特种陶瓷及复合材料组织观察

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1、实验二、特种陶瓷及复合材料组织观察一、实验目的了解复合材料的组成，不同复合材料的应用前景，观察A12O3/A1复合材料、Cu・W的金相组织、C/Cu复合材料。二、实验原理颗粒增强金属基复合材料是将陶瓷颗粒增强相外加或自生进入金属基体中得到兼有金属的性能（塑性和韧性）和增强相的优点（高硬度、高模量）的复合材料。颗粒增强金属基复合材料除了和树脂基复合材料同样具有高强度、高模量和低膨胀系数等特点外，它能耐300〜500°C或更高的温度，不燃烧、不吸潮，具有高的导热系数与导电率，抗辐射性能好，而且在较高温下不会放出气体污染环境⑴

2、，这是树脂基复合材料所不能比拟的。更重要的是颗粒增强金属基复合材料制造成本低，微观结构均匀，材料性能各向同性，可采用热压、热轧等传统的金属加工工艺加工成形，因而与纤维增强、晶须增强相比倍受重视。目前一些发达国家仍大力进行这方血的研究和开发，如美国已在航空航天领域，日本则在汽车工业上成功地应用了颗粒增强金属基复合材料，西欧各国也投入了相当大的研究力量，国内在颗粒增强金属基复合材料方面的研究和探索也卓有成效。1.粉末冶金技术粉末冶金技术是以金属陶瓷、弥散强化合金、烧结铝和钛的合金以及后来的粉末髙速工具钢、不锈钢和高温合金为特

3、征发展起来的。上述材料，用一般的熔铸一加工法往往是难以制造。它们的问世既推动了粉末冶金新工艺和装备的发展，又是其必然结果。例如以惰性气体雾化为代表的制造高纯、高合金预合金化粉末的技术以及各种全致密（包括热成形）技术的出现，使得制造高性能粉末材料才成为可能。进而，粉末冶金与传统的热机械加工方法结合，又使得现代技术所不可缺少的许多结构材料，有可能由粉末直接生产出来，而且其性能大大超过熔铸材料。（1）粉末冶金工艺的优越性粉末冶金工艺的优越性，可以概插为三个大方面。①能制造用熔铸方法无法获得的材料和制品a能把金属粉末同非金属粉末

4、混合，在熔化温度以下通过化合或氧化——还原反应制収难熔金属碳化物、硼化物、硅化物；b能控制烧结制品的孔隙度，制造金属过滤器、多孔电极等高孔隙材料；c能够将熔点相差很大的元素粉末混合并通过压制一烧结制成有任意成分比例的特殊材料，如铜一卡乌、碳化钩一银、铜一石墨等；d能制造包括金属陶瓷、氧化物弥散强化和纤维强化等复合材料。②某些粉末冶金材料的性能优于同成分的熔铸金属。a制造细品粒，均匀组织和加工性能好的稀有金属坯锭；b制取成分偏析小的高性能合金，如高速工具钢、高温合金、马氏体时效钢和粉末钛合金；③粉末冶金的经济效益高a直接成

5、形制造少余量或无余量的毛坯或成品，减少机加工，提高材料利用率；b缩减工序，降低制造成本；c生产设备通用性好，适于大批量生产，降低能耗。（2）粉末冶金材料的分类粉末冶金材料，又称为粉末烧结材料，是用途广泛的一类工程材料。材料按其使用要求，包括结构材料和功能材料两大类。前者指各种工程结构用的材料，主要使用它的力学性能（强度、硬度和韧性等）；后者主要利用其特殊的物理（光、电、磁、声、热等）性能的材料，如磁性材料、电气材料、超导材料、半导体材料等。粉末冶金材料多属于机械工程（结构）材料，但也有一部分属于功能材料，它们在现代的通讯

6、、电子、计算机、自动控制以及航天空间技术等领域发挥了巨大的功效。（3）制备C/Cu电工材料铜•石墨电刷材料是以Cu等金属粉末为主耍成分，加入石墨粉经混合、压制和烧结而成。铜・石墨电刷的电阻率低，导电性好，载流量较大，适用于大电流交流电机，低电圧高电流密度的电解、电镀用直流发电机，也适用于低压小型牵引电机，汽车和拖拉机的启动电机等。1.直接金属氧化法制备A12O3/A1复合材料A12O3作为常见的耐热陶瓷材料，具有稳定的物理和化学性能，它熔点高，硬度大，来源充足，价格低廉。自生A12O3/A1复合材料具有非常优异的抗高温氧

7、化性能。由于其本身的AI2O3颗粒就是反应生成的，具有很好的热稳定性，因此，在发动机和塞、刹车片等高温环境工件上有很好的应用。直接金属氧化法（DIMOX—DirectedMetalOxidation）制备A12O3/A1复合材料的基本原理是利用铝合金熔体与空气中的氧在高温特定条件下发生反应，生成以AI2O3陶瓷为骨架，10〜30wt%三维连通铝合金相的复合组织。由增强相AI2O3是由铝液自氧化生成，故相间结合良好，组织均匀，具有轻而韧、高比强度、抗热震、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等良好综合性能。作为结构材料，在航空航天发动机

8、及军用装备等场合具有应用前景，也可制成多孔功能材料，如催化剂载体。汽车尾气净化器，微孔过滤片等。对纯Al+NaOH助生剂自氧化生长的动力学过程、显微通道形成、胞状生长机制等进行了系统研究。关于Al-Mg-Si合金自氧化生长A12O3/A1复合材料的成形工艺及控制因素的研究表明，SiO2表血覆盖剂能缩短材料生长的孕育期