多孔Al2O3f/Al2O3复合材料研究进展

作为20世纪90年代兴起的一类连续陶瓷纤维增强陶瓷基复合材料,连续氧化铝纤维增韧氧化铝(Al₂O_3f/Al₂O₃)复合材料已经发展为与C_f/SiC、SiC_f/SiC等非氧化物复合材料并列的陶瓷基复合材料。以多孔基体实现基体裂纹偏转成为Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料主要的增韧设计方法,形成的多孔Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料具有优异的抗氧化性能和高温力学性能,可在高温富氧、富含水汽的中等载荷工况中长时服役,是未来重要的热结构材料。经过近30年的发展,多孔Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料已被应用于航空发动机、燃气轮机等热端部件。本文综述了多孔Al₂O_3f...     

(Al11La3+Al2O3)/Al复合材料的高温性能及其强化机制

利用Al-La₂O₃的原位反应和粉末冶金工艺制备出(Al₁₁La₃+Al₂O₃)/Al复合材料。结果表明，高能球磨和高温烧结促进了原位反应，使Al与La₂O₃充分反应并制备出致密无缺陷的材料。对其微观组织的分析表明，微米Al₁₁La₃和纳米Al₂O₃颗粒均匀分散于基体之中。这种复合材料的室温抗拉强度为328 MPa、延伸率为10.5%,350℃的高温抗拉强度为119 MPa、延伸率为10.2%。与传统Al-Cu-Mg-Ag和Al-Si-Cu-Mg耐热铝合金相比，本文的制备的(Al₁₁La₃+Al₂O₃)/Al复合材料其高温抗拉强度提高了大约20%。这种材料的室温强化机制源于Al₁₁La₃和Al     

原位气相生长法制备碳纳米管/Al2O3陶瓷复合材料

以Al₂O₃陶瓷成型体为基体,通过化学气相反应在陶瓷体内原位生长碳纳米管（CNTs）,制备出CNTs/Al₂O₃陶瓷复合材料。结果表明,Al₂O₃陶瓷体中均匀分布有可观量的多壁CNTs,碳管根部嵌于Al₂O₃晶粒间并从晶粒表面生长出。在Al₂O₃陶瓷成型体中原位生长CNTs需严格控制生长条件,尤其是生长温度（850℃）,温度过高和过低都难以长出CNTs,此外造孔剂、碳源和催化剂也影响CNTs的原位生长。对原位生长的CNTs/Al₂O₃复合体进一步高温烧结获得致密化的复合材料,其导电率达3.7 S/m,较纯Al₂O₃提高13个数量级。在陶瓷成型体中原位生长CNTs是一步法制备CNTs/陶瓷复合材料的新方法,可用于发展高性能的结构陶瓷和具有导电导热等多功能特性的新型陶瓷复合材料。     

Bi2O3助熔剂对CaO-B2O3-SiO2/Al2O3玻璃陶瓷复合材料性能的影响

以CaO-B₂O₃-SiO₂(CBS)玻璃粉体和Al₂O₃陶瓷粉体为原料,通过在CBS与Al₂O₃的质量比固定为50:50的玻璃-陶瓷复合材料中添加适量的Bi₂O₃作为烧结助熔剂,探讨了Bi₂O₃助熔剂对CBS/Al₂O₃复合材料的烧结性能、介电性能、抗弯强度和热膨胀系数的影响规律.研究表明:Bi₂O₃助熔剂能通过降低CBS玻璃的转变温度和黏度促进CBS/Al₂O₃复合材料的致密化进程,于880 ℃下烧结即能获得结构较致密、气孔较少的CBS/Al₂O₃复合材料.然而,过量添加Bi₂O₃将使玻璃的黏度过低,从而恶化CBS/Al₂O₃复合材料的烧结性能、介电性能及抗弯强度.当Bi₂O₃的添加量为CBS/Al₂O₃复合材料的1.5wt%时,于880 ℃下烧结即能获得最为致密的CBS/Al₂O₃复合材料,密度为2.82 g·cm^-3,这一材料具有良好的介电性能(介电常数为7.21,介电损耗为1.06×10^-3),抗弯强度为190.34 MPa,0~300 ℃的热膨胀系数为3.52×10^-6 K^-1.     

几种不同改性剂对稻草/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯复合材料性能的影响

以稻草纤维及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）为原料,分别以活性炭、Al₂O₃、SiO₂和硅烷偶联剂为增强改性剂,通过混炼-模压工艺制备了改性剂-稻草/ABS复合材料,对比研究了几种不同增强改性剂的增强效果及其增强机制。结果表明：硅烷偶联剂对稻草/ABS复合材料的增强效果较差,活性炭、Al₂O₃和SiO₂对稻草/ABS复合材料的增强均优于硅烷偶联剂,其中Al₂O₃的增强效果最佳。当Al₂O₃的添加量（Al₂O₃∶ABS质量比）为5%时,Al₂O₃-稻草/ABS复合材料的拉伸、弯曲及冲击强度分别达到最大值27.719 MPa、61.05 MPa和26.53 kJ/m²;当无机物添加量（无机物∶ABS质量比）为5%时,复合材料的耐水性能表现为：5% Al₂O₃ > 5%活性炭 > 5% SiO₂ > 未添加,与复合材料的力学性能梯度相符;改性剂-稻草/ABS复合材料的流变性能则表现为：5%活性炭 > 5% Al₂O₃ > 5% SiO₂ > 未添加。     

原位自生纳米Al2O3/Al-Zn-Cu复合材料的力学性能

将纳米ZnO粉末和Al粉球磨后冷压成Al-ZnO预制块,然后将其加到Al-Zn-Cu熔体中进行Al-ZnO原位反应,制备出纳米Al₂O₃颗粒增强Al-Zn-Cu基复合材料。能谱面扫描分析和透射电镜观察结果表明,复合材料由纳米Al₂O₃颗粒和Al₂Cu析出相两种颗粒/析出相组成。纳米Al₂O₃颗粒通过异质形核和晶界钉扎,细化了Al-Zn-Cu合金晶粒组织和Al₂Cu析出相。原位纳米Al₂O₃颗粒的生成提高了基体合金的拉伸性能,轧制+热处理使Al₂O₃/Al-Zn-Cu复合材料的拉伸强度比相同处理的基体合金提高约100%,总伸长率提高约98%。     

三维网络结构Al2O3陶瓷/高铬铸铁复合材料干摩擦磨损性能

采用往复式滑动摩擦磨损（SRV）试验机研究了高铬铸铁及三维网络结构Al₂O₃陶瓷增强高铬铸铁复合材料的干摩擦磨损性能,测量了高铬铸铁和Al₂O₃陶瓷/高铬铸铁复合材料在不同摩擦频率及载荷下的摩擦系数和磨损率;用扫描电镜观察磨损表面形貌,并分析了三维网络Al₂O₃陶瓷对复合材料磨损机制的影响。结果表明：陶瓷Al₂O₃与高铬铸铁基体之间具有良好的界面结合,复合材料的摩擦系数随摩擦频率和载荷的变化保持稳定,耐磨性远优于高铬铸铁,而且随着摩擦频率和载荷的增加,Al₂O₃陶瓷/高铬铸铁复合材料的抗磨损性能明显提高,这是由于复合材料中Al₂O₃与高铬铸铁相之间三维空间结构和良好的界面结合有利于摩擦载荷的传递;三维Al₂O₃陶瓷骨架在磨损表面形成硬的网络突体并起承载作用,能有效保护金属基体;磨损机制为氧化磨损及磨粒磨损共同作用。     

Fe/Al2O3复合材料的制备和性能

用石墨埋烧方法制备Fe/Al₂O₃复合材料,对其力学性能和微观结构进行了分析。结果表明:Fe/Al₂O₃复合材料的弯曲强度与断裂韧性均随Al₂O₃含量的升高先升高后降低,当Al₂O₃含量（质量分数）为70%时,其弯曲强度与断裂韧性分别达到602.49 MPa和9.33 MPa·m¹/2,其硬度随Al₂O₃含量先降低后升高。在烧结过程中在Fe颗粒周围形成一种成分为FeO与FeAl₂O₄的壳体,在壳体与Fe颗粒之间存在微裂纹缺陷。壳体的形成和壳体与金属颗粒间的微裂纹钝化了外部应力,从而提高了复合材料的韧性。     

纳米Al2O3-碳纤维多尺度增强聚酰胺基复合材料的制备及力学性能

采用叠层模压法制备了纳米Al₂O₃-碳纤维织物多尺度增强聚酰胺基（nano Al₂O₃-CFF/PA6）复合材料层压板。借助场发射扫描电子显微镜（FESEM）、同步热分析仪（TGA/DSC）和FTIR,研究了模压温度、压力和纳米Al₂O₃加入量等因素对nano Al₂O₃-CFF/PA6复合材料力学性能的影响。研究表明：在模压温度为230℃、模压压力为3 MPa和保压时间为15 min时,CFF/PA6层压板的弯曲强度为250.3 MPa,层间剪切强度为87.6 MPa,平行层厚方向的冲击强度为41.2 MPa,垂直层厚方向为9.6 MPa。当基体中的Al₂O₃含量达到6wt%时,nano Al₂O₃-CFF/PA6层压板的弯曲强度为387.6 MPa,层间剪切强度为35.7 MPa,平行和垂直层厚方向的冲击强度分别为80.3 MPa和25.6 MPa。     

片状纳米Al2O3/环氧树脂复合材料的制备及性能

采用水热法制备片状纳米Al₂O₃,经过偶联剂改性后与环氧树脂复合,通过溶液混合法制备了不同填充量的片状纳米Al₂O₃/环氧树脂复合材料,研究了片状纳米Al₂O₃用量对片状纳米Al₂O₃/环氧树脂复合材料介电性能和热性能的影响,利用SEM对复合材料的断口形貌进行了表征。结果表明: 片状纳米Al₂O₃在环氧树脂基体中分散良好;随着片状纳米Al₂O₃填充量的增加,复合材料的起始热分解温度升高、介电强度增大,当片状纳米Al₂O₃的填充量为7wt%时,复合材料的介电强度为 29.58 kV/mm,比纯环氧树脂的介电强度提高了30%;复合材料的介电常数(3.8~4.5)和介电损耗(0.015)比纯环氧树脂稍有增大,但仍维持在较好的介电性能范围内。     

Al2O3/环氧树脂-氰酸酯复合材料反应动力学及力学性能

以双酚A型环氧树脂(E51)和双酚A型氰酸酯(BCE)为原料,研究E51改性BCE共固化反应机制。同时,以E51-BCE为基体树脂,溶胶-凝胶法(Sol-Gel)自制Al2O3为增强体,制备Al2O3改性E51-BCE (Al2O3/E51-BCE)复合材料。通过非等温DSC确定了E51-BCE体系的固化工艺及固化反应动力学,并根据Kissinger法和Ozawa法求得体系的表观活化能分别为66.13 kJ/mol和69.46 kJ/mol。利用红外光谱跟踪固化体系在起始固化温度为160℃、 180℃时的反应历程,结果表明:起始固化温度在160℃时,以E51与BCE直接反应为主;起始固化温度在180℃时, BCE反应活性提高,以BCE自聚反应为主,生成三嗪环的速率加快,少量的BCE直接与E51反应生成恶唑啉结构。对Sol-Gel法自制Al2O3进行FTIR和TEM表征,结果表明:Al2O3为短纤维状的晶体,表面含有少量羟基。SEM结果显示:Al2O3为分散相,与基体间界面模糊, Al2O3/E51-BCE复合材料的脆断面裂纹不规则,为典型的韧性断裂;当Al2O3掺杂量为3wt%时, Al2O3在基体中分散均匀, Al2O3/E51-BCE复合材料的冲击强度和弯曲模量分别为24.2 kJ/m2和2.54 GPa,比基体树脂的冲击强度和弯曲模量分别提高53.65%和22.12%,力学性能得到明显改善。     

Al2O3掺杂BaTi0.85Sn0.15O3陶瓷的制备及性能表征

通过传统固相二次烧结法来制备x wt% Al₂O₃（x=0、1.0、1.5）/BaTi_0.85Sn_0.15O₃（BTS）陶瓷。研究了掺杂不同含量Al₂O₃对BTS陶瓷的微观结构、介电性能及挠曲电性能的影响。结果表明,掺杂Al₂O₃的BTS陶瓷不改变陶瓷的晶体结构,仍为标准钙钛矿结构晶型;Al₂O₃的掺入能够有效降低晶粒尺寸,具有明显的细晶作用。随着Al₂O₃含量的增大,Al₂O₃/BTS陶瓷的介电常数减小,介电损耗得到明显改善,居里峰逐渐宽化且向温度高的方向偏移。Al₂O₃/BTS陶瓷的挠曲电系数随着Al₂O₃含量的增加和测试环境温度的升高均减小。此外,Al₂O₃/BTS陶瓷的挠曲电系数和介电常数之间存在一种近线性关系,但当温度非常接近于居里温度时,这种线性关系减弱。     

超声化学原位合成纳米Al_2O_3/6063Al复合材料组织及高温蠕变性能

为研究纳米颗粒增强铝基复合材料的高温蠕变特性,基于6063Al-Al2(SO4)3体系,采用超声化学原位合成技术,制备出不同Al2O3体积分数(5%、7%)的纳米Al2O3/6063Al复合材料,通过高温蠕变拉伸试验测试其高温蠕变性能,利用XRD、OM、SEM及TEM分析其微观形貌。结果表明:施加高能超声可显著细化增强体颗粒并提高其分布的均匀性,所生成的Al2O3增强颗粒以圆形或近六边形为主,尺寸为20~100nm;纳米Al2O3/6063Al复合材料的名义应力指数、表观激活能和门槛应力值与基体相比大幅提高,均随着增强体体积分数的增加而提高,表明纳米Al2O3/6063Al复合材料的抗蠕变性能提高;纳米Al2O3/6063Al复合材料的真应力指数为8,说明复合材料蠕变机制符合微结构不变模型,即受基体晶格扩散的控制;纳米Al2O3/6063Al复合材料的高温蠕变断口特征以脆性断裂为主,高应力下形成穿晶断裂,低应力下形成沿晶断裂和晶界孔洞;纳米Al2O3/6063Al复合材料的主要强化机制为位错强化与弥散强化。     

Ni0.5Co0.5Fe2O4铁氧体/氰酸酯-环氧树脂复合材料的制备和性能

采用水热法合成Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体,并应用于氰酸酯-环氧树脂（CE-EP）复合材料的增韧改性,研究Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体对CE-EP固化反应、力学性能及热稳定性的影响。XRD和SEM结果表明,所合成的Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体结晶性好、纯净、呈块状,粒径约为20 nm。性能研究表明,Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体的加入对CE和EP间的固化反应速度影响不大,且不会改变树脂基体的固化反应机制。与纯CE-EP树脂体系相比,Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体/CE-EP复合材料在保持CE-EP玻璃化转变温度（T_g）的基础上明显改善了其韧性,当Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体质量分数为3wt%时,其冲击强度和弯曲强度达到最大值,较纯CE-EP树脂基体分别提高了65%和30.3%;但其热分解温度略有降低,可能是由于Ni_0.5Co_0.5Fe₂O₄铁氧体对CE-EP树脂基体高温分解的催化作用造成的。      

Effect of volume fraction of carbon fibers on wear behavior of Al/Al2O3/C hybrid metal matrix composites

Wear behavior of Al/Al₂O₃/C hybrid metal matrix composites fabricated by squeeze casting method was characterized. The effects of volume fraction of carbon fiber on wear behavior of hybrid composites was investigated. Wear behavior of Al/Al₂O₃/C composites was characterized by the dry spindle wear test under various sliding speeds.

The wear resistance of Al/Al₂O₃/C composites was remarkably improved over Al/Al₂O₃ composites by adding carbon fibers to Al/Al₂O₃/C composites. Specifically, at the intermediate sliding speed the wear resistance of Al/Al₂O₃/C composites containing 8 vol.% carbon fiber was found to be better than that of the rest of the carbon hybrid composites. From fractographic studies, damaged sections in wear surfaces of hybrid composites at intermediate sliding speed were not observed due to the formation of solid lubrication film. The solid lubrication film which was formed as a result of adding carbon fibers improved the wear resistance of carbon hybrid composites because this film reduced the high friction force between MMCs and counter material.     

纤维预热温度对连续Al2O3f/Al复合材料力学性能的影响

选用Nextel610型Al₂O₃纤维为增强体、ZL210A连续氧化铝合金为基体,采用真空压力浸渗法制备纤维增强铝基复合材料(Al₂O_3f/Al),纤维的体积分数为40%,预热温度分别为500、530、560和600℃,研究了纤维预热温度对Al₂O_3f/Al复合材料的微观组织、纤维损伤和力学性能的影响。结果表明：随着纤维预热温度的提高复合材料的致密度随之提高,最大达到99.2%,材料的组织缺陷最少,纤维的分布均匀;随着纤维预热温度的提高从复合材料中萃取出来的Al₂O₃纤维的拉伸强度不断降低,纤维预热温度为600℃的复合材料中Al₂O₃纤维的拉伸强度仅为1150 MPa,纤维表面粗糙,有大尺寸附着物。纤维的预热温度对Al₂O_3f/Al复合材料的拉伸强度有显著的影响。预热温度为500、530、560和600℃的复合材料其拉伸强度分别对应于298、465、498和452 MPa。组织缺陷、纤维损伤和界面结合强度,是影响连续Al₂O_3f/Al复合材料强度的主要因素。     

Al2O3与两种热塑性树脂协同改性双马来酰亚胺基复合材料微观结构与性能

以3,3’-二烯丙基双酚A(BBA)、双酚A双烯丙基醚(BBE)为活性稀释剂、4,4’-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺(MBMI)为反应单体合成聚合物基体(MBAE),以两种热塑性树脂(聚醚砜(PES)和磺化聚醚醚酮(SPEEK))为增韧剂、以溶胶-凝胶法(Sol-Gel)制备的纳米Al₂O₃为改性剂,制备了Al₂O₃-PES-SPEEK/MBAE复合材料,并采用FTIR、SEM、冲击强度、弯曲强度、弯曲模量和热失重测试的方法研究复合材料的微观形貌、力学性能和耐热性。结果表明:SPEEK中存在磺酸基团,微观结构更松散,磺化度约为41.3%;Al₂O₃为纳米级短纤维状晶体,表面含有活性羟基。Al₂O₃-PES-SPEEK/MBAE复合材料的微观形貌表明:适量的PES、SPEEK和Al₂O₃在基体树脂中分散均匀,断面形貌呈鱼鳞状,断裂纹不规则且发散,断裂方式为韧性断裂。力学性能测试结果显示,当PES、SPEEK及Al₂O₃质量分数分别为3 wt%、2 wt%和3 wt%时,Al₂O₃-PES-SPEEK/MBAE复合材料的弯曲强度、弯曲模量和冲击强度为172.9 MPa、4.7 GPa和21.4 kJ/m2,分别比基体树脂提高了73.1%、74.1%和125.3%,并且Al₂O₃-PES-SPEEK/MBAE复合材料的热分解温度为453.5℃,比基体树脂提高了15.4℃,Al₂O₃-PES-SPEEK/MBAE复合材料的力学性能和耐热性有较大提高。