sps制备锆基和铜基块体非晶复合材料及强韧化机理的研究

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1、ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofPhilosophyDoctorFabricationofZr-andCu-·basedMetallicGlassyCompositesbySPSandtheStudyofStrengtheningandTougheningMechanismSpeciality：MaterialsEngineeringSupervisor：LuChenProfessorYuanGuangyinProfessorCandidate：ChuZhenhuaSchoolofM

2、aterialsScienceandEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityPeople’SRepublicofChinaOctober,2012上海交通大学博士学位论文答辩决议二III。II。IIl7I。I15lll。19lI。113lf5Ilit所在姓名褚振华学号0070509035材料加工工程学科指导教师芦晨答辩2012．．10．．27答辩上海交通大学材料学院B楼214室日期地点论文题目SPS制备锆基和铜基块体非晶复合材料及强韧化机理研究投票表决结果：-9／]／．7(同意票数／实到委员数／应到委员数)答辩结论：而过口未通过评语和决议：褚振

3、华同学的博士论文成功地利用SPS制得了致密的高强度Cu基、Zr基块体非晶。其中Cu46Zr42灿7Y5非晶的直径达到15ram，大于目前报道的传统铜模铸造法得到的最大尺寸10mm。并在此工艺基础上制备出了大块的TiNb(延性颗粒)和Zr02(脆性颗粒)增韧的非晶基复合材料。系统地研究了增强相对非晶基体的结构、热稳定性和力学性能的影响。揭示了增强相力学性能(弹性模量和塑性应变)对其增韧非晶基复合材料力学性能的影响机理。发现增强相与非晶基体间塑性应变的不匹配能够更好的促进非晶基体内剪切带萌生和增殖，从而能提高非晶基体的塑性变形能力。同时阐明了非晶基体断裂韧性对非晶基复合材料力学性能

4、的影响机制。揭示同一种增强相对两种不同断裂韧性的非晶基复合材料的增韧机理，这将有助于进一步理解非晶合金和非晶复合材料的变形机理。论文工作对以后利用复合法制备高强度高塑性大块非晶基复合材料具有一定的指导价值。论文数据可靠、内容丰富、条理清晰、分析深入。表明褚振华同学具有坚实的基础理论和宽广的专业知识，具有独立从事科学研究的能力。答辩过程中，能简明扼要、重点突出地阐述所撰写论文的研究背景、科学意义、主要结论知创新工作。回答问题正确，表达清楚。经答辩委员会讨论和投票一致通过褚振华同学的博士学位论文答辩，并建议授予博士学位。^爹劲加乜年，D月刁日职务姓名职称单位签名主席李劲教授复旦大学

5、方劭答嬲辩委员操光辉教授上海大学委委员吴国华教授上海交通大学萎f窃峄口贝蔫．7娩会委员袁广银教授上海交通大学成粼员委员李戈扬教授上海交通大学签委员郭兴伍副教授上海交通大学娜壤忽名委员邹建新副研究员上海交通大学刍奄建瓤秘书马国睿助理研究员上海交通大学马添潆摘要SPS制备锆基和铜基块体非晶复合材料及强韧化机理研究非晶材料因其具有高强度、高硬度、高耐磨性以及优异的耐蚀和磁性能等，得到了人们广泛的关注，相关研究也不断深入。但是由于非晶材料对成分和冷却速率敏感性很高，使其制备的尺寸受限。此外单相非晶块体材料室温下塑性变形能力差。这严重限制了其作为工程材料的应用。在非晶基体内引入晶体相，可

6、提高塑性。但第二相颗粒的引入会对非晶的形成能力造成影响。因此如何制备大块的高强度高塑性非晶材料己成为把非晶合金应用于工程亟待解决的问题，也是非晶研究工作中的关注焦点。放电等离子烧结(SparkPlasmaSintering，SPS)技术可实现短时快速烧结，可有效避免非晶晶化和增强相影响基体非晶形成能力等诸多问题，非常适合制备大块非晶复合材料。此外，尽管目前很多研究工作集中在利用复合法提高非晶塑性变形能力，但是对其增韧机理，特别是增强相和非晶基体的性能对复合材料力学行为的影响机制的认识尚不够全面。本文利用SPS技术成功制备了大块的TiNb／Zr55Cu30AlloNi5、Zr02

7、／Zr55Cu30AJl0Ni5和TiNb／Cu46Zr42砧7Y5非晶复合材料。系统地研究了增强相(延性TiNb金属颗粒和硬脆Zr02陶瓷颗粒)对非晶基体结构和热稳定性的影响：分析研究了增强相与非晶基体界面结合情况；重点考察了三种非晶基复合材料的力学行为；深入讨论了两种增强相和两种非晶基体性能的差异对非晶基复合材料力学性能的影响；利用有限元模拟的方法并结合复合材料力学性能的结果，研究了复合材料在变形过程中增强相与非晶基体间的应力、应变场的变化。全面地揭示了增强相体积分数、颗粒尺寸和力学性能