SiCp预制体制备及孔洞特征的研究

发布时间：2017-09-03 14:18

  本文关键词：SiCp预制体制备及孔洞特征的研究

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【摘要】：液态金属浸渗法是制备高体积分数(55~75%)SiCp/Al复合材料的主要方法,SiCp预制体的孔洞特征显著影响铝液的浸渗流动行为和复合材料的最终组织性能。制备工艺参数对预制体孔洞的体积分布和空间结构等特征有十分重要的影响。本文研究了SiCp预制体的制备工艺,采用高分辨(~1.0μm)三维X射线断层扫描技术等方法对预制体孔洞进行表征分析,研究了淀粉含量和颗粒尺寸对预制体孔洞特征的影响。选用多种粒径尺寸的SiC颗粒、淀粉造孔剂、磷酸二氢铝粘结剂为原材料,根据对原材料的特性分析,确定了成分质量配比关系,设计了成形模具,制定并优化了烧结工艺,通过模压成形和高温烧结制备出SiCp预制体,制备的预制体孔隙率较高且可调,抗压强度较高,外观平整,尺寸完好。制备了不同淀粉含量的SiCp预制体,研究了淀粉含量对预制体孔洞特征的影响。结果表明,在高温烧结过程中,淀粉造孔剂被氧化分解和去除,发挥造孔和间隙膨胀作用,从而影响预制体的孔洞体积和结构。随着淀粉含量的提高,预制体的总孔隙率和孔洞连通率越高,小尺寸孔洞和喉道显著增多,孔洞体积的空间分布均匀性降低;当淀粉含量提高到8wt%时,预制体内部分布较多“孔洞颈”结构,小尺寸孔洞和喉道的数量继续增加,但孔洞连通率略微降低;继续提高淀粉含量达到15wt%时,预制体内的“孔洞颈”被破坏,小尺寸孔洞的分布数量减少,而较大尺寸孔洞的数量增多,预制体的孔洞连通率显著提高。制备了不同颗粒尺寸的SiCp预制体,研究了颗粒尺寸对预制体孔洞特征的影响。结果表明,当颗粒尺寸较小时,预制体的孔洞结构受淀粉的造孔和间隙膨胀作用影响较大;而当颗粒尺寸较大时,淀粉的造孔和间隙膨胀作用较弱,孔洞结构主要取决于颗粒堆积的间隙大小和密实程度。随着颗粒尺寸的增大,预制体的总孔隙率和孔洞体积的空间分布均匀性都降低,而连通率先降低后增大,颗粒间孔洞和喉道的数量急剧减小,平均孔洞配位数也减小,而平均有效尺寸增大;当颗粒尺寸继续增大到150μm时,颗粒间隙增大,预制体的孔洞尺寸增大,总孔隙率略有提高,而孔洞的空间体积分布均匀性和连通率降低,对应孔隙网络结构中小尺寸孔洞和喉道的数量增多,平均孔洞配位数增大。预制体不同孔洞表征方法的结果对比表明,采用高分辨(~1.0μm)三维X射线断层扫描和三维孔隙网络结构模型,能够较精确地分析真实预制体孔洞的形貌、体积和尺寸分布等特征;而压汞法是在增压条件下使汞液侵入更小尺寸孔洞,汞压较高时将对待测孔洞结构造成一定的破坏,使测定的孔洞体积分数和尺寸分布结果偏小,而且基于圆柱孔模型的孔径计算方法,也会降低压汞法表征预制体孔洞的结果准确性。
【关键词】：SiCp预制体 孔洞 淀粉含量 颗粒尺寸 三维X射线断层扫描
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ163.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 引言12-13
• 1.2 SiCp预制体制备的研究现状13-15
• 1.2.1 预制体的主要制备工艺参数13-14
• 1.2.2 预制体的制备工艺控制及优化14-15
• 1.3 SiCp预制体孔洞特征的研究现状15-17
• 1.3.1 预制体的孔隙率15-16
• 1.3.2 预制体的孔洞结构16-17
• 1.3.3 预制体的强度17
• 1.4 多孔材料孔洞三维特征的研究现状17-20
• 1.4.1 多孔材料的三维X射线 μ-CT表征17-19
• 1.4.2 多孔材料的三维孔隙网络结构模型19-20
• 1.5 本课题的研究意义和研究内容20-22
• 1.5.1 研究意义20-21
• 1.5.2 研究内容21
• 1.5.3 课题来源21-22
• 第二章 SiCp预制体制备的研究22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 实验材料的选取及特性分析22-28
• 2.2.1 SiC颗粒22-25
• 2.2.2 造孔剂25-26
• 2.2.3 粘结剂26-28
• 2.3 SiCp预制体的制备工艺28-34
• 2.3.1 原材料成分29
• 2.3.2 模压成形29-31
• 2.3.4 高温烧结31-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第三章 SiCp预制体的孔洞表征方法36-44
• 3.1 引言36
• 3.2 SiCp预制体孔洞的结构和强度36-39
• 3.2.1 SiCp预制体的总孔隙率36-38
• 3.2.2 预制体断面的孔洞微观结构38
• 3.2.3 预制体的孔径分布38
• 3.2.4 预制体的抗压强度38-39
• 3.3 SiCp预制体孔洞的三维特征39-43
• 3.3.1 三维X射线 μ-CT扫描39-41
• 3.3.2 预制体的X射线断层图像预处理与三维重构41-42
• 3.3.3 预制体的三维孔隙网络结构模型分析42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 淀粉含量对SiCp预制体孔洞特征的影响44-66
• 4.1 引言44
• 4.2 不同淀粉含量SiCp预制体的制备实验44-45
• 4.2.1 制备实验方案44
• 4.2.2 预制体的宏观形貌44-45
• 4.3 淀粉含量对预制体孔洞结构和强度的影响45-48
• 4.3.1 预制体的总孔隙率45-46
• 4.3.2 预制体断面的孔洞微观结构46-48
• 4.3.3 预制体的抗压强度48
• 4.4 淀粉含量对预制体孔洞三维特征的影响48-62
• 4.4.1 预制体的截面孔洞形貌48-51
• 4.4.2 预制体的面孔隙率及其分布51-53
• 4.4.3 预制体的孔洞三维形貌及连通率53-56
• 4.4.4 预制体的三维孔隙网络结构模型56-57
• 4.4.5 预制体的孔喉特征与分布57-62
• 4.5 不同预制体孔洞表征方法的结果对比62-65
• 4.5.1 预制体的孔隙率62-63
• 4.5.2 预制体孔径分布的结果对比63-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第五章 颗粒尺寸对SiCp预制体孔洞特征的影响66-86
• 5.1 引言66
• 5.2 不同颗粒尺寸SiCp预制体的制备实验66-67
• 5.2.1 制备实验方案66
• 5.2.2 预制体的宏观形貌66-67
• 5.3 颗粒尺寸对预制体孔洞结构和强度的影响67-71
• 5.3.1 预制体的总孔隙率67-68
• 5.3.2 预制体断面的孔洞微观结构68-70
• 5.3.3 预制体的抗压强度70-71
• 5.4 颗粒尺寸对预制体孔洞的三维特征的影响71-85
• 5.4.1 预制体的截面孔洞形貌71-73
• 5.4.2 预制体的面孔隙率及其分布73-75
• 5.4.3 预制体的孔洞三维形貌及连通率75-78
• 5.4.4 预制体的三维孔隙网络结构模型78-81
• 5.4.5 预制体的孔喉特征与分布81-85
• 5.5 本章小结85-86
• 结论86-88
• 参考文献88-95
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果95-96
• 致谢96-97
• 附件97

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