顆粒增強復合材料制備

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1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：紅柱石增強鋁合金復合材料制備與性能姓名：廖麗云學號：07080406院（系）：材料科學與工程學院專業(yè)：金屬材料工程指導教師:閻峰云第一章文獻綜述1.1顆粒增強鋁基復合材料研究1.1.1概述金屬鋁基復合材料在20世紀80年代和90年代得到迅速發(fā)展，目前仍是材料領(lǐng)域的研究熱點之一。金屬基復合材料具有耐高溫、耐磨損、導電導熱性好、不吸濕、不放氣、尺寸穩(wěn)定、不老化等許多特點，在航空航天領(lǐng)域占有重要地位，目前已經(jīng)發(fā)展的有鋁基、鎂基、鈦基、高溫合金基、銅基等多種材料，其中以鋁基發(fā)展最快并且成為當前金屬基復合材料發(fā)展和研究工作的主流。這是因

2、為鋁基復合材料具有密度低、基體合金選擇范圍廣、可熱處理性好、制備工藝靈活多樣等許多優(yōu)點。鋁基復合材料具有很大的應(yīng)用潛力，并且已有部分鋁基復合材料成功進入商業(yè)化生產(chǎn)階段。采用顆粒增強制備鋁基復合材料成本相對較低，原材料資源豐富，制備工藝簡單。選擇適當?shù)脑鰪婎w粒與基體組合可制備出性能優(yōu)異的復合材料，具有很大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。可以預料，在現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展和技術(shù)水平的高要求下，顆粒增強鋁基復合材料必將以其獨特優(yōu)勢在工業(yè)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。但同時也應(yīng)看到，顆粒增強鋁基復合材料在未來的時間里要取得更進一步發(fā)展，并列人規(guī)?；a(chǎn)的行列，還需要進行更多的探索和實踐

3、。因此，進一步加強理論研究，建立完整的理論模型，不斷進行實踐探索，將是今后的工作重點[1]。。1.1.2顆粒增強鋁基復合材料的特性1.模量與塑性增強體的加入在提高鋁基復合材料強度和模量的同時，降低了塑性。文九巴等人采用鑄造法制備出Al/Al3Ti復合材料，抗拉強度比純Al基體提高77．5％，硬度提高132％，而延伸率較純鋁略有下降。王文明等人以SiCp/6066A復合材料為例研究了顆粒增強鋁基復合材料彈性模量的影響因素，發(fā)現(xiàn)界面性能對復合材料的彈性模量影響顯著，細觀結(jié)構(gòu)的影響不明顯[2]。2.耐磨性高的耐磨性是顆粒增強鋁基復合材料的特點之一。馬東輝對顆

4、粒增強鋁基復合材料及其基體與40Cr鋼摩擦材料組成的摩擦副的摩擦磨損特性進行了對比試驗研究，研究表明復合材料具有較穩(wěn)定的摩擦系數(shù)、低的磨損率[3]。王寶順等人研究了大范圍(15％～55％)的SiCp（45、63μm)／Al復合材料與半金屬剎車材料配副的摩擦磨損性能。其結(jié)果表明．顆粒體積分數(shù)對復合材料摩擦系數(shù)的影響顯著，而顆粒尺寸對復合材料摩擦系數(shù)影響不大[4]。3.疲勞與斷裂韌性顆粒增強鋁基復合材料的疲勞強度和疲勞壽命一般比基體金屬高，這與剛度及強度的提高有關(guān)，而斷裂韌性卻下降。影響鋁基復合材料疲勞性能和斷裂的主要因素有：增強物與基體的界面結(jié)合狀態(tài)、基

5、體與增強物本身的特性和增強物在基體中的分布等。界面結(jié)合狀態(tài)良好．可以有效地傳遞載荷，并阻止裂紋擴展，提高材料的斷裂韌性。CHENZhenzhong等人利用粉末冶金技術(shù)制備了lO％的SiC增強Al203，SiC的平均顆粒尺寸為5μm。研究了SiC顆粒對疲勞裂紋擴展的影響。結(jié)果表明，很少的顆粒出現(xiàn)在斷裂表面，即使在高的AK區(qū)域里也幾乎沒有出現(xiàn)。這就說明裂紋的擴展主要是在基體的內(nèi)部，而避開了SiC顆粒，這是因為顆粒的強度較高和牢固的顆粒／基體界面的結(jié)合[5]。4.熱性能增強體和基體之間的熱膨脹失配在任何復合材料中難以避免，但可通過控制增強體和基體的含量以及增

6、強體在基體中的分布來減小熱失配。張建云等人的研究指出，在溫度低于200°C時，SiCp／Al復合材料的線膨脹系數(shù)隨溫度的升高有一定程度的增大，但高于200°C時增幅較大[6]。張強等人的實驗結(jié)果也表明，SiCp／Al復合材料的熱膨脹系數(shù)隨溫度的上升而增大，在300°C左右達到最大，隨后隨著溫度的上升而下降[7]。在200°C范圍內(nèi)，熱膨脹系數(shù)在5．6×10-6～7．5×10-6°C之間[8]。這說明SiCp／A1復合材料的熱膨脹系數(shù)較小，能與電子元件基良好匹配。導熱性是另一個重要的熱性能。于家康等模擬研究了SiC顆粒尺寸及界面熱導率對SiCp／A1復合

7、材料有效熱導率的影響。結(jié)果表明，當界面熱導率一定、且界面厚度與顆粒尺寸之比不變時，顆粒尺寸對復合材料的熱導率幾乎沒有影響；復合材料的熱導率隨界面熱導率的增加而增大并且當界面熱導率較小時增大更快[9]。5.阻尼性能阻尼性能是材料在機械振動過程中在周期性加載和波傳播條件下消耗應(yīng)變能的一個量度。當材料的阻尼性能在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中被有效利用時，它可以有效地降低噪聲和減小振動。于思榮等人采用熔體直接發(fā)泡法制備了SiCp／ZL104泡沫復合材料，并進行了阻尼性能和機理的分析。結(jié)果表明，SiCp／ZL104泡沫復合材料的損耗因子隨SiCp含量的增加和SiCp粒度的減小而增

8、大，即阻尼就越大[10]。楊會智對噴射共沉積工藝制備的6013A1／SiCp／Gr復合材料，研