aib4c-aiai层状复合材料界面结合机理研究

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1、硕士学位论文AI／B4C—AI／AI层状复合材料界面结合机理研究ResearchonbondingmechanismofAt／B4C—AI／AIlaminatedmetal—cermetcomposite学号：21105078大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成

2、果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：丛l么堕垒二叁幽l压越蚴避础金谜萄翅作者签名：函纽i蔓!日期：竺!兰年』月2竺日大连理工大学硕士学位论文摘要A1／B4C．AI／Al层状复合材料兼具碳化硼陶瓷及金属铝的良好性能，可以更好的适应复杂的使用环境。B4C材料具有高硬度、低密度等优点，具有例如中子吸收、抗冲击等特殊陶瓷性能，金属Al的密度与B4C陶瓷密度相近并且具有良好的金属性，因此A1／B4C．A1／Al层状复合材料在军事工业以及航空航天拥

3、有十分广阔的前景。在之前的研究中，制备了一种新型的层状复合材料：金属Al作为外层，B4C增强Al基复合材料作为芯层，得到同层成分相同、各层间的成分不同的三层层状复合材料。这种材料一方面结合了陶瓷颗粒增强的金属基复合材料和层状复合材料的优点，满足了轻型装甲的要求；另一方面，各层的基体是连续的，因此各层之间拥有良好且牢固的冶金结合。层间复合的材料在裂纹吸能方面表现出更大的优势，具有更好的抗冲击性，能够更好的适应复杂的使用环境，将成为未来材料的发展方向。但在目前的研究中，该种材料的层间结合过程及方式仍然无法确定，本文以优化A1／B4C．A

4、l／A1层状复合材料半连续铸造制备工艺参数为目的，通过对B4C颗粒质量分数、复合材料结合过程的研究，分析影响层间结合的主要因素，进一步为A1／B4C．A1纶l层状复合材料的制备工艺提供参考，以获得具有高结合强度的AI／B4C．Al／Al层状复合材料。1、在温度823K、压坯124MPa条件下，利用粉末冶金法制备芯层B4C颗粒质量分数为30％、37．5％、42％、45％、50％的A1／B4C．Al／A1层状复合材料，并对所得样品的组织结构、力学性能进行分析。结果发现，在823K实验温度下，Al与B4C之间无强烈的化学反应，未检测到新物

5、相，Al与B4C以物理方式结合，其结合强度与B4C颗粒表面粗糙度有关。从B4C增强相颗粒与Al基体结合情况角度分析，芯层B4C颗粒质量分数在37．5％时，Al在B4C颗粒的周围形成的金属骨架厚度增加，对于B4C颗粒的包裹增强，颗粒剥落最少。AI／B4C．Al／Al层状复合材料的硬度及冲击韧性随芯层B4C颗粒质量分数的减小呈先增大后减小的趋势，芯层B4C颗粒质量分数为37．5％时，材料的硬度、冲击韧性达到最高。2、在座滴实验装置上，利用A1—10％Si合金滴定B4C增强Al基复合材料，模拟半连铸法制备时外层金属铝与芯层金属陶瓷混合体层

6、间结合的过程，讨论界面结合方式及润湿行为。At．10％Si合金结合Al基B4C增强复合材料可大致分为三个阶段：(1)缓慢铺展阶段；(2)渗透阶段，该阶段接触角急剧变化；(3)平衡阶段。缓慢铺展过程主要由表面张力驱动，铺展阻力主要来自铝硅合金与碳化硼颗粒间较差的润湿性，并受碳化硼颗粒表面粗糙度的影响。在实验温度913K条件下，Al与B4CA1／B4C．Ai／AI层状复合材料界面结合机理研宄无化学反应发生，二者间几乎不润湿，接触角大于90。，并在B。C颗粒表面粗糙度的影响下发生接触角后滞现象，即测得的接触角大于理论值，整个铺展过程中铺展

7、速率缓慢，三相线在合金液与基体中A】相的润湿作用下沿基板表面缓慢移动，整个铺展过程不明显，很快进入第二阶段，发生自发浸渗。渗透过程主要在毛细力作用下进行，液态铝硅合金自发渗入到基板孔隙中。渗透阶段会持续时间相对较长，随液滴体积的减小，接触角发生明显的变化，又进一步促进了渗透的进行。在铺展和浸渗的共同作用下，最后进入平衡阶段，液滴最终与基板表面达到完全润湿，接触角表现为零度，半球形液滴在基板表面形成液膜。3、为进一步优化A1／B4C．Al／A1层状复合材料半连续铸造制备工艺，改善界面结合情况，讨论B4C颗粒质量分数及AI／B4C．Al

8、／Al复合材料致密度对界面结合的影响。中温环境下(913K)，铝硅合金与A1／B4C金属陶瓷复合材料的润湿行为主要在表面张力及毛细作用力作用下进行。表面张力为液滴在表面铺展提供驱动力，毛细作用力为液滴向AI／B4C．Al／A1复合材料