材料学专业毕业论文 [精品论文] 双尺寸颗粒sical复合材料的无压渗透制备及性能研究

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1、材料学专业毕业论文[精品论文]双尺寸颗粒SiC/Al复合材料的无压渗透制备及性能研究关键词：SiC/Al复合材料预成型坯无压渗透抗弯强度导热系数硝酸铁摘要：高增强体含量SiC/Al复合材料具有高的力学性能和好的热学性能，作为一种新材料具有很大的发展潜力，而探求低成本的制造工艺是该材料当前研究的热点。与诸多制造工艺相比，SiC预成形坯无压渗透工艺具有近净成形能力强、设备投入少等优点，因而成为一种极具经济竞争力的制备技术。本文首先研究了SiC粉体氧化条件下的液态铝合金无压渗透现象及其机理。而为了获得高增强体含量的SiC/Al复合材料，作者采用双尺寸颗粒的SiC粉体进行配比后低温自氧化烧结，

2、并首次采用Fe(NO3)3·9H2O作为造孔剂制备SiC预成形坯，在氮气气氛中将自制液态铝合金无压渗入SiC预成形坯内，成功制备出不同增强体粒度及含量的SiC/Al复合材料。应用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)等测试手段对复合材料进行成分、结构与形貌分析，并研究SiC粒度配比和造孔剂的添加量对复合材料力学和热学性能的影响。在1000℃低温烧结时，SiC自身发生氧化反应，Fe(NO3)3因受热分解而去除；SiC粉体由其自身缓慢氧化产生的SiO2膜、水玻璃的硬化作用形成硅酸凝胶以及Fe(NO3)3·9H2O的分解形成的Fe2O3的共同作

3、用而聚合在一起，形成SiC陶瓷骨架。SiC粉体间的本征孔隙和Fe(NO3)3去除后留下的孔隙一起构成一个三维相互连通的、开放的孔隙网络；Fe(NO3)3去除在SiC预成型坯中留下的孔隙分布均匀，没有偏聚现象。SiC预成型坯在烧结过程中产生2～2.5％左右的线膨胀，膨胀量随Fe(NO3)3含量的增加而增大，通过调整Fe(NO3)3含量，能获得不同孔隙率的SiC预成形坯，对于85μm+28μm和46μm+14μm粒度的SiC配比的双尺寸SiC预成型坯，均能获得35～46％的孔隙率：预成型坯的抗压强度随着造孔剂含量的增加而增大，当硝酸铁含量在10％时，其抗压强度高达180MPa。在助渗剂镁的

4、作用下，液态铝合金与SiC表面的SiO2膜生成MgO和MgAl2O4，且液态铝合金中的基体Al与Fe(NO3)3热分解后形成的Fe2O3发生铝热反应，放出反应热，使熔渗前沿温度升高，有效改善了SiC与Al液之间的润湿性，诱发Al液自发向SiC粉体间隙中渗透。在900℃的氮气气氛中，液态铝合金能无压渗入SiC预成形坯内颗粒间的孔隙，获得接近全致密的SiC/Al复合材料。液态铝无压渗入后，SiC预成形坯无任何形状和尺寸的变化，易于实现近净成形。SiC/Al复合材料的断裂方式以脆性断裂为主。其裂纹走向主要沿着SiC-Al分界面、SiC与SiC间较脆弱的烧结颈扩展。延性的金属在裂纹扩展过程中产

5、生少量的塑性变形后被撕裂。铝基体中引入高体积分数的SiC增强体后强度显著提高，抗弯强度均在300MPa以上，最高达381MPa。其抗弯强度并不随着造孔剂Fe(NO3)3添加量的增加单调增加，而表现出先增后减的趋势。且粗颗粒配比预成型坯渗透得到的复合材料强度略高于细颗粒配比。但总体上，对高增强体含量SiC/Al复合材料，其强度随增强体含量改变而波动的幅度不大。当SiC预成型坯中的孔隙率从35％增加到46％时，85μm+28μm双尺寸SiC颗粒增强Al-Mg-Si复合材料的导热系数从116W·m-1·K-1增至131W·m-1·K-1，而46μm+14μm双尺寸SiC颗粒增强Al-Mg-S

6、i复合材料的导热系数从114W·m-1·K-1增至132W·m-1·K-1。总体来说在相同体积含量下粗颗粒SiC增强铝基复合材料的导热率比细颗粒略高。正文内容高增强体含量SiC/Al复合材料具有高的力学性能和好的热学性能，作为一种新材料具有很大的发展潜力，而探求低成本的制造工艺是该材料当前研究的热点。与诸多制造工艺相比，SiC预成形坯无压渗透工艺具有近净成形能力强、设备投入少等优点，因而成为一种极具经济竞争力的制备技术。本文首先研究了SiC粉体氧化条件下的液态铝合金无压渗透现象及其机理。而为了获得高增强体含量的SiC/Al复合材料，作者采用双尺寸颗粒的SiC粉体进行配比后低温自氧化烧结

7、，并首次采用Fe(NO3)3·9H2O作为造孔剂制备SiC预成形坯，在氮气气氛中将自制液态铝合金无压渗入SiC预成形坯内，成功制备出不同增强体粒度及含量的SiC/Al复合材料。应用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)等测试手段对复合材料进行成分、结构与形貌分析，并研究SiC粒度配比和造孔剂的添加量对复合材料力学和热学性能的影响。在1000℃低温烧结时，SiC自身发生氧化反应，Fe(NO3)3因受