界面改性对SiCp/Cu复合材料力学性能的影响

研究了界面改性对SiC颗粒增强Cu基复合材料力学性能和断裂机制的影响。结果表明：经过SiC颗粒表面涂层处理后，可在复合材料中获得干净、紧密的界面结合。通过复合材料界面优化，可在基体和增强物之间有效传递载荷，减少了拉伸变形时的界面脱粘，从而提高了复合材料的屈服强度、抗拉强度和断裂延伸率。     

颗粒尺寸对15%SiC_p/2009Al复合材料断裂韧性的影响

采用粉末冶金+挤压工艺制备了含不同粒径SiC颗粒(3.5, 5.0, 10.0和15.0μm)的15%SiC_p/2009A1复合材料挤压棒材,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和万能试验机研究了SiC颗粒尺寸对15%SiC_p/2009Al复合材料力学性能的影响。结果表明, SiC颗粒尺寸对复合材料强度和韧性的影响效果十分显著。随着SiC颗粒从3.5μm增大至15μm,复合材料的强度逐渐减小,而延伸率则逐渐增大。SiC颗粒尺寸为5.0μm时,复合材料的强度和塑性最佳,抗拉强度(R_m)、屈服强度(R_(p0.2))分别为582, 382 MPa,延伸率(A)为10%,断裂韧性(K_(IC))为33.7 MPa·m~(1/2)。SiC颗粒尺寸为3.5μm时,复合材料的断裂以SiC颗粒周围的铝基体韧性撕裂为主, SiC颗粒尺寸超过5.0μm时,复合材料断裂方式为SiC颗粒周围的铝基体韧性撕裂和SiC颗粒脆性断裂的共同作用,由于SiC-Al界面结合较好,未发现SiC-Al界面脱粘的失效形式。     

SiCf/TC11复合材料拉伸行为研究

采用磁控溅射先驱丝法和热等静压工艺制备SiC_f/TC11复合材料，研究了SiC_f/TC11复合材料室温和500℃拉伸性能及断裂机制。结果表明，SiC_f/TC11复合材料室温和500℃抗拉强度分别为1 530 MPa和1 553 MPa，明显高于基体TC11钛合金，与TC11钛合金相比，抗拉强度分别提升了～57%和～133%，纤维增强效果显著。通过观察SiC_f/TC11复合材料室温、500℃拉伸断口和纵剖面断裂特征，指出了室温和500℃拉伸断裂机制主要包括反应层多次断裂、纤维一次断裂、纤维多次断裂、纤维-基体界面脱粘、纤维拔出、W芯-SiC界面脱粘、基体断裂、包套断裂等，揭示了SiC_f/TC11复合材料室温和500℃拉伸载荷下多组元失效断裂过程。     

热处理对粉末冶金法制备Wp/2024Al复合材料力学性能的影响

利用粉末冶金法制备了钨颗粒体积分数分别为5%,8%,10%的Wp/2024Al复合材料,挤压态复合材料W颗粒分散均匀,沿挤压方向钨颗粒呈带状分布。复合材料经过热处理后拉伸强度得到提高,延伸率则发生下降;同一工艺制备的Wp/2024Al复合材料480℃固溶时抗拉强度达到最大值;随着固溶温度的升高,复合材料屈服强度有一定的增加,延伸率下降;随着W含量的增加,T4态复合材料的抗拉强度和屈服强度升高,而延伸率下降。断口观察表明,挤压态和热处理态复合材料断口上存在大量韧窝,W颗粒没有发生开裂,热处理态复合材料发生界面脱开现象。     

热等静压法制备SiC_p/Al复合材料的组织及性能研究

采用热等静压法制备SiC颗粒增强铝基复合材料,研究其显微组织和力学性能,分析复合材料的断口形貌及断裂机制,测定了其热膨胀系数。结果表明:热等静压后,复合材料中的SiC颗粒会出现颗粒团聚,形成硬质的SiC骨架。对于20%SiC_p/6061Al(体积分数)复合材料,其抗拉强度能达到304 MPa,而20%SiC_p/2024Al(体积分数)的抗拉强度为276 MPa,两种复合材料的抗拉强度都达到或超过其他制备方法的水平。复合材料的断裂方式为基体的韧性断裂、SiC颗粒的解理断裂、SiC颗粒与基体的界面脱粘3种方式并存的混合断裂形式。对比复合材料热膨胀系数的实际测量值和Turner、Kerner模型理论值,Turner模型理论值更接近实测值。     

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。     

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。     

连续SiC纤维增强钛基复合材料横向强度分析

连续SiC纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti)具有良好的综合性能,但其横向性能低于钛合金基体,为了准确地预测SiCf/Ti复合材料的横向强度,提出一种基于界面脱粘强度的计算模型。采用SiCf/Ti复合材料十字拉伸试件来测试复合材料的纤维/基体界面脱粘强度,并分析了热处理工艺对界面脱粘强度影响规律,以及不同纤维之间界面脱粘强度的差别。复合材料横向拉伸试件采用箔-纤维-箔方法制备,每个试件的纤维层数为10层,纤维百分数为30%左右。在不同温度条件下测试复合材料的横向拉伸强度,拉伸温度分别为室温、300,400,550℃,通过对比实验结果和模型预测结果,模型预测的结果与实验结果的误差不超过5%。     

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。     

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.     

试样取向对15%SiCp/2009Al复合材料断裂韧性的影响

研究了粉末冶金法制备的15%SiCp/2009A1复合材料挤压棒材的断裂韧性,探讨了不同试样取向对复合材料断裂韧性的影响.结果表明:L-R取向的紧凑拉伸试样的KIC明显高于R-L取向和C-R取向.断口形貌观察表明:L-R取向的复合材料试样,断裂以SiC颗粒解理开裂为主.较少出现大面积的基体合金撕裂,没有出现SiCp/基体合金界面脱粘的现象.SiC颗粒的大量断裂以及高的界面结合强度会引起复合材料断裂韧性的提高.     

热挤压对铝基复合材料力学性能的影响

利用金相显微镜、扫描电镜和万能拉伸试验机等手段考察了粒度为50～80 μm的Si颗粒增强Al-Si复合材料在热挤压前后的显微组织及室温拉伸性能.结果表明以17.31的挤压比热挤压后复合材料组织的均匀性得到了明显改善;复合材料挤压材的抗拉强度、屈服强度和延伸率较压渗材普遍提高;热挤压没有改变复合材料的断裂机制,由于挤压后颗粒分布均匀等原因,使复合材料的塑性得到改善.     

原位自生TiB增强Ti-55531合金复合材料组织与力学性能研究

采用真空自耗电弧熔炼及近等温热塑性变形方法制备了原位自生TiB/Ti-55531复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及万能材料试验机等研究了增强相含量对其组织与力学性能的影响规律,并分析其失效断裂机制。结果表明,热处理态TiB/Ti-55531复合材料的组织特征为α相、TiB增强相弥散分布于β基体。随着TiB增强相的引入及含量增加,复合材料的基体晶粒明显细化,沿晶界分布的粗条状α相逐渐球化,抗拉强度、屈服强度、杨氏模量明显增加,延伸率有不同程度降低。2vol%TiB/Ti-55531复合材料的强塑性匹配较好,抗拉强度为1444.2 MPa,屈服强度为1421.4 MPa,杨氏模量为115.5 GPa,延伸率为9.2%。随着TiB增强相的引入及含量增加,拉伸试样断口的韧窝数量减少,深度变浅,断裂机制逐渐从韧性断裂向混合断裂转变。     

机械合金化B4Cp／Al复合材料的微观组织结构特征

采用增强体颗粒预处理和机械合金技术成功制备了高性能B4Cp/Al复合材料,研究了材料的微观组织结构和力学性能,17％（体积分数）B4Cp/Al复合材料的屈服强度为415MPa,抗拉强度为470MPa,比常规粉末冶金复合材料的屈服强度和抗拉强度分别提高69％和70％。高性能复合材料中B4C颗粒形貌近似球形,平均粒度为0．49μm,颗粒均匀分布,颗粒与基体之间存在近百纳米厚的界面层,界面层中铝晶粒极其微细,呈带状且有序分布,并且界面层中弥散分布着纳米级颗粒。断口中增强体颗粒与基体之间界面结合良好。     

混料时间和挤压对SiC增强纯Al基复合材料显微组织和力学性能的影响

采用粉末冶金法制备SiC颗粒增强工业纯Al基复合材料,研究混料时间和挤压对复合材料显微组织和力学性能的影响。研究表明:机械混粉过程存在最佳的混料时间,混料时间为16 h时SiC颗粒分布均匀,复合材料的密度高、力学性能好。挤压可以改善复合材料的界面结合强度、减少孔洞的数量,从而提高材料的致密度和力学性能。烧结态复合材料的断裂机制以基体的脆性断裂以及增强相与基体的界面脱粘为主。挤压态复合材料的断裂以基体的韧性断裂以及SiC颗粒的脆性断裂为主,伴随着少量的基体与SiC颗粒的界面脱粘。     

连续SiC纤维增强钛基复合材料横向强度分析

连续SiC纤维增强钛基复合材料（SiCf／Ti）具有良好的综合性能,但其横向性能低于钛合金基体。为了准确地预测SiCf／Ti复合材料的横向强度,北京航空制造工程研究所赵冰等人提出一种基于界面脱粘强度的计算模型。采用SiCf／Ti复合材料十字拉伸试件来测试复合材料的纤维／基体界面脱粘强度,并分析了热处理时间对界面脱粘强度影响规律,以及不同纤维之间界面脱粘强度的差别。     

组织缺陷对金属铍室温断裂行为的影响规律研究

利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电子探针(EPMA)对比分析综合机械性能良好和零延伸率的金属铍材室温拉伸断口形貌和微观组织,研究金属铍室温断裂行为,并着重分析微观组织缺陷对金属铍室温断裂行为的影响规律。结果表明:金属铍室温拉伸断口形貌表现为准解理的断裂特征。解理裂纹形核后,裂纹扩展不受阻挡,表现为完全的脆性,因此铍材有限的延伸率主要来自于微裂纹形核阶段。铍材内部存在的杂质相汇聚区、片状晶体疏松和孔洞等组织缺陷,相当于在铍材内部预制一定尺寸的微裂纹,一旦微裂纹尖端形成,这类缺陷就会成为解理裂纹晶核,使铍本身的屈服过程不能发生,是降低铍材延伸率的主要原因;致密的大颗粒杂质相与基体失配、或在局部区域出现的粗晶粒与周围细晶粒不匹配,均易在铍材内部造成应力集中,也是降低铍材延伸率的原因。另外,当杂质相在晶界形成连续薄膜状晶界组织,导致铍材晶界结合强度降低,引起晶界断裂,造成铍材延伸率降低。     

粉末冶金制备原位自生钛基复合材料的显微组织和力学性能研究

利用Ti与B4C、C、LaB6之间的化学反应,采用粉末冶金工艺制备了原位自生钛基复合材料(TiB+TiC+La2O3)/Ti-6Al-4V;通过X射线衍射仪和光学显微镜,分析了材料的物相组成、显微组织及增强体的微观形貌;测试了材料的室温和高温力学性能,并分析了断裂机理.结果表明:增强体总体分布均匀,但局部有团聚现象,形状和尺寸多样;粉末冶金制备Ti-6Al-4V的抗拉强度高于铸造工艺制备的材料,增强体的原位合成使复合材料的室温和高温性能与基体相比明显提高;室温时,体积较大的增强体的断裂是复合材料失效的主要原因,高温下则主要是增强体和界面的脱粘导致材料失效.     

热等静压法制备大尺寸铝基碳化硼复合材料及性能研究

采用热等静压法制备铝基碳化硼复合材料(Al-B4C)板材,测试板材的密度和抗拉强度,并观察复合材料的微观组织和拉伸断口形貌。结果表明,Al-31%B4C(质量分数)板材的尺寸为3 mm×200 mm×5000 mm;Al-31%B4C复合材料的相对密度大于99.69%,抗拉强度大于300 MPa,断后延伸率大于3%,B4C颗粒均匀分布在基体中,并与基体紧密结合;Al-B4C复合材料板材的力学性能符合工程用中子吸收材料的要求。比较含不同质量分数B4C颗粒(10%、15%、20%、25%、30%、31%、35%、40%)的Al-B4C复合材料性能,当B4C质量分数为10%~40%时,随基体中B4C颗粒含量的增加,Al-B4C复合材料的密度和相对密度均逐渐降低;当B4C质量分数为10%~35%时,随基体中B4C颗粒含量的增加,Al-B4C复合材料的抗拉强度逐渐增大,断后延伸率逐渐降低。     

粉末热挤压SiC_p/2024铝基复合材料的显微组织和力学性能

利用粉末热挤压工艺制备SiCp/2024铝基复合材料,研究所制备复合材料的挤压态和热处理态的显微组织及力学性能,分析复合材料的断口形貌和断裂类型。结果表明:大部分SiC颗粒和析出的大量细小第二相粒子均匀地分布在基体合金中,部分区域的SiC颗粒存在轻微团聚现象,晶粒沿挤压方向被显著拉长,刚性的SiC颗粒长轴平行于挤压方向分布,形成热加工纤维组织。对复合材料进行T6(490℃固溶75 min+170℃时效8 h)热处理后,复合材料的晶粒比较细小,抗拉强度达470 MPa,主要的析出强化相为S′(Al2CuMg)。挤压比的提高有利于提高SiC颗粒和基体合金的界面结合强度。粉末热挤压法制备的SiCp/2024铝基复合材料热处理后的断裂方式主要有3种:SiC颗粒断裂、SiC颗粒与基体合金的剥离和基体合金的韧性断裂,该复合材料的断裂机制为韧性断裂和脆性断裂共存的混合断裂。