SPS+热轧法制备的B_4C/Ti复合材料组织及力学性能的研究

采用不同体积分数的碳化硼粉与钛粉通过放电等离子烧结(SPS)和轧制的方法制备钛基复合材料板材,并对所制备复合材料的密度、显微硬度、微观组织、物相、拉伸性能以及断口形貌等进行了系统研究。结果表明:随着碳化硼颗粒含量的提升,烧结态和轧制态复合材料的密度和显微硬度也相应上升。XRD分析显示,TiC与TiB在碳化硼颗粒与钛基体之间形成,3vol%B_4C的轧制态钛基复合材料的最大抗拉强度能够达到800 MPa,抗拉强度的提高是由于TiC与TiB的作用。断裂主要发生在B4C颗粒和B4C颗粒与基体的界面之间。     

保温处理对B_4C/Al复合材料组织和性能的影响

为了降低无压浸渗制备的B4C/Al复合材料中铝的含量,增加复合材料中陶瓷相的含量,并提高复合材料的性能,研究了保温处理对B4C/Al复合材料的组织和性能的影响。结果表明,无压浸渗制备的B4C/Al复合材料中主要包含Al、B4C和Al3BC相,保温处理可有效减少B4C/Al复合材料中Al和B4C的含量,并显著提高Al3BC和AlB2相的含量。由于保温处理后B4C/Al复合材料中Al含量明显减少,以及陶瓷相含量明显增多,B4C/Al复合材料的硬度、抗压和抗弯强度均得到了较大的提高。且在850℃下保温24h后,B4C/Al复合材料的组织和性能可达到最佳状态。     

高含量B_4C/Al基复合材料磨损行为研究

对质量分数分别为20%、30%和40%的高含量B4C/Al基复合材料的磨损行为进行了研究,分析了颗粒含量、载荷变化以及磨损时间对该复合材料磨损性能的影响,探索了该复合材料磨损过程的微观机制。结果表明:B4C/Al基复合材料的磨擦系数随B4C含量的增加而减小,材料耐磨损性能随B4C硬质颗粒含量的增加而提高;随载荷从30 N增加到70 N,B4C/Al复合材料的磨擦系数先减小再增加,材料磨损速率随载荷增加而增大。随磨损进行,整个磨损过程体现出阶段性的变化,复合材料的摩擦系数先减小再增加,磨损速率先缓慢增大,然后较快增长。高含量B4C/Al基复合材料磨损过程主要表现为犁削磨损和黏着磨损的磨损方式,同时还伴随有氧化磨损机制。     

TiB2含量对B4C-TiB2-Al复合材料组织与力学性能的影响

通过在B4C-TiB2预烧体中真空熔渗Al制备了B4C-TiB2-Al复合材料,研究了TiB2含量对复合材料显微组织和力学性能的影响.结果表明: B4C-TiB2-Al复合材料主要由B4C,TiB2,Al和Al3BC等相组成;随着TiB2含量的增加,复合材料的HRA硬度逐渐降低,抗弯强度逐渐增大,断裂韧性先增大后稍微降低,当TiB2含量为40%(质量分数)时,复合材料的气孔率、硬度HRA、抗弯强度和断裂韧性分别为1.32%,80.3,559.4 MPa和7.83 MPa·m1/2;延性Al的加入,裂纹的偏转和分叉、B4C和TiB2晶粒的细化以及B4C基体和TiB2晶粒热膨胀的不匹配,是造成材料断裂韧性提高的主要原因;随着Al渗入量的增加,复合材料断口中金属撕裂棱及韧窝的比例增加.     

半固态热等静压Al/B4C复合材料液相流动行为与致密化机理

铝基碳化硼复合材料是一种重要的中子吸收材料。为了制备具有更高密度的铝基碳化硼材料,研究采用粉末冶金半固态热等静压方法制备了含量为30%碳化硼的铝基碳化硼材料,采用WANCE100型材料力学性能试验机和SIRION200型扫描电镜研究了复合材料的力学性能及显微形貌。结果表明：半固态热等静压工艺可制备获得接近理论密度的Al/B4C复合材料;虽然Al/B4C材料抗拉强度可提升至约300Mpa,但过高碳化硼含量也使得该材料脆性特征十分明显;研究同时采用间接的方法观察到了半固态工艺过程中生成的液相,该液相不仅可改善碳化硼颗粒与铝基体的结合性,在高温高压下液相的流动还起到填充复合材料内部空隙的作用。半固态热等静压工艺过程中产生的液相是复合材料密度和机械性能提升的主要原因。     

纤维及颗粒增强Al/Ti叠层复合材料制备方法和性能研究

Al/Ti叠层复合材料具有低密度、高比强度、高比刚度和高抗冲击性的优异性能,是一种理想的轻质高强材料,但是金属间化合物Al3Ti的脆性限制了其实际应用。通过复合纤维、陶瓷颗粒可以降低Al3Ti的脆性,提高Al/Ti叠层复合材料的强度和韧性,使其在航空航天、武器装甲等领域具有广阔的应用前景。本文简述了部分典型纤维、陶瓷颗粒增强Al/Ti叠层复合材料的制备方法,比较了不同材料和制备方法的优缺点。提出了碳化硼(B4C)增强Al/Ti叠层复合材料的可行方法,并采用真空热压法制备了0.2 mm厚的B4C薄片强化的Al/Ti叠层复合材料,该方法通过B4C薄片直接承载吸能和形成硬度梯度诱导裂纹偏转的方式强化基体,使其冲击韧性达到89 J/cm2,抗弯强度可达756 MPa,相较基体分别提高51%和38%。     

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.     

半固态热等静压Al/B_4C复合材料液相流动行为与致密化机理（英文）

为了制备具有高密度的铝基碳化硼材料,采用粉末冶金半固态热等静压方法制备了质量分数为30%碳化硼的铝基碳化硼复合材料,采用WANCE100型材料力学性能试验机和SIRION200型扫描电镜研究了复合材料的力学性能及显微形貌。结果表明:半固态热等静压工艺可制备接近理论密度的Al/B4C复合材料;虽然Al/B4C材料抗拉强度可提升至约300MPa,但过高碳化硼含量也使得该材料脆性特征十分明显;同时采用间接的方法观察到了半固态工艺过程中生成的液相,该液相不仅可改善碳化硼颗粒与铝基体的结合,在高温高压下液相的流动还起到填充复合材料内部空隙的作用。半固态热等静压工艺过程中产生的液相是复合材料密度和力学性能提升的主要原因。     

B_4C/Al复合材料的相及其显微组织的研究

用无压浸渗法制备了B4C/Al复合材料。采用X射线衍射仪、能谱仪、扫描电镜、透射电镜以及光学显微镜对复合材料的相及其微观组织进行了观察及分析。结果表明,在B4C/Al复合材料中,Al3BC相沿碳化硼和铝的界面生长,增加了碳化硼和铝的界面结合强度;AlB2是类似棒状的长条晶体,嵌于碳化硼和铝之间,当材料受外力冲击时起增韧作用。该复合材料中碳化硼以连续的骨架结构存在,而渗入的铝相也以连续基体的形式存在,形成了双连续骨架结构。该复合材料的断裂方式是沿陶瓷骨架的穿晶断裂和金属铝的桥接断裂。     

B4C/Al复合材料力学性能及其断裂机理的研究

对无压浸渗法制备的B4C/Al复合材料进行了力学性能测试。结果表明,B4C/Al复合材料的抗弯强度和断裂韧性与单一B4C材料相比有显著提高。B4C/Al复合材料的抗弯强度及断裂韧性分别比单一B4C提高了18.39%和75.27%,但其硬度降低。B4C/Al复合材料经扫描电镜和背散射仪分析后发现,无压浸渗法制备的B4C/Al复合材料中没有大尺寸的显微缺陷,组织分布比较均匀、致密;B4C以连续的骨架结构存在,而渗入的铝相也以连续基体的形式存在;单一B4C存在较多的穿晶断裂,而B4C/Al复合材料的断裂方式主要以沿晶断裂为主,这是B4C/Al复合材料断裂韧性提高的主要原因。