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纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备及性能研究

作　者: 孙铭
导　师: 谷万里
学　校: 山东理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 铝基复合材料纳米颗粒增强表面改性高能球磨热压烧结
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料由于具有比强度、比刚度高,导电、导热性能优良,耐高温、耐磨性能较好、热膨胀系数小等优点,而具有广阔的应用前景。当增强体碳化硅颗粒(SiCp)达到纳米尺寸时,其增强效果更好。本课题利用高能球磨和真空热压烧结法成功地制备了纳米碳化硅颗粒增强铝基(nano-SiCp/Al)复合材料,观察了复合材料试样的微观组织,测试了烧结试样的力学性能。为了改善增强体nano-SiCp和Al基体的润湿性,使nano-SiCp在Al基体中均匀分布并保持纳米尺寸,尽可能地抑制不良界面反应,减少硬脆相的产生,充分发挥nano-SiCp的增强作用,实验中对nano-SiCp进行了酸洗、化学镀铜等表面改性处理,效果显著。在高能球磨过程中,nano-SiCp的体积含量、球磨时间、转速是影响混合粉末质量的主要工艺参数。实验结果表明,nano-SiCp的体积含量为2%,球磨时间为2h,转速为200r/min为最佳高能球磨参数。真空热压烧结过程中,烧结温度、轴向载荷、保温时间是影响烧结试样性能的主要工艺参数。实验结果表明,烧结温度为873K、轴向载荷为40MPa、保温保压20min为最佳烧结参数。nano-SiCp酸洗和化学镀铜后增强Al基复合材料的组织均匀、晶粒细小、界面质量较高,nano-SiCp在铝基体中均匀分布,复合材料的力学性能更加优良。这一结果表明,对nano-SiCp进行表面改性可显著改善nano-SiCp与Al基体的润湿性,使nano-SiCp在Al基体中均匀分布,有效减少了不良界面反应,充分发挥了nano-SiCp的增强作用。本文研究了高能球磨和真空热压烧结法的制备工艺过程及其参数对nano-SiCp/Al复合材料组织及性能的影响规律,并最终得出了制备nano-SiCp/Al复合材料的最佳工艺参数。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-14
  1.1 引言  7-8
  1.2 碳化硅颗粒增强铝基复合材料研究进展  8-12
    1.2.1 碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法  9-10
    1.2.2 SiCp/Al复合材料制备过程中的问题  10
    1.2.3 改善nano-SiCp/Al复合材料性能的方法  10-11
    1.2.4 Nano-SiC_p的表面处理  11
    1.2.5 SiCp/Al复合材料的应用  11-12
    1.2.6 碳化硅颗粒增强铝基复合材料的发展前景  12
  1.3 课题的意义及研究内容  12-14
    1.3.1 课题的意义  12-13
    1.3.2 课题的研究内容  13-14
第二章实验方法  14-26
  2.1 实验方案与工艺路线  14-15
  2.2 实验原料及设备  15-17
    2.2.1 实验原料的选择  15-16
    2.2.2 主要实验设备  16-17
  2.3 复合材料的制备  17-20
    2.3.1 Nano-SiCp的表面处理  17-19
    2.3.2 混合粉末的制备  19
    2.3.3 真空热压烧结制备nano-SiCp/Al复合材料  19-20
  2.4 烧结试样的组织观察及性能测试  20-25
    2.4.1 致密度的测算  20-23
    2.4.2 硬度的测量  23
    2.4.3 力学性能的测算  23-24
    2.4.4 烧结试样的组织观察  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章实验结果及讨论  26-45
  3.1 球磨工艺参数对混合粉末的影响  26-30
    3.1.1 磨球材质及其大小的影响  26
    3.1.2 球料比的影响  26-27
    3.1.3 球磨介质的影响  27
    3.1.4 Nano-SiCp体积含量的影响  27-28
    3.1.5 球磨时间和球磨转速的影响  28-30
  3.2 Nano-SiCp表面处理的影响  30-36
    3.2.1 Nano-SiCp表面化学镀Cu的影响  30-33
    3.2.2 酸洗、镀Cu工艺对nano-SiCp形貌的影响  33-36
    3.2.3 镀Cu工艺对nano-SiCp/Al混合粉末的影响  36
  3.3 制备工艺对nano-SiC_p/Al复合材料性能的影响  36-44
    3.3.1 Nano-SiCp的分散性对复合材料组织的影响  36-38
    3.3.2 制备工艺对复合材料致密度、硬度的影响  38-40
    3.3.3 制备工艺对复合材料力学性能的影响  40-44
  3.4 本章小结  44-45
第四章实验结论及展望  45-46
  4.1 结论  45
  4.2 展望  45-46
参考文献  46-49
在学期间公开发表论文情况  49-50
致谢  50

纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备及性能研究

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