织与性能的影响

采用搅拌铸造方法制备颗粒尺寸为20～50 μm的SiCp/6061铝基复合材料,研究了SiC颗粒尺寸对6061铝基复合材料显微组织、拉伸力学性能和耐磨性能的影响.结果表明:通过搅拌铸造方法制备6061铝基复合材料,SiC颗粒在6061铝基复合材料中分布较为均匀,且随SiC颗粒尺寸增大,6061铝基复合材料中SiC颗粒的分布均匀性提高.SiC颗粒尺寸越小,6061铝基复合材料的抗拉强度和伸长率越高.在SiC颗粒尺寸为20μm时,6061铝基复合材料的抗拉强度和伸长率分别为296MPa、5.5％.随SiC颗粒尺寸增大,6061铝基复合材料的耐磨性能提高,磨损率逐渐下降.     

SiCP／Al-Si复合材料颗粒偏析问题及力学性能

采用扫描电镜对基体中Si含量和冷却速度对SiCp/Al-Si复合材料颗粒偏析问题及Si含量和冷却速度对复合材料力学性能的影响进行了研究.结果表明,当基体分别为Al-7Si、Al-12Si和Al-21Si合金时,随着基体中Si含量的增加,SiC颗粒偏析得到明显改善,但当基体中Si含量大于12%时,随着Si含量的增加,SiC颗粒偏析改善的程度不明显.当基体为Al-7Si合金时,采用砂型时,SiC颗粒被排斥到共晶体内,形成颗粒偏析;采用石疆型时,由于冷却速度快,SiC颗粒没有充分的时间做长距离的移动,SiC颗粒分布均匀.随着基体中Si含量的增加,3种基体复合材料的力学性能逐渐降低.增大冷却速度可以明显提高材料的力学性能.     

SiCP增强泡沫铝基复合材料的制备工艺研究

将SiC颗粒增强铝基复合材料的制备技术与泡沫铝熔体发泡技术相结合,探索了制备SiC颗粒增强泡沫铝基复合材料的工艺方法。讨论了SiC颗粒与铝基体之间存在的润湿性,界面反应以及SiC颗粒在熔体中沉降等问题,通过选择合适的合金成分,对SiC颗粒进行预处理,采用特定的搅拌和发泡等一系列工艺方案成功地予以解决。在熔体发泡过程中,通过严格控制发泡温度、搅拌速度和搅拌时间等工艺参数,制得了孔隙率基本可调,SiC颗粒和孔洞分布均匀的泡沫铝样品。     

搅拌铸造法制备SiCp／A356铝基复合材料的研究

利用搅拌铸造技术制备SiCp/A356铝基复合材料.通过金相观察(OM),扫描电镜(SEM)及力学性能测试对所制备的颗粒增强铝基复合材料的显微组织和力学性能进行了研究.结果表明,SiC增强颗粒较均匀地分布于基体中,SiC/Al界面处存在明显的Si溶质偏聚,复合材料的孔隙率为4.2%;与基体合金相比,SiC颗粒的加入提高了复合材料的硬度和屈服强度,抗拉强度及延伸率略有下降;断口分析表明,搅拌铸造SiCp/A356铝基复合材料主要的断裂机制为SiC/Al界面脱粘及基体合金的脆性断裂.     

应变速率对SiC_P增强铝基复合材料拉伸性能的影响

采用拉伸试验研究了应变速率对SiC颗粒增强铝基复合材料塑性延伸强度及杨氏模量的影响。结果表明,随着应变速率的增加(0.0006~0.002s~(-1)),规定塑性延伸强度增加,杨氏模量波动较小。断口分析表明,尺寸为10~15μm SiC颗粒增强铝基复合材料断裂以SiC颗粒解理断裂为主。     

Effects of volume fraction of SiC particles on mechanical properties of SiC/A1 composites

SiC particle reinforced pure aluminum composites were fabricated using a powder metallurgy method. The effect of the volume fraction of the SiC particles on the mechanical properties of the composites was studied by both model simulation and experiment. The results indicate that the yield strength and tensile strength increase, but the elongation decreases with the increase in the volume fraction of the SiC particles. Both the modified shear lag model and the multi-scale model predicted yield strength and normalized elongation show similar evolution trends with the experimental data. However, the modified shear lag model underestimates the yield strength due to the ignorance of the strengthening mechanisms caused by grain refinement and dislocations interaction by the introduction of the SiC particles, and the multi-scale model overestimates the normalized elongation due to the ignorance of the pores distributed in the matrix.     

SiCp/Al合金复合材料时效强化的综合模型

以颗粒强化和时效强化理论为基础,结合铝合金时效动力学研究了SiCp／Al合金复合材料中增强体尺寸、体积分数以及时效制度对屈服强度的影响．分析不同时效制度下复合材料屈服强度与时效参数的关系,建立了一个SiCp／Al合金复合材料的时效强化综合模型,利用该模型可以预测复合材料屈服强度随增强体体积分数和尺寸以及时效时间的变化规律,将模型应用于SiC颗粒增强2XXX铝合金复合材料,结果显示模型预测值与实验数据吻合很好．     

SiC纳米颗粒增强A356铸造合金的表征(英文)

通过搅拌铸造制备SiC纳米颗粒增强A356铝合金复合材料,并研究其显微组织和力学性能。密度测量发现试样的孔隙度较低,且孔隙度随SiC颗粒体积分数的增加而增加。通过光学显微镜和透射电镜观察材料的显微组织,发现弥散的颗粒分布均匀。材料的拉伸强度和弹性模量随加入纳米SiC颗粒的增加而提高,而延展性有所降低。当SiC纳米颗粒的加入量为3.5%时,复合材料的屈服强度和极限抗拉强度达到最高。断口分析表明,拉伸断裂试样为相对韧性断裂。     

冷热循环对颗粒增强铝基复合材料微屈服行为的影响

采用微屈服强度测试、透射电镜和高分辨透射电镜分析,对经过不同冷热循环工艺处理后的颗粒增强铝基复合材料的微屈服行为进行了研究。结果表明,冷热循环次数虽然对颗粒增强铝基复合材料微屈服行为的宏观规律没有本质的影响,但是仍然影响颗粒增强铝基复合材料的微屈服行为。对球形颗粒而言,小应变量下的微屈服强度随冷热循环次数的增加而增高;但对棱形颗粒而言,循环次数的影响较为复杂。研究还表明,冷热循环次数影响颗粒增强铝基复合材料微屈服行为的主要原因是其位错组态和残余应力在不同的循环次数下有明显的不同。     

利用强磁场控制SiCp/Al复合材料增强颗粒分布状态

通过在不同的强磁场条件下进行低体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料的熔化和凝固试验,研究了利用强磁场控制SiC颗粒在Al基体中分布的可行性,分析了强磁场强度和种类对SiC颗粒与基体间界面的影响效果。研究发现,均恒强磁场能够促进SiC增强颗粒在铝基体中均匀分布,而通过选择磁场参数可以实现利用梯度强磁场控制增强相在基体中的运动行为。对于SiC/Al复合体系,强磁场能够抑制界面反应而有助于界面复合,在Al-Si合金为基体的情况下,复合材料界面结合良好。     

铸造ZL101A／SiCp复合材料的研究

采用真空搅拌复合工艺制备了铸造ZL101A／SiC复合材料,研究了变质和细化处理对复合材料组织的影响。结果表明：变质和细化处理铸造 ZL101A／SiC复合材料制备工艺的重要处理措施,可明显改善复合材料的组织。利用透射电镜对AL／SiC界面特征及界面反应进行分析,同时对该复合材料的铸造性能（熔体合金流动性能、线收缩、体收缩和热裂倾向）以及力学和物理性能进行了测试。     

颗粒增强铝基复合材料的半固态组织与性能

采用自制的半固态流变性能测试装置，研究了SiC颗粒增强铝基复合材料的半固态流变性能，并对其微观组织进行了分析。结果表明，在SiC颗粒体积分数低于12％的条件下，SiC颗粒越多，材料的半固态流变性能越好。半固态微观组织分析表明，SiC颗粒的分布状况与复合材料的半固态的变形量有关。     

纳米SiC颗粒增强ADC12铝基复合材料的制备及性能

采用机械搅拌和超声分散相结合的方法制备出了纳米SiC颗粒增强ADC12铝合金基复合材料,并对制备出的复合材料进行微观结构分析和力学性能测试.结果表明,与基体合金相比,当纳米SiC颗粒的含量为2.0%时,所制得的复合材料的抗拉强度、弹性模量、断面收缩率及硬度分别提高23%、43%、160%和7.4%.用扫描电镜对试样拉伸断口的形貌和SiC颗粒的分散情况进行观察,发现纳米SiC颗粒在基体内呈均匀的弥散分布,没有发现大的团聚.同时,纳米SiC颗粒的均匀分布起到了阻碍或者阻止裂纹产生和扩展的作用.     

搅拌铸造SiC_p/A356复合材料的显微组织及力学性能

采用搅拌铸造技术制备质量分数为15%的SiCp增强A356铝基复合材料,并对所制备的复合材料进行后续热挤压变形。通过金相观察(OM),扫描电镜(SEM)及力学性能测试等手段,对该复合材料显微组织与力学性能进行了研究。结果表明,所制备的复合材料铸态组织中,SiCp较均匀地分布于基体中,SiCp与Al界面处存在Si原子的富集;热挤压变形后,显微气孔等铸造缺陷明显减少,材料致密度显著提高,SiCp沿热挤压方向呈流线分布特征,颗粒均匀分散性明显提高;采用535℃×5h固溶+180℃×5h时效处理后,热挤压棒材的力学性能为:σs=370MPa,σb=225MPa,δ=5.3%,时效后析出强化相大小约为200nm,且弥散分布于基体中;断口分析表明,SiCp/A356铝基复合材料的断裂主要是由基体的塑性断裂及SiCp的断裂导致的。