多孔网状silt3gtnlt4gt陶瓷增强铝基复合材料的制备

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1、山东大学硕士学位论文摘要本课题的研究主要分为两大部分，第一部分是多孔网状Si3N4陶瓷增强体的制备以及性能检测：第二部分是用ZL305铝镁合金对前期制备的多孔网状Si3N4陶瓷增强体的浸渗工艺研究及其界面和耐磨性分析．旨在通过对这两个部分所用材料和制备工艺上的分析，找出一种合适的符合性能要求的金属基网络交叉结构复合材料的制备工艺。以p—Si3N4为骨料，选择础粉为低温烧结助剂，A1203、Zr02为高温烧结助剂，助剂添加量均为B．Si3N4骨料质量的5％；添加少量钙基膨润土、羧甲基纤维素作为浆料流变剂；si02含量为30

2、％的硅溶胶为粘结剂和溶剂，进行混浆。采用有机泡沫体浸渍工艺制备多孔网状Si3N4陶瓷预制体，选用聚氨酯泡沫塑料为预制体浸渍骨架，通过平板挤压和离心甩料，将浆料均匀涂挂到泡沫体孔筋上，烘干以后进行烧结。多孔陶瓷的烧结阶段采用二步烧结工艺，即对多孔陶瓷预制体进行一次预烧结，补充浸浆后，再进行二次烧结，这种工艺弥补了一次烧结后由于有机泡沫体和其他低熔点杂质挥发遗留的孔洞而造成的缺陷，从而制备得到结构致密的多孔陶瓷材料．在相同烧结工艺和材质条件下，多孔陶瓷的抗压强度随着孔隙率的下降逐渐增加；孔隙率为78％时，抗压强度为0．72M

3、Pa。而孔隙率为90％时，抗压强度仅为0．IMPa左右。当烧结温度在1400"C时，多孔陶瓷具有最佳的烧结效果，既能保持很高的通孔率又保证了材料具有较高的抗压强度。当超过1400℃时，随着多孔陶瓷烧结过程液相量的增加，陶瓷骨架发生变形，甚至坍塌．烧结后的多孔网状Si3N4陶瓷基本形貌是以母-Si3N4为主体，多元Si-N．OoAl系晶体相或玻璃相包容在Si3N4颗粒表面。这是由于在高温下，低熔点氧化物熔化并与粘结剂中的si02发生反应，生成复杂的多元晶体或非晶体。根据网络交叉结构复合材料的特点和应用范围，本课题选用ZL3

4、05合金为金属基体材料，采用负压牵引和气压推动的浸渗工艺完成合金液对多孔网状山东大学硕士学位论文si3N4陶瓷预制体的浸渗。合金液对陶瓷预制体的浸渗情况随着外加压力和温度的变化而变化，提高合金液熔炼温度和增大气压都有利于合金液的浸渗。通过试验证明，在没有气压推动的情况下，即使加热到较高的温度，合金液与陶瓷之间仍然难以润湿，合金液表面氧化层也阻碍了合金液中元素与陶瓷表面元素的扩散或反应结合，难以达到紧密的程度，本课题中选用8MPa的气压，合金液熔炼温度为900"(2，陶瓷预制体预热温度为80012的条件下，获得了最佳的浸渗

5、效果。合金液与陶瓷界面结合良好。镁元素在合金与陶瓷界面处的含量比ZL305合金内部高出许多，这是因为镁作为一种活性元素。更倾向于在合金液表面富集，这对于降低合金液表面张力，减少较厚的氧化铝表面层起到至关重要的作用。通过网状si3N4陶瓷增强的复合材料的磨损量相对于ZL305合金来说非常小，通过Si3N4陶瓷自身具有的高硬度以及陶瓷骨架独特的网络结构，减少了摩擦偶件同基体合金的接触，从而有效地降低了材料的磨损量。关键词：氮化硅；多孔网状；有机泡沫浸渍工艺；气压推动和负压牵引浸渗·工艺；ZL305ⅡABSTRACTTwopa

6、rtsISincludedinthisarticle．ThefirstpartisaboutthefabricationandpropeniesofporousSi3N4ceramicreinforcement；thesecondpartfocusesontheinvestigationofinfiltrationprocessandinterfacecombinationofporousSi3N4／ZL305composite．Thetask’Smainlytargetistoachieveamatureprocess

7、ofmakingmetal-matrixinterpenetratingphasecomposites，andinthiswork,appropriatematerialsandfabricafmgprocessaboutthetaskshouldbeanalyzedandconformed．B—Si3N4waschosenastheskeletalmaterialoftheporousceramic．AIpowders、】vaSused鹅lowertemperaturesinteringadditiveforSi3N4

8、ceramicandAI：03andZr02powdersasthehighertemperatureones．Eachadditionofthethreesimeringadditiveswas5％basedOnthemassofSi3N4．Smallquantityofcalciumbentoniteandcar