挤压浸渗法制备Csf/Al复合材料的组织与性能

以M40石墨短纤维为增强体，LY12铝合金为基体，用挤压浸渗法制备了短碳纤维增强铝基复合材料，研究了浸渗工艺对复合材料的界面反应和组织与性能的影响，以及不同碳纤维体积分数下的常温及高温力学性能，结果表明，在冷却速度相同的情况下，浸渗温度即铝液的浇注温度对界面反应及复合材料的组织与性能影响较大，740～780℃时界面反应不明显或有轻微的界面反应，材料的性能较好．高于800℃时，碳纤维有氧化现象发生，材料的性能严重下降，甚至低于基体性能，随着碳纤维体积分数的增加，复合材料的常温及高温力学性能提高。     

高体分SiCp/Mg复合材料真空气压浸渗工艺及其热膨胀性能

采用真空气压浸渗法制备了高体分小尺寸SiCp/Mg复合材料,研究了真空压力对小尺寸SiCp多孔体浸渗的影响规律及SiCp/Mg复合材料的热膨胀性能.实验表明,在浸渗温度为983K,压力0.3MPa,保压5min的条件下,其中,能有效浸渗的振实堆积的单一尺寸SiCp多孔体的最小粒径达到了13μm;而32μm的SiCp/Mg复合材料的密度为2.625g/cm3,SiC颗粒体积分数达到了58.2%.OM、XRD分析表明镁液渗透均匀,无明显的气孔、缩松和熔剂夹杂等铸造缺陷;Mg基体、α型SiC是复合材料的主要组成相,同时还含有少量的MgO、Mg2Si相.此外,32μm SiCp/Mg复合材料在30～200℃温度范围内的平均热膨胀系数为6.5×10-6/K,表现出了优异的热膨胀性能.     

铸造高强度C/Al复合材料

本文介绍用铸造法制造抗拉强度超过750MPa的高强度C/Al复合材料。将国产高强度碳纤维经MSC涂层处理后以束状排布于精密铸造模壳内,在4000Pa的真空度和0.75MPa的空气压力下将356合金液浸渗入预热模壳内,凝固后获得C/Al复合材料零件或试样。试样的抗拉强度当纤维体积分数为0.35时达764MPa。论文讨论了纤维束状排布对浸渗过程和材料韧性的有利影响。     

无压浸渗法制备不同体积分数及梯度SiCp/Al复合材料

选用不同粒径大小的SiC颗粒,并通过对颗粒分布的有效控制,采用无压浸渗工艺制备了不同体积分数(15%～65%)的SiCp/Al复合材料,并在此基础上试制了梯度SiCp/Al复合材料.运用OM,XRD等手段对所制备的复合材料进行了显微组织观察与成分分析,并对选定体积分数的复合材料进行了密度以及力学测试.研究结果表明,无压浸渗工艺下不同体积分数的SiCp/Al复合材料组织均匀、致密,力学性能良好;具有梯度结构的SiCp/Al复合材料层间结合良好,没有层间剥离现象.     

镁基复合材料力学性能与微观组织研究

采用了液态浸渗法制备了Al2O3短纤维和SiC颗粒混杂增强镁合金复合材料.研究了浸渗压力对镁基复合材料力学性能和微观组织的影响.研究表明,当浸渗压力从0.4 MPa增加到60 MPa的过程中,由于组织的密实使得力学性能上升;随着浸渗压力的增加,将导致预制体受到压缩变形,纤维折断,从而导致综合力学性能下降.     

低温多段烧结、真空压力浸渗制备SiCp/Al电子封装材料

选用W7与W63两种SiC粉末,采用高、低温粘结剂配合,模压成型,850℃空气气氛低温多段烧结,制备出体积分数为65.13％的SiC预制件,真空压力浸渗6063A1合金熔液,得到SiCp/A1复合材料.结果表明:复合材料XRD图谱中未出现明显的Al4C3界面相和SiO2杂相;致密度高;100℃时的热膨胀系数为7.592...     

SiC颗粒整形对高体分铝基复合材料力学性能的影响及有限元模拟

采用流化床气流磨法对平均粒径为65μm的国产磨料级碳化硅(SiC)颗粒进行整形,然后采用无压浸渗法制备高体分SiC_p/Al复合材料,研究颗粒整形对复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:经整形处理的SiC颗粒更趋近于球形,平均粒度降至52μm,堆积密度由1. 577 g/cm~3提升至1. 846 g/cm~3,复合材料中SiC颗粒体积分数从53. 27%提升至61. 09%,这是复合材料力学性能提升的主要原因。相应地,材料抗弯强度从376 MPa提升至431 MPa,弹性模量从196 GPa提升至219 GPa,材料抵抗微小变形的能力更强。有限元分析结果表明,整形态复合材料在受力过程中应力和应变分布更均匀,局部应力集中现象不显著。     

颗粒分散技术在真空液相浸渗制备Cf/Al复合材料中的应用

采用真空反压液相浸渗工艺,以碳纤维增强铝为研究对象,探讨了M40J纤维增强AlMg10复合材料制备工艺中,SiC及淀粉分散颗粒对复合材料微观组织及性能的影响。结果表明,碳化硅可以减少铝液在束内的浸渗阻力,并使纤维分布均匀,从而提高复合材料构件的成型性和力学性能。经过5%SiC+3%淀粉溶液的分散后,复合材料的体积分数由72%降低到51%,而复合材料的拉伸强度提高了131MPa,达到498MPa。     

浸渗法制备双连续TiB2/(Cu,Ni)复合材料的组织和性能

用高温粉末烧结结合自发浸渗法制备高TiB2含量(体积含量约为86%)的双连续TiB2/(Cu,Ni)复合材料,研究了不同陶瓷体积含量多孔材料对TiB2/(Cu,Ni)复合材料微观组织和力学性能的影响.采用XRD和SEM分析了复合材料的相组成和微观结构,用三点弯曲试验测试了复合材料的弯曲强度和断裂韧性.结果表明:经过预制坯高温烧结后自发熔渗金属是制备致密的双连续TiB2/(Cu,Ni)复合材料的有效方法,复合材料的致密度和力学性能得到显著提高;当TiB2陶瓷体积含量为81.6%以及浸渗温度为1500℃条件下,TiB2/(Cu,Ni)复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别达到640.5 MPa和9.37 MPa·m1/2,相对密度为98.4%.     

B4C／Al复合材料的制备工艺和组织研究

研究了用无压浸渗法制备的B1C/Al复合材料的制备工艺和组织。通过对碳化硼陶瓷预制体成型压力和保压时间的控制,采用X射线衍射、扫描电子显微镜及能谱仪分别对B1C／Al复合材料的相组成、微观形貌和微区成分进行分析。结果表明：成型压力为100MPa,保压时间选择1．5min,预烧温度在1700℃时,可以制得组织致密、均匀的B1C／Al复合材料。金属铝在高温下浸渗时与碳化硼陶瓷骨架反应生成Al3BC,AlB2,Al2C3等陶瓷相。Al3BC和AlB2为主要反应产物。B4C／Al复合材料中碳化硼是以连续的骨架结构存在,渗入的铝相则以连续基体的形式铺满整个组织。     

激光熔覆沉积钛基复合材料的组织及性能

通过在激光熔覆沉积过程中向熔池内送入一定比例纯Ti粉和B4C颗粒，直接制备出钛基复合材料，分析了所制备材料的微观组织、相组成及性能。结果表明，在激光熔覆沉积过程中，Ti粉和B4C颗粒发生原位反应，生成与基体界面结合良好的TiC和TiB增强相，TiC为短棒状或颗粒状，TiB为短纤维状，复合材料中同时有大量未完全反应的B4C颗粒存在，所制备钛基复合材料的抗拉强度、硬度较激光熔覆沉积的纯钛有较大幅度的提高。     

SiCp颗粒增强铝基复合材料工艺与组织研究

对无压渗透制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料工艺进行了探索，并利用光学显微镜、扫描电镜对其组织进行了观察，用ｘ射线衍射仪对复合材料组成相进行了分析。结果表明：采用无压渗透技术，可以制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料；熔融的基体合金对碳化硅颗粒预制体渗透完全；其过程存在Ａｌ与ＳｉＣ的化学反应，产物为Ｓｉ和碳化铝（Ａ１４Ｃ３），其中Ｓｉ进入基体中，Ａｌ４Ｃ３能与大气中水汽发生化学反应，结果使碳化硅铝基复合材料存放一定时间后发生龟裂和粉化。为限制Ａｌ与Ｓｉ反应，可向基体中加入适量的Ｓｉ元素，可使电裂与粉化问题得到解决。     

B4C包覆ZTA颗粒增强铁基复合材料制备与性能

ZTA (ZrO₂增韧Al₂O₃)陶瓷颗粒表面包覆B₄C微粉,将其制备成蜂窝状结构陶瓷预制体。采用传统重力浇注工艺将陶瓷预制体与熔融的高铬铸铁(HCCI)金属溶液进行复合,获得ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料。对复合材料中ZTA陶瓷颗粒增强相与高铬铸铁基体之间的界面及复合材料的耐磨料磨损性能进行了研究。结果表明,ZTA陶瓷颗粒与高铬铸铁界面结合处形成了明显的过渡区域,界面过渡区域的存在提高了陶瓷颗粒与金属基体的结合,从而提升了复合材料的整体稳定性能。同时,三体磨料磨损试验表明该复合材料的耐磨料磨损性能是高铬铸铁的3.5倍左右。     

基体铝合金成分对无压浸渗B4C/Al复合材料微观组织和力学性能的影响

分别选用2024、5056、6061和7075铝合金,采用颗粒级配相同的碳化硼预制体(20%2μm和80%38μm)为增强体,采用无压浸渗法制备4种高体份B4C/Al复合材料(分别对应标记为2M、5M、6M和7M),研究基体合金成分对复合材料的物相组成、微观组织和力学性能的影响。结果表明,4种复合材料均含有A1、B4C、Al3BC、AlB2和富Fe-Mn相,除此之外,2M、5M和7M复合材料还含有Al B10。4种复合材料小颗粒碳化硼聚集区均发生了剧烈的界面反应,生成Al3BC和Al B2。Al B10主要分布于2M、5M和7M复合材料的大颗粒碳化硼周围,并与大颗粒碳化硼连成一体。4种复合材料的洛氏硬度从大到小顺序为2M(45. 7)、7M(43. 1)、5M(41. 8)和6M(40. 02)。2M、5M和7M复合材料内部发现有孔洞存在,导致复合材料弯曲强度和应力均较低。这种效应在7M复合材料中最为明显,其弯曲强度仅为296 MPa。6M复合材料弯曲强度和应变最高,分别为425 MPa和0. 183%,这主要是因为在6M复合材料中,不含Al B10相且残余铝合金相对含量较高。     

碳化硼颗粒增强Cu基复合材料的研究

研究了用表面涂覆含钛金属涂层的碳化硼颗粒增强Cu基复合材料[B4Cp/(TiB2 TiN)/Cu],并与未经涂覆的B4C颗粒增强Cu基复合材料（B4Cp/Cu)进行了对比。实验结果表明,前者的致密度和电导率比后者好。磨损实验结果表明,使用有涂层颗粒的复合材料的耐磨性比无涂层颗粒的好。通过对复合材料界面和磨损表面的电镜观察表明,B4C颗粒经过涂覆处理后,改善了复合材料的界面粘结性能,颗粒与基体间有良好的浸润性。     

选区激光熔化石墨烯增强金属基复合材料研究进展

石墨烯拥有不同于传统材料的特殊性能,如优异的结构力学性能以及导热性能,自被发现以来即获得广泛的关注,其中一个重要应用是作为增强相来增强金属基材料,从而获得高性能的结构和功能复合材料。近年来为了满足复合材料性能优化及结构精密复杂的需求,对其制造方法提出了更高的要求。选区激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)作为增材制造技术的一种,避免了传统制造技术成本高、周期长、精度低等问题,可更加灵活地实现功能-结构-材料一体化。本文总结了SLM制备石墨烯及其增强金属基(铝、镍、钛、铁、铜)复合材料的应用研究与发展现状,讨论了石墨烯增强金属基复合材料所面临的主要问题,并展望了石墨烯增强金属基复合材料的应用与发展前景。     

炭基复合材料与人骨的力学性能对比分析

选用3种炭基复合材料,分别为采用化学气相沉积（CVD）工艺和CVD/浸渍复合工艺制备的2种C/C复合材料以及采用CVD/熔融渗硅（MSI）工艺制备的C/C-SiC复合材料,通过对比分析3种炭基复合材料与人骨的微观结构和力学性能,研究了所选用的3种炭基复合材料作为新型骨折内固定材料的可行性。结果表明:3种炭基复合材料与人骨均具有纤维增强、多孔基体的微观结构形态。在力学性能方面,3种炭基复合材料的弹性模量与人骨都较为接近,其中C/C-SiC复合材料的力学性能与人骨最为接近,分别为弯曲强度213.0 MPa、剪切强度19.3 MPa、压缩强度228.1 MPa,有望成为理想的接骨板材料。CVD和CVD/浸渍工艺制备的C/C复合材料,弯曲强度分别仅为161.8 MPa和174.6 MPa,低于人骨的弯曲强度,后期可通过改进坯体结构和制备工艺等方法来使其力学性能与人骨相匹配。      

Improvement in physical and mechanical properties of aluminum/zircon composites fabricated by powder metallurgy method

Metal–matrix composites (MMCs) are known as the most useful and high-tech composites in our world as well as aluminum (Al) as the best metal for producing these composites. Combining aluminum and zircon (ZrSiO₄) will yield a material with the best corrosive resistance and mechanical properties like strength at high temperatures. Also, the abrasive wear behavior of these composites will be improved. In the present investigation, a study on aluminum/zircon composites has been carried out. Micro-structures of these composites in powder metallurgy conditions show different size distribution of zircon with different proportions in the composite. Also, there is a case-study about density and compressive strength and hardness of aluminum/zircon composites. The green specimens prepared by isostatic pressing of prepared powders with different zircon percentages, were sintered at two temperatures. These specimens were then investigated by different physical and mechanical testing methods to observe in which conditions the best properties would be obtained. The most improved compression strength was obtained with the specimen including 5% of zircon sintered at 650 °C.     

Metal distribution in alumina/aluminium composites synthesized by directed metal oxidation

The directed oxidation of molten aluminium alloys by vapour phase oxidants can be used to produce Al₂O₃/Al ceramic matrix composites. The toughness of these composites is determined by the amount and the nature of metal distribution in the composite. This paper addresses the problem of understanding the metal distribution in Al₂O₃/Al composites and its dependence on growth temperature. Electrical conductivities and microstructures of Al₂O₃/Al composites synthesized by directed oxidation of Al-5056 alloy are investigated. The high conductivity of the Al₂O₃/Al composite compared to sintered Al₂O₃-4 wt% MgO is shown as a proof of the presence of some continuous metal channels in the composite. The activation energy forthe diffusion of the dominant charge carrier in the oxide matrix is found to be 1.36 eV from the analysis of the conductivity data. Both the amount of metal in the composite and the extent of interconnection of the metal channels decrease with increasing growth temperature. The observed changes in microstructure with temperature can be explained by considering temperature variations of grain boundary energies in alumina and the alumina/aluminium interfacial energy. The metal content of the Al₂O₃/Al composites, prepared by directed oxidation of Al-5056 alloys, can be tailored by the choice of the growth temperature.     

Influence of carbide reinforcements on accumulative roll bonded Al 8011 composites

Numerous methods are available to produce ultrafine grained material in severe plastic deformation (SPD) techniques. Accumulative roll bonding (ARB) is the most effective techniques to produce ultrafine grained composites with superior properties. The present investigation deals with the fabrication and comparison of Al 8011 composite by introducing various reinforcements such as Titanium carbide (TiC), Tungsten carbide (WC), Boron carbide (B4C) and Zirconium carbide (ZrC) through ARB technique by deforming plastically. Here, four specimens were prepared by incorporating 8 wt.% each of aforementioned carbide particles in Al matrix and compared with each other and characterized through advanced microscopic techniques such as SEM, EDAX, EBSD and TEM besides XRD. Furthermore, Vickers microhardness test and tensile test were conducted. The introduced reinforcement particles were found dispersed evenly throughout the surface by increasing the passes up to eight times. Among these reinforcements, Al 8011 – B4C composite has provided better strength than other composites due to following reasons: (i) high bonding of the interface between the sheets (ii) interlocking of B4C particles within the matrix (iii) higher hardness and strength. Hence, B4C reinforced Al composite claims greater significance for being recommended as an effective alternative for the aluminum material in load carrying applications.