【正文】 ...14 壓縮強度的測定 .............................................................................................14 抗拉強度的測定 .............................................................................................15 維氏顯微硬度的測定 .....................................................................................15第 4 章 結(jié)果分析與討論 ....................................................................................................16 改性碳化硅方法的研究 ........................................................................................16 表面氧化改性 SiC 分析 .................................................................................16 表面鍍銅改性 SiC 分析 .................................................................................16 改性后粉體 XRD 對比分析 ..........................................................................16 改性后粉體表觀對比分析 .............................................................................18 碳化硅燒結(jié)工藝的研究 ........................................................................................19 不同包埋方式對燒結(jié)體外觀形貌的影響 .....................................................19 微波真空燒結(jié)工藝對燒結(jié)體燒失量的分析 .................................................19 碳化硅顆粒增強鋁基復合材料燒結(jié)體性能研究 ................................................20 金相組織的研究 .............................................................................................20 不同改性方法對復合材料物理性能與力學性能的影響 .............................21第 5 章 結(jié)論 ........................................................................................................................25致 謝 ....................................................................................................................................26參考文獻 ..............................................................................................................................27附錄 外語文獻原文、譯文 ..............................................................................................29北方民族大學學士學位論文0第 1 章 前 言復合材料是由兩種或兩種以上的材料通過先進的材料制備技術(shù)組合而成的性能優(yōu)異的新材料。復合材料都是通過增強相的作用來增強基體的性能。按基體分類可分為金屬基復合材料，陶瓷復合材料、高分子基復合材料 [2]。 如何選擇增強物和基體，一般根據(jù)材料使用要求、環(huán)境、增強物和基體本身的參數(shù)來選擇 [3]。目前應用最廣泛的是碳化硅顆粒，相應的金屬基體主要為鋁基。鋁基復合材料以其重量輕，比強度大等優(yōu)點廣泛應用于航天，航空，高速列車，汽車等領域，并且鋁基復合材料兼具高比強、高比模、耐高溫、耐磨損等一系列性能，現(xiàn)在世界各國已有很多研究單位對鋁基復合材料做了深入細致的研究，也已有些單位開始進行商品生產(chǎn)，因而很自然的鋁基復合材料就成為受到普遍重視的焦點 [4]。碳化硅通常是用石英砂和焦炭在電爐中高溫還原而成的，碳化硅共價性很強，SiC間鍵的離子性僅占 14%，SiC 鍵的高穩(wěn)定性賦予碳化硅具有高熔點、高硬度、化學惰性等特性，而且其硬度極高。碳化硅顆粒增強鋁基復合材料(SiCp /Al)在航天與太空、航空與導彈、微電子及其他領域均得到廣泛的應用。這不僅使材料得到充分利用，而且還可以大大簡化結(jié)構(gòu)。北方民族大學學士學位論文2 良好的耐高溫性能碳化硅顆粒增強鋁基復合材料耐高溫性能良好，抗氧化，具有較高的抗熱沖擊、抗熱蝕能力。 較低的斷裂韌性顆粒增強鋁基復合材料的斷裂韌性 KIC 一般只有 15~27 MPa 碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法SiCp /Al 復合材料的制備方法通常有粉末冶金法、壓力鑄造法、噴射共沉淀法、滲透法、固態(tài)擴散法、半固態(tài)攪熔復合法等?；蛘呷∠麑旌戏哿系臒釅海鸦旌戏哿厦芊庥阡X包套內(nèi)，直接進行熱擠壓，也可成功地制造出致密的鋁基復合材料。但其制備工藝成本高，而且復合材料的顯微組織無法改變，在實際生產(chǎn)中難以制造大尺寸和形狀復雜的零件。SiC 顆粒在復合材料中分布的均勻性由預制塊中顆粒分布的均勻程度決定，并取決于預制塊的制備工藝。SiCp/Al復合材料中 SiC 顆粒具有不規(guī)則外形并且在基體中均勻分布，復合材料中基本沒有孔隙并且界面結(jié)合狀態(tài)良好 [8]。在 SiCp/Al 復合材料中 SiC 顆粒的熱膨脹系數(shù)僅是鋁合金的 1/6 左右，所以復合材料從高溫到室溫的冷卻過程中， SiCp/A1 界面處將產(chǎn)生較大的熱應力。 噴射共沉淀法噴射共沉積法是 20 世紀 80 年代逐漸發(fā)展起來的制備顆粒增強金屬基復合材料的工藝 [9]，它具有增強顆粒分布均勻、沒有嚴重的界面反應、基體組織有快速凝固特征、呈細小等軸晶形態(tài)等優(yōu)點，且產(chǎn)率高，易于制備大件。研究人員觀察噴射共沉積 SiCp/Al 復合材料錠坯顯微組織發(fā)現(xiàn)，SiC顆粒在基體中分布均勻，在少數(shù) SiC 顆粒搭接處存在少量孔隙，總體上 SiC 顆粒與基體結(jié)合良好，避免了鑄造過程中易于發(fā)生的顆粒偏聚現(xiàn)象；界面的能譜分析表明，沒有界面反應。類似研究還表明了增加 SiC 顆粒加入量能細化基體晶粒。Gupta 等人的工作表明 [11]，依照傳統(tǒng)捕獲判據(jù)不能發(fā)生捕獲的 SiCp/Al 復合材料在噴射共沉積過程中發(fā)生捕獲，這一現(xiàn)象揭示高速沖擊沉積過程可能是主要的原因。 滲透法SiCp/Al 復合材料制備中的突出難點是：增強相顆粒與鋁液體不潤濕，這主要是因為鋁液表面存在氧化層，使鋁液與增強相不能直接接觸 [10]。滲透法制造 SiCp/Al 復合材料的北方民族大學學士學位論文4過程主要是:選用高溫惰性材料(石英砂、石墨、陶土或鋼等 )制作模子，制備工藝可仿精密鑄造制模工藝，模內(nèi)腔可具有所需的形狀和尺寸，以便從中直接獲得試件或零件毛坯。澆注鋁液后的模子放入普通空氣加熱爐中，在 850℃~950℃溫度范圍內(nèi)，根據(jù)零件厚度保溫一段時間，以便獲得一定滲透厚度的試件，保溫結(jié)束后，爐冷至 500℃，出爐脫模就可獲得一定外形的鋁基復合材料。 固態(tài)擴散法這是制造連續(xù)纖維增強鋁基復合材料的傳統(tǒng)方法 [20]。第二步是通過加熱加壓使他們緊密地擴散結(jié)合成為整體。用固態(tài)擴散法制造的鋁基復合材料往往具有很高的質(zhì)量和性能，如美國的 Textron 特殊材料公司就用本方法制成的 SiC 連續(xù)纖維鋁基復合材料的工字梁和板材做成一種先進戰(zhàn)斗機的尾翼，性能良好。所以用這方法進行生產(chǎn)難度較大且成本很高，有很大的局限性。實驗發(fā)現(xiàn)，只要選擇合適的工藝參數(shù)就可以使增強相顆粒均勻分散在鋁合金中。研究發(fā)現(xiàn)，顆粒預處理對分布均勻性有顯著影響，經(jīng)過高溫預氧化處理的 SiC 顆粒與合金基體潤濕性很好，在半固態(tài)攪熔復合制備中能有效改善顆粒與基體的界面結(jié)合和顆粒分布均勻性。當增強相的顆粒較小時，攪拌葉輪的旋向?qū)Ψ植季鶆蛐杂兄匾绊憽?微波燒結(jié)法的優(yōu)點微波燒結(jié)是一種材料燒結(jié)工藝的新方法，它具有升溫速度快、能源利用率高、加熱效率高和安全衛(wèi)生無污染等特點，并能提高產(chǎn)品的均勻性和成品率，改善被燒結(jié)材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能，近年來已經(jīng)成為材料燒結(jié)領域里新的研究熱點。它同傳統(tǒng)的加熱方式不同。而微波燒結(jié)則是利用微波具有的特殊波段與材料的基本細微結(jié)構(gòu)耦合而產(chǎn)生熱量，材料的介質(zhì)損耗使其材料整體加熱至燒結(jié)溫度而實現(xiàn)致密化的方法。同時由于微波能被材料直接吸收而 轉(zhuǎn)化為熱能，所以，能量利用率極高，比常規(guī)燒結(jié)節(jié)能 80%左右。另外，微波的存在降低了活化能，加快了材料的燒結(jié)進程，縮短了燒結(jié)時間。同時，燒結(jié)溫度亦有不同程度的降低。還可以通過添加吸波物相北方民族大學學士學位論文6來控制加熱區(qū)域，也可利用強吸收材料來預熱微波透明材料，利用混合加熱燒結(jié)低損耗材料。 本文主要研究內(nèi)容本實驗采用純鋁粉分別與 SiC 粉、氧化改性 SiC 粉（1000℃燒結(jié) SiC）以及鍍銅改性 SiC 粉均勻混合，并在傳統(tǒng)制備工藝的基礎上，采用粉末冶金法成型，與傳統(tǒng)真空熱壓燒結(jié)工藝不同的是，本實驗是通過氬氣保護微波真空無壓燒結(jié)工藝制備碳化硅顆粒增強鋁基復合材料。 本文研究的目的意義隨著航天航空、原子能等現(xiàn)代高技術(shù)的迅速發(fā)展，對材料的要求也越來越高，不僅要求重量輕，還要求比強度、比模量高。復合材料可發(fā)揮其組元協(xié)同作用，同時又有很大的材料可設計性。目前 SiCp/Al 受到世界各國的關(guān)注，成為當今世界金屬基復合材料研究的熱點 [14]。用 SiC 做增強劑制造的鋁基復合材料是一種較為理想的結(jié)構(gòu)材料。最早開始研究的是 SiC 單絲，但制造成本太高，后來轉(zhuǎn)向價格相對便宜的 SiC 纖維，但制備過程中易出現(xiàn)諸如纖維損傷、微觀組織不均勻等影響材料性能的許多缺點，最終人們開始對 SiC 顆粒開始研究。北方民族大學學士學位論文7第 3 章 實 驗 實驗工藝流程圖原粉改性 混料制粉 壓制成型無壓燒結(jié)試樣處理力學性能分析圖 31 碳化硅顆粒增強鋁基復合材料制備工藝流程 實驗原料及設備 原始粉實驗所用粉料的增強材料是 SiC，基體材料是 Al?；w及增強體的物理性質(zhì)如下表 31 所示。除去粉末中的有機物質(zhì)，如運輸中沾染的油北方民族大學學士學位論文8污等；使其粉末表面部分氧化形成網(wǎng)狀 SiO2 層，有利于直接加入復合材料中提高材料的強度，也有利于碳化硅表面化學鍍銅。除垢 粗化 敏化 活化 化學鍍圖 32 碳化硅顆粒表面鍍銅工藝流程（1）除垢：稱取上述氧化 SiC 粉末 48 克放入 5%氫氧化鈉溶液，超聲波清洗 5 分鐘，然后用磁力攪拌器攪拌 10 分鐘進行除垢，過濾、干燥。（3）敏化：將粗化后的 SiC 加入到敏化液中同樣用超聲波分散、磁力攪拌敏化 10 分鐘，使其表面依附一些還原劑 Sn2+，過濾清洗，在室溫下干燥。表 32 敏化劑配方氯化亞錫 HCI(37%) 蒸餾水15g 25ml 500ml敏化劑的配置方法：邊攪拌邊將鹽酸緩慢倒入蒸餾水中，再把氯化亞錫溶于鹽酸水溶液中。（4）活化：活化劑配方如下表，配制方法與敏化劑相同。反應如下：Pd2++Sn2+=Pd+Sn4+ （32）活化劑配方如下表 33 所示。將活化后的碳化硅過濾，反復清洗防止溶液中殘留鈀離子，以免在后繼化學鍍工藝中優(yōu)先被還原。化學鍍經(jīng)過一段時間的孕育期（四分鐘）后開始反應。反應一段時間后，氣泡的數(shù)量逐漸增加，反應變得劇烈，再進一步進行，越來越多的碳化硅粉末表面得到包覆，且隨著反應時間的推移，包覆層厚度增加，鍍液呈現(xiàn)暗紅色。靜置后，液體分層，上層暗紅色漸漸變淡，下層暗紅色復合粉體沉積到燒杯底部?；瘜W鍍鍍液配方如下表 34 所示。5H2O） 主鹽甲醛（HCHO） 11ml 還原劑乙二胺四乙酸二鈉 （EDTA2Na） 6g 絡合劑亞鐵氰化鉀（K 4[Fe(CN)6]3H2O） 穩(wěn)定劑氫氧化鈉（NaOH） 20% pH 調(diào)節(jié)劑蒸餾水（H 2O） 250ml 溶劑 實驗儀器本次試驗所用