仿珍珠贝 Al 合金/SiC 层状复合材料的制备、组织与性能

发布时间：2017-09-13 08:59

第 2 章 实验材料与研究方法

2.1 实验材料

实验所用材料包括商用碳化硅粉体、氧化铝粉体、氧化镁粉体、羧甲基纤维素钠（CMC-Na）和去离子水，各种材料的粒度、纯度和来源如表 2.1 所示。本实验中选用高强度铸造铝合金 ZL205A (Al–Cu合金)和 Al–Si–Mg合金。采用瑞士产的 ARL4460 光谱分析仪测定合金成分，测定结果如下:

2.2 研究方法及技术路线

采用冷冻铸造法和熔体浸渗法制备层状或均匀分布的 Al/SiC 复合材料，其制备工艺可分为两个步骤：首先采用冷冻铸造法制备层状或均匀分布的多孔 SiC 陶瓷坯体，然后通过真空–气压浸渗法或无压浸渗法向多孔 SiC 坯体的孔隙中填充 Al 合金，最终制出复合材料。图 2.1 为制备多孔陶瓷坯体所需的冷冻铸造实验装置示意图，图 2.1（a）为常见的单向冷冻，而图 2.1（b）为快速冷冻。在单向冷冻装置中，将铜棒下端置入盛有液氮的保温容器中，其上端装有加热圈以及顶部与隔热性能良好的聚四氟乙烯模具连接。通过下端的冷却和上端的加热，使铜棒顶部处于恒定低温状态。将陶瓷浆料倒入模具内，，实现浆料从下而上的定向凝固。

第 3 章 冷冻铸造法制备层状多孔 SiC 陶瓷坯体.....47

3.1 引言....... 47
3.2 SiC 浆料流变性....... 47
3.3 液相烧结 SiC 多孔陶瓷坯体 ..... 49
3.4 冷冻温度对多孔陶瓷微观结构的影响......... 55
3.5 固相含量对层状多孔陶瓷骨架微观结构和性能的影响.....58
第 4 章 压力浸渗法制备层状互通结构 ZL205A/SiC 复合材料及其力学性能···71
4.1 引言....... 71
4.2 真空-气压浸渗工艺研究............ 72
4.3 陶瓷颗粒的分布状态对 ZL205A/SiC 复合材料力学性能的影响规律及机制............. 76
第 5 章 无压浸渗法制备层状互通结构 Al–Si–Mg/SiC 复合材料及其力学性能················101
5.1 引言......101
5.2 无压浸渗动力学研究......101

第 6 章 层状互通结构 ZL205A/SiC 复合材料的干摩擦磨损性能

6.1 引言

众所周知，机器零件的大部分失效是由于摩擦磨损造成的，为此更换或修复磨损件而消耗了大量的能源、资源和人力。随着航空航天、交通、生物制造（人造关节）等领域的迅速发展，对轻质材料的耐磨性能提出了更高的要求[206, 207]。像铝合金等传统金属轻质材料虽然具有高比强度、耐腐蚀和良好的铸造性能，但摩擦状态不稳定，抗咬合性能较差，耐磨性能不理想，这阻碍了其在摩擦领域的更广泛应用[208]。在金属中添加陶瓷相，不仅使材料具有高比强度、高比模量、耐高温、尺寸稳定性好等优点，而且还具有比基体更好的耐磨性。在陶瓷颗粒增强金属基复合材料中 Al/SiCp复合材料是优秀的代表，其成本低廉、来源广泛、综合性能优良，因此前人对 SiCp均匀布的 Al 基复合材料进行了大量的研究[209-217]。

6.2 层状互通结构 ZL205A/SiC 复合材料的摩擦磨损行为

在本实验中获得的层状复合材料呈现梯度结构，结合图 3.6 所给出的坯体微观结构可知，复合材料底部的片层较细小致密，随着离底部的高度，片层变粗大。我们选择片层较厚位置（取复合材料离底部 15 mm左右高的区域）的纵、横截面，研究不同取向对层状互通结构 ZL205A/SiC 复合材料的磨损性能的影响，其横截面为垂直于片层方向；纵截面为平行于片层方向；另外，采用三维的 X、Y 和 Z 方向标记了片层的不同取向，如图 6.1 所示。
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第 7 章 结 论

发现采用快速冷冻法制备的 SiC 多孔陶瓷中，孔隙均匀分布；而采用单向冷冻铸造法制备的 SiC 多孔陶瓷呈从下至上梯度变化的层状结构。揭示出随着离冷端距离的增加，浆料凝固速度降低，陶瓷骨架片层厚度和结构波长均增大；随着浆料中陶瓷初始固相含量的增加，浆料粘度增大，凝固速度增加，陶瓷骨架片层厚度和结构波长均增大。随着冷冻温度的降低，单向冷冻的冰晶前沿凝固速度增加，液相烧结后的层状多孔 SiC坯体中片层厚度和冷冻波长均减小。对无助烧剂体系，当浆料初始固相含量增加至 40 vol.%时，由于浆料粘度大，层状结构不明显，氧化烧结的坯体强度较低。对助烧剂体系，随着助烧剂含量的增加，SiC 水基浆料的粘度减小，浆料的凝固速度降低。随着浆料中陶瓷初始固相含量和助烧剂含量增加，坯体孔隙率减小，抗压强度增大。

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参考文献（略）

本文编号：842728