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SiCp/Al复合材料的制备工艺及性能研究

作　者: 季向明
导　师: 崔崇
学　校: 南京理工大学
专　业: 材料工程
关键词: SiCp/Al复合材料无压浸渗粉末冶金界面高能球磨高温热压
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

SiCp/Al复合材料不仅具有高的比强度、比弹性模量和耐磨损等力学性能,还拥有低膨胀、高导热的热学性能,被广泛应用于汽车、军事武器、航空航天及电子封装等领域。无压浸渗工艺和粉末冶金工艺在复合材料制备领域已成为一种极具经济竞争力的制备技术。本课题用无压浸渗法制备SiCp/Al复合材料,主要研究了SiC的表面处理、铝合金的成分、浸渗温度和保温时间等各工艺参数对无压浸渗工艺和复合材料性能的影响,以得到较佳的制备工艺。另外,本实验利用制作陶瓷内衬的方法解决了实验条件下无压浸渗法制备SiCp/Al复合材料的难脱模,破损容器的问题,解决了操作难题。实验所得的最佳无压浸渗法制备SiCp/Al复合材料工艺中,最佳的参数配比合金是10Mg-10Si-Al合金,最佳浸渗气氛为氮气气氛,最佳浸渗温度为1100℃,最佳保温时间是2h；无压浸渗工艺制备的55%增强相的SiCp/Al复合材料试样最高硬度为HRA78,最高抗弯强度为276.1MPa。本课题用粉末冶金法制备SiCp/Al复合材料,主要研究了高能球磨的球料比和球磨时间对SiC颗粒粒度和混料均匀性的影响；不同的冷压成型压力对复合材料致密度及抗压强度和硬度的影响；不同的烧结气氛、温度和保温时间对复合材料界面组织和抗弯强度的影响；高温热压的二次加工工艺对材料修复、致密度、硬度和抗弯强度的影响。实验所得的粉末冶金法制备SiCp/Al复合材料工艺中得出：高能球磨混粉工艺中,球料比对颗粒分布均匀性作用更大,球磨时间次之；采用200MPa压力冷压成型,800℃真空气氛烧结且保温2h,500℃下试样加热并在350MPa下热压10min,能制备的SiCp/Al复合材料试样最高硬度为HB284,最高抗弯强度为182.4MPa。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-24
  1.1 序论  11
  1.2 课题背景  11-15
    1.2.1 SiCp/Al复合材料的作为防护材料的科学意义和前景应用  12-13
    1.2.2 均质的陶瓷增强铝基复合材料装甲  13-15
  1.3 SiCp/Al复合材料的制备工艺  15-17
    1.3.1 液相工艺  15-16
    1.3.2 固相工艺  16-17
    1.3.3 双相工艺  17
  1.4 无压浸渗法制备SiC/Al MMCs工艺  17-20
    1.4.1 金属基体与增强材料的润湿性  17-19
    1.4.2 无压浸渗模型  19
    1.4.3 无压浸渗法制备SiC/Al MMCs的工艺难点  19-20
  1.5 粉末冶金法制备SiCp/Al MMCs工艺  20-21
  1.6 颗粒增强金属基复合材料的界面结合形式  21-22
  1.7 本课题研究内容及意义  22-24
2 实验内容及方法  24-41
  2.1 实验方案  24-27
  2.2 实验材料准备  27-28
  2.3 SiC预氧化方案  28-29
  2.4 无压浸渗法制备SiCp/Al复合材料  29-34
    2.4.1 SiC骨架制备  29-31
    2.4.2 基体合金化  31-32
    2.4.3 坩埚的陶瓷内衬  32-33
    2.4.4 无压浸渗工艺  33-34
  2.5 粉末冶金法制备  34-36
    2.5.1 高能球磨混粉  34-35
    2.5.2 冷压成型  35-36
    2.5.3 烧结  36
    2.5.4 高温热压  36
  2.6 SiCp/Al复合材料的性能测试  36-41
    2.6.1 SiCp/Al复合材料的密度测量  36-37
    2.6.2 孔隙率的测定  37
    2.6.3 洛氏硬度和布氏硬度  37-38
    2.6.4 三点弯曲强度  38-39
    2.6.5 抗压强度  39
    2.6.6 金相图片  39-40
    2.6.7 X-Ray分析  40
    2.6.8 扫描电镜和能谱分析  40-41
3 SiC颗粒的预氧化处理  41-44
  3.1 SiC氧化效果的影响  41-43
    3.1.1 SiC氧化量的计算  41-43
  3.2 小结  43-44
4 无压浸渗法制备SiCp/Al复合材料  44-57
  4.1 SiO_2层的作用  44-45
  4.2 Mg和Si的作用和影响  45-49
  4.3 浸渗气氛  49-51
  4.4 浸渗温度  51-52
  4.5 浸渗时间  52-56
  4.6 小结  56-57
5 粉末冶金法制备SiCp/Al复合材料  57-73
  5.1 高能球磨  57-63
  5.2 冷压成型压力的影响  63-67
    5.2.1 冷压成型模型  63-64
    5.2.2 冷压成型加压强度对SiCp/Al MMCs性能影响  64-66
    5.2.3 压力以及加压速度的影响  66-67
  5.3 烧结气氛、温度和时间的影响  67-69
  5.4 高温热压  69-72
  5.5 小结  72-73
6 力学性能  73-82
  6.1 强化机制  73-74
  6.2 洛氏硬度和布氏硬度  74-77
  6.3 抗弯强度  77-80
  6.4 抗压强度  80-82
结论  82-83
致谢  83-84
参考文献  84-88

SiCp/Al复合材料的制备工艺及性能研究

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