增强体形态、分布对铝基复合材料力学性能影响的研究

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1、ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofPhilosophyMasterTHEEFFECTOFREINFORCEMENTTYPEANDDISTRIBUTIONONTHEMECHANICALPROPERTIESOFSOMEALUMINUMMATRIXCOMPOSITESAuthor：WangTaoSpecialty:MaterialScienceandEngineeringAdvisor:Prof.ZhangFanSchoolofMaterialSc

2、ienceandEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaJanuary,2010增强体形态、分布对铝基复合材料力学性能影响的研究摘要近年来，随着各高技术领域的发展，对高性能材料的需求也越来越迫切，颗粒增强金属基复合材料（PMMC）逐渐成为受青睐的对象。虽然具有良好的比刚度、比强度，然而PMMC的低塑性和低韧性一直是阻碍其进一步应用的障碍。如何在保证其强度的基础上提高材料的塑性和韧性成为了PMMC研究发展的重点。本文以四种不同增强体分布形态的铝基复合材料为对象，即Si

3、Cp颗粒均匀分布增强铝基复合材料、SiCp-6061Al/6061Al双重结构增强材料、Si3N4网络互穿铝基复合材料以及碳纤维三维编织铝基复合材料，实验研究增强体的分布、形态对复合材料力学性能的影响，并在此基础上重点研究双重增强铝基复合材料的增强柱尺寸、增强体颗粒种类、基体种类、热处理状态等一系列结构和工艺因素对材料力学性能的影响规律和机制。实验研究结果表明：（1）四种材料的弹性模量大致遵循随着颗粒体积分数增高而增高的趋势，但与ROM法则预测存在一定的偏差，具体可由材料不同的内部结构分析原因。网络互穿材料的网络分布会使得基体承受拉应

4、力从而降低模量和强度；而双重增强材料会由于具有承受高载荷的一次增强体和较大可以缓冲裂纹的第I页基体区域从而提升了韧性，但也因此降低了模量。经过预力学循环的材料在应力幅值较小时模量随其升高，而较高时降低，主要和内部位错密度上升有关。存在一个特定的应力幅，使得材料的屈服强度达到最理想。（2）针对双重增强材料，增强柱的尺寸对材料断裂韧性影响显著，随着一次增强体尺寸的变大，复合材料的强度略微有所提高，但同时延长率有下降的趋势。时效态对SiCp颗粒增强材料的性能提升明显。相比B4C和SiCp，Al2O3虽与基体结合性较好，但颗粒尺寸过大而导致强

5、度及韧性下降。增强柱的尺寸对材料疲劳寿命影响较大，较大的基体空间可以为裂纹扩展增加更多的阻力。关键词：增强体分布，双重结构增强铝基复合材料，力学性能，应力应变循环特性第II页TheEffectofReinforcementTypeandDistributionontheMechanicalPropertiesofsomeAluminumCompositesAbstractInrecentdays,withthedevelopmentofvarioushigh-techareas,demandforhigh-performancemat

6、erialsbecomesmoreandmorepressing,particlereinforcedmetalmatrixcomposites(PMMC)hasbecometheobjectoffavor.Althoughhasthegoodspecificstiffnessandspecificstrength.However,lowplasticityandlowtoughnessofPMMC,hasbeenanobstacletohinderitsfurtherapplication.Howtoincreasetheplast

7、icityandtoughnessandensurethestrengthofthematerialshasbecomethefocusofresearchanddevelopmentofPMMC.Inthispaper,thedistributionoffourdifferentformsofreinforcementaluminummatrixcompositesaretargeted,Namely,uniformdistributionofSiCpparticlereinforcedaluminummatrixcomposite

8、s,SiCp-6061Al/6061Aldualstructurereinforcedmaterial,Si3N4networkinterpenetratingaluminummatrixcomposites,aswel