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SiC/Al2O3/Al复合材料的制备工艺及性能研究

2020-12-07阅读(932)

SiC/Al2O3/Al复合材料的制备工艺及性能研究

论文摘要

本文采用造孔剂法和凝胶注模成型法制备了两种类型的SiC陶瓷预制体,研究了阻生材料的特性和作用机理,制备了预制体增强的SiC/Al2O3/Al复合材料；利用金相显微镜、SEM、XRD等分析手段系统研究了预制体和复合材料的显微组织,对预制体、阻生材料及SiC/Al2O3/Al复合材料的性能进行了测定。实验结果表明：SiC预制体内部孔隙率和孔径分布可通过调整制备方法、成孔剂和助烧剂添加量以及SiC粒度控制。凝胶注模成型法与造孔剂法相比,制备的预制体生坯强度较高,可达23MPa；造孔剂含量均为20wt%时,凝胶注模法制备的预制体气孔率为60.64%,高于造孔剂法制备的预制体气孔率54.62%。SiC/Al2O3/Al复合材料的微观组织由SiC陶瓷相、三维连通的α-Al2O3基体和残留Al-Si相组成。通过改变预制体的制备方法及其SiC颗粒粒度、SiC质量分数和气孔率,可以调控复合材料微观组织内各组成相的体积分数,改善微观组织分布均匀程度和复合材料抗弯性能和耐磨性。阻生材料气孔率可控,自身反应较少,抗压强度均小于1MPa；阻生材料与预制体之间呈物理机械结合,与铝合金液的氧化反应产物以及复合材料之间相互粘结,不发生化学反应；阻生材料4Al2O3:CaSO4、Al2O3:6CaSO4和SiO2:6CaSO4的气孔率分别为41.08%、67.50%和63.00%,配合作为小气孔率和大气孔率阻生材料涂覆在预制体表面,制备出了形状规整的复合材料。阻生材料抑制SiC/Al2O3/Al复合材料过生长是通过限制过生长所需要的生长空间,以及阻生材料与铝合金熔液不润湿和不反应实现。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 陶瓷基复合材料
  • 1.2 熔融金属自发渗透制备陶瓷基复合材料
  • 1.3 熔融金属定向氧化制备陶瓷基复合材料
  • 1.3.1 Lanxide陶瓷基复合材料的基质-陶瓷/金属复合材料
  • 1.3.2 颗粒增强Lanxide陶瓷基复合材料
  • 1.4 陶瓷材料的摩擦磨损
  • 1.5 熔融金属定向氧化技术存在的问题
  • 1.6 本课题的目的、意义及主要内容
  • 1.7 研究方案
  • 2 实验条件和实验过程
  • 2.1 实验工艺路线
  • 2.2 实验原料
  • 2.3 Al-Si-Zn合金的制备
  • 2.4 SiC陶瓷预制体的制备
  • 2.4.1 造孔剂法
  • 2.4.2 凝胶注模成型法
  • 2.5 阻生材料的研究
  • 2O3/Al复合材料的制备'>2.6 SiC/Al2O3/Al复合材料的制备
  • 2.7 性能测试
  • 2.7.1 气孔率测定
  • 2.7.2 抗压强度测定
  • 2.7.3 抗弯强度测定
  • 2.7.4 摩擦磨损性能测定
  • 2.7.5 物相分析及显微形貌观察
  • 3 SiC陶瓷预制体的研究
  • 3.1 造孔剂法制备预制体
  • 3.1.1 石墨对预制体气孔率的影响
  • 3.1.2 助烧剂在预制体中的作用
  • 3.2 凝胶注模成型法制备预制体
  • 3.2.1 凝胶注模成型工艺研究
  • 3.2.2 石墨对预制体气孔率的影响
  • 3.3 预制体的微观形貌
  • 3.4 小结
  • 2O3/Al复合材料及其性能'>4 SiC/Al2O3/Al复合材料及其性能
  • 2O3/Al复合材料的氧化生长机理'>4.1 铝合金制备Al2O3/Al复合材料的氧化生长机理
  • 2O3/Al复合材料的影响'>4.2 预制体对SiC/Al2O3/Al复合材料的影响
  • 4.2.1 预制体制备方法对复合材料微观形貌的影响
  • 4.2.2 预制体的粒度对复合材料的影响
  • 4.2.3 预制体的气孔率对复合材料的影响
  • 2O3/Al复合材料的氧化生长机理'>4.3 SiC/Al2O3/Al复合材料的氧化生长机理
  • 2O3/Al复合材料的性能'>4.4 SiC/Al2O3/Al复合材料的性能
  • 2O3/Al复合材料的抗弯强度'>4.4.1 SiC/Al2O3/Al复合材料的抗弯强度
  • 2O3/Al复合材料的摩擦磨损性能'>4.4.2 SiC/Al2O3/Al复合材料的摩擦磨损性能
  • 4.5 小结
  • 5 阻生材料的特性及作用机理
  • 5.1 阻生材料的特性研究
  • 5.1.1 阻生材料的气孔率
  • 5.1.2 阻生材料的相组成
  • 5.1.3 阻生材料的抗压强度
  • 5.2 阻生材料与其它材料的相互作用
  • 5.2.1 阻生材料与SiC预制体的相互作用
  • 5.2.2 阻生材料与铝合金的相互作用
  • 2O3/Al复合材料的相互作用'>5.2.3 阻生材料与SiC/Al2O3/Al复合材料的相互作用
  • 2O3/Al复合材料过生长中的作用机制'>5.3 阻生材料在SiC/Al2O3/Al复合材料过生长中的作用机制
  • 3/Al复合材料'>5.4 大块体SiC/Al2O3/Al复合材料
  • 5.5 小结
  • 6 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 在校学习期间发表的论文

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