β-氮化硅晶须增强铝基复合材料的制备和性能研究
发布时间：2022-02-05 06:14
作为轻质结构金属材料的代表,铝（Al）及其合金材料应用十分广泛。然而强度低、耐磨性差、高温稳定性差等缺点使得传统Al基合金难以满足当今设备高速化、高载荷及长寿命的发展要求。在Al基合金中引入高性能增强相制备Al基复合材料（AMCs）可以有效提高材料的比强度、比模量、耐磨性、抗热变形性,从而很好地克服传统金属材料综合性能差的缺点。β-氮化硅（β-Si3N4）晶须具有优异的力学性能、热学性能和耐磨性能。相比于颗粒增强相,晶须特殊的形貌使其从基体中剥离变得更加困难,增强效果更突出;相比于长纤维,晶须增强AMCs制备工艺更加简单,可有效降低成本;因此,β-Si3N4晶须是一种理想的复合材料增强相。本课题采用热压烧结工艺制备β-Si3N4晶须增强AMCs,系统研究了烧结参数、晶须含量、晶须表面改性、热加工等因素对复合材料性能的影响。β-Si3N4晶须增强AMCs的性能研究表明:晶须对Al基体的力学性能有着显著的强化作用,但...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)上海市
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
机械搅拌工艺示意图
少量的硅和氧化铝基混合物作为粘合剂。文献还表明，采用高能超声辅助的方式可以加速浸渗过程。浸渗法可以有效避免增强相团聚以及金属基体和增强相之间因为密度差较大而导致成分偏析的问题，从而适合制备高增强相含量的复合材料。但是该方法过程较为复杂，并且不易控制金属基体与增强相间的界面反应。Yao 等[40]通过在 B4C 颗粒中添加 Ti 颗粒的方式来提高 B4C 颗粒在浸渗过程中与 Al 基体的润湿性，最后采用无压浸渗法制备了 B4C 颗粒增强 AMCs，研究结果表明，金属熔体的渗透速率以及复合材料的致密度均随着 Ti 含量的增加而增大，材料的相对密度最高为 97.8%，然而，Ti 颗粒的加入加剧了复合材料内部的界面反应，无法给复合材料带来明显的强度改善。Che 等[41]在复合材料的制备之前，先对金刚石颗粒进行 Ti 包覆，然后采用气压浸渗法制备了金刚石增强AMCs，研究结果表明，复合材料界面处存在 TiC 过渡层，有效地减少了金刚石与 Al 基体之间有害反应相 Al4C3的生成，从而显著地增加了复合材料的热导率，但是过厚的 Ti 涂层会对热导率的提高产生阻碍。
是一种基于热喷涂技术的方法。其主要是利用高，与此同时将增强相加入到金属的雾化液中，最得到复合材料[42, 43]，如图 1.3 所示。喷射共沉积体与增强相的短时间混合，从而有利于减少界面也使得基体内部组织细化。但是，该方法不易实积后得到的复合材料气孔率较高，还需进行进一用喷射共沉积工艺制备了大尺寸 SiC 颗粒增强 内部的 SiC 颗粒呈现出从上到下含量依次递减的材料致密度差，初始沉积样品的力学性能普遍较压处理才使得复合材料的致密度和强度得以提高积工艺制备了 SiC 颗粒增强的 Al-Si 合金材料，行二次加工处理，并结合 T6 时效强化，最后得材料，同时发现该样品有着较好的抗热疲劳性能
【参考文献】：
期刊论文
[1]Powder metallurgy processed metal-matrix friction materials for space applications[J]. Yelong XIAO,Pingping YAO,Kunyang FAN,Haibin ZHOU,Minwen DENG,Zongxiang JIN. Friction. 2018(02)
[2]Aging Behavior of Nano-SiC/2014Al Composite Fabricated by Powder Metallurgy and Hot Extrusion Techniques[J]. Zhiguo Wang,Chuanpeng Li,Huiyuan Wang,Xian Zhu,Min Wu,Jiehua Li,Qichuan Jiang. Journal of Materials Science & Technology. 2016(10)
[3]氮化硅针状晶体的制备[J]. 张景贤,江东亮,谭寿洪,归林华,阮美玲. 硅酸盐学报. 2000(02)
[4]氮化硅晶须的制备与显微结构[J]. 周延春,陈声崎,夏非. 人工晶体学报. 1994(02)
本文编号：3614715
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)上海市
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
机械搅拌工艺示意图
少量的硅和氧化铝基混合物作为粘合剂。文献还表明，采用高能超声辅助的方式可以加速浸渗过程。浸渗法可以有效避免增强相团聚以及金属基体和增强相之间因为密度差较大而导致成分偏析的问题，从而适合制备高增强相含量的复合材料。但是该方法过程较为复杂，并且不易控制金属基体与增强相间的界面反应。Yao 等[40]通过在 B4C 颗粒中添加 Ti 颗粒的方式来提高 B4C 颗粒在浸渗过程中与 Al 基体的润湿性，最后采用无压浸渗法制备了 B4C 颗粒增强 AMCs，研究结果表明，金属熔体的渗透速率以及复合材料的致密度均随着 Ti 含量的增加而增大，材料的相对密度最高为 97.8%，然而，Ti 颗粒的加入加剧了复合材料内部的界面反应，无法给复合材料带来明显的强度改善。Che 等[41]在复合材料的制备之前，先对金刚石颗粒进行 Ti 包覆，然后采用气压浸渗法制备了金刚石增强AMCs，研究结果表明，复合材料界面处存在 TiC 过渡层，有效地减少了金刚石与 Al 基体之间有害反应相 Al4C3的生成，从而显著地增加了复合材料的热导率，但是过厚的 Ti 涂层会对热导率的提高产生阻碍。
是一种基于热喷涂技术的方法。其主要是利用高，与此同时将增强相加入到金属的雾化液中，最得到复合材料[42, 43]，如图 1.3 所示。喷射共沉积体与增强相的短时间混合，从而有利于减少界面也使得基体内部组织细化。但是，该方法不易实积后得到的复合材料气孔率较高，还需进行进一用喷射共沉积工艺制备了大尺寸 SiC 颗粒增强 内部的 SiC 颗粒呈现出从上到下含量依次递减的材料致密度差，初始沉积样品的力学性能普遍较压处理才使得复合材料的致密度和强度得以提高积工艺制备了 SiC 颗粒增强的 Al-Si 合金材料，行二次加工处理，并结合 T6 时效强化，最后得材料，同时发现该样品有着较好的抗热疲劳性能
【参考文献】：
期刊论文
[1]Powder metallurgy processed metal-matrix friction materials for space applications[J]. Yelong XIAO,Pingping YAO,Kunyang FAN,Haibin ZHOU,Minwen DENG,Zongxiang JIN. Friction. 2018(02)
[2]Aging Behavior of Nano-SiC/2014Al Composite Fabricated by Powder Metallurgy and Hot Extrusion Techniques[J]. Zhiguo Wang,Chuanpeng Li,Huiyuan Wang,Xian Zhu,Min Wu,Jiehua Li,Qichuan Jiang. Journal of Materials Science & Technology. 2016(10)
[3]氮化硅针状晶体的制备[J]. 张景贤,江东亮,谭寿洪,归林华,阮美玲. 硅酸盐学报. 2000(02)
[4]氮化硅晶须的制备与显微结构[J]. 周延春,陈声崎,夏非. 人工晶体学报. 1994(02)
本文编号：3614715
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