无压浸渗法制备高体积分数sical复合材料的研究

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1、第47卷增刊1稀有金属材料与工程Vol.47,Suppl.12018年7月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGJuly2018无压浸渗法制备高体积分数SiC/Al复合材料的研究1,222212刘秋元，王峰，贺智勇，张启富，谢志鹏，王晓波(1.清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，北京100084)(2.中国钢研科技集团有限公司，北京100081)摘要：以SiC粉体及铝合金（7%Mg，10%Mg，质量分数）为主要原料，采用无压浸渗工艺制备得到了两种SiC/Al复合材料。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）及万能试验机等检测手段对2种SiC/Al

2、复合材料的物相组成、显微结构及机械性能进行了表征研究。结果表明，制备得到的SiC/Al复合材料的主晶相均为SiC、Al，同时含有少量的Si、Mg2Si和MgAl2O4等相。10%Mg样品显微结构中存在气孔，7%Mg样品则相对致密。通过对比，7%Mg样品性能更优，其气孔率为0.15%，抗弯强度为373MPa，界面反应区的显微硬度为2230MPa。关键词：SiC/Al复合材料;微观结构；无压浸渗；镁中图法分类号：TB333文献标识码：A文章编号：1002-185X(2018)S1-315-04高体积分数(≥55%)碳化硅颗粒增强铝基复合材粒大多为不规则尖角形，典型颗粒的SEM照片如图1料

3、(SiC/Al)综合了SiC及Al的优良性能，同时具有高所示。比强度、良好的导热性、低热膨胀系数等特点，在电子采用无压浸渗制备SiC/Al复合材料工艺过程如下：封装、航空航天、军事、汽车等领域具有广泛的应用首先将SiC颗粒、造孔剂与粘结剂（PVA溶液）混合均[1-3]前景。匀,然后采用机械加压的方式制备SiC颗粒预制体(气孔当前制备SiC/Al复合材料的主要工艺有粉末冶金率体积分数约45%)，然后于500℃保温1h进行脱脂，法、搅拌铸造法、放电等离子烧结法、挤压铸造法、气再加热到1100℃保温4h对预制体进行预氧化处理,使压浸渗法和无压浸渗法。其中无压浸渗工艺是20世纪其表面形成一层

4、致密的SiO2层；然后将预氧化样品放入80年代末由美国Lanxide公司提出以来的，由于该工艺刚玉坩埚内，铝合金放置于样品上面，在氮气氛围下加具有方法简单、便于操作、可近终成形地制造复杂零件热到900℃，并保温一定的时间进行自发浸渗。保温结等特点，而成为国内外当前研究的重点。同时无压浸渗束后随炉冷却至室温，得到SiC/Al复合材料样品。工艺较传统的压力熔渗、粉末冶金等工艺相比，具有在采用X射线衍射仪（D8Focus，Bruker，Germany）一定范围内体积分数可控，无需专用压力设备、投入成本较低、可制备大尺寸复合材料等优点，因而该工艺在[4-12]制备SiC/Al复合材料具有其独

5、特的优势。但目前而言，无压浸渗技术还未成熟，其关键技术尚被国外垄断，工程应用很少，制备过程中还有诸多问题需要解决。本实验采用无压渗透法制备SiC/Al复合材料，研究材料的物相组成、显微结构、机械强度，并探讨Mg对SiC/Al复合材料性能的影响。1实验实验用原料为工业级碳化硅（99.7%），铝（99%）、镁（99%）及自配铝合金（主要元素是Si、Mg，7%Mg，图1SiC颗粒形貌10%Mg2种规格，以7Mg与10Mg表示）。选用SiC颗Fig.1SEMimageofSiCparticles收稿日期：2017-07-09基金项目：国家科技重大专项资助项目（2013ZX02104）作者简介

6、：刘秋元，男，1984年生，博士生，清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，北京100084，电话：010-62187958，E-mail:lqydt2011@163.com·316·稀有金属材料与工程第47卷对样品的物相组成进行分析，Cu靶，Kα波长为0.154182中可以看出，制备得到的两种SiC/Al复合材料物相组nm，2θ为10°~90°，步长为0.02°；采用扫描电子显微镜成基本一致，主晶相均为SiC、Si和Al，另外还有少量（S-4300,Hitachi,Japan）对样品的显微结构进行观察；的Mg2Si、MgAl2O4相生成，未检测到有害相Al4C3存在。依据

7、阿基米德原理，采用沸煮法对样品的气孔率及体积2.2Mg含量对SiC/Al复合材料显微结构的影响密度进行测定。依据国标GB/T5593-1996，采用万能试在无压浸渗制备SiC/Al复合材料的过程中，合金中[13,14]验机(AG-2000A，岛津，日本)对样品的抗弯强度进行测Mg的存在可以降低铝合金熔体的表面张力、降低定，其样品尺寸为3mm×4mm×36mm，跨距为30mm，铝基碳化硅系统的固液界面能，减小铝基碳化硅系统的加载速率为0.5mm/min。试样