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《ＳｉＣ／Ａｌ复合材料的组织与力学性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、SiC/AI复合材料的组织与力学性能研究摘要采用无压浸渗法制备了SiC/Al复合材料，研究不同颗粒大小的复合材料的抗弯强度、金相组织和断裂机理。结果表明：颗粒尺寸为20um的SiC/Al复合材料抗弯强度最高；小颗粒复合材料的断裂以沿晶断裂为主，局部有韧性撕裂的特征，而大颗粒还伴有穿品解理特征。关键词SiC/Al复合材料，无压浸渗，抗弯强度，断裂机理1引言SiC/Al复合材料由于具有比强度高、比刚度高、耐磨性好、耐疲劳、高弹性模量等优异性能，广泛应用于航空航天、军事武器、汽车、电子、体育器材等领域［1］。但是对于高体积比SiC/Al
2、复合材料的制备工艺，技术尚不成熟，对制备工艺与组织性能之间关系的研究也不充分。因此，本文采用无压浸渗法制备SiC/Al复合材料，并对其进行组织、强度和断口分析，以便为SiC/Al复合材料的力学性能设计提供科学依据。2实验方法2.1试验材料本试验选用SiC粉料，粒度大小分别为7、20、40和63Pm；选用淀粉作为造孔剂，酚醛树脂作为粘结剂；浸渗用的铝为工业纯铝。2.2试验方案（1）试样的制备：取一定量的SiC粉末和淀粉（5%）,放入混料圮竭中搅拌均匀，然后再加入适量的酚醛树脂（2-5%）,再次搅拌均匀，将混匀的原料称量后倒入钢模模具
3、中，利用万能材料试验机，低速加压压制成毛坯。将毛坯在空气电阻炉中加热至120°C,并保温1.5h进行烘干处理,得到预制体。然后将预制体与适量纯A1放入坨竭里，在真空炉（真空度为15Pa左右）中以1150°C、保温2h的工艺条件下进行纯铝的无压浸渗，工艺曲线如图1所示。制备过程中，造孔剂在400°C左右燃尽，留下间隙,形成气孔。（2）组织与性能检测：用阿基米德排水法测量复合材料的密度与气孔率；采用三点弯曲法在电液伺服压力试验机上测定SiC/Al复合材料的弯曲强度，试样跨距20mm,加载速度0.5mm/min；采用光学显微镜观察无压浸
4、渗法制备SiC/Al复合材料的组织结构；采用扫描电子显微镜分析复合材料的力学试验后的微观断口形貌。3实验结果与讨论2.1强度与组织分析不同颗粒大小的SiC预制体在形成复合材料时，其性能如表所示，可以看出强度由颗粒尺寸和气孔率共同决定，除20m的SiC/Al复合材料以外,其余复合材料的抗弯强度随SiC颗粒尺寸的增大而减小。当铝液接触SiC多孔预制体时，颗粒越细小，形成的通道的尺寸越小，铝液受到的毛细压力越大，因此，细小颗粒越容易浸渗，得到的复合材料越致密［2］。在图2中，SiC颗粒比较均匀地分布于铝基体中，SiC颗粒呈暗灰色，铝基体
5、呈口色。由图可以看岀,7um的小颗粒虽然气孔率最低，但是在制备预制体过程屮，颗粒容易积聚，导致最终形成的复合材料组织不均匀，而20um的SiC颗粒分布更为均匀，均匀分布的微观组织有利于复合材料在承载时缓和应力集中，利于载荷传递，提高材料的力学性能，因此强度较高⑶。3.2断口形貌的SEM观察当复合材料的SiC颗粒粒度分别为20、40um时，进行断口形貌SEM观察，观察结果如图3、4所示。相比之下，二种材料中，SiC颗粒粒度为20um时复合材料断口较为平齐，断口表面上的SiC颗粒基木都是沿晶断裂，即一些裂纹的走向大致可勾画出SiC颗粒
6、的形状，但当裂纹穿过铝合金相时，铝合金的韧性撕裂特征还是比较明显。而对于SiC颗粒粒度为40um的复合材料，断口形貌起伏较大，是组织在断裂过程中呈现韧性断裂的结果。这说明这种沿晶断裂可能发牛在SiC颗粒与基体的界面处，也可能是在基体中的近界面区；同时，发现了穿晶解理特征。在碳化硅颗粒较细的情况下(20um),肉眼观测即可发现，复合材料断口在色泽上有独特Z处：即相当一部分断口区域呈现黑亮光泽(而其它区域为无光泽的灰色);而当复合材料中加入的碳化硅颗粒尺寸较大时(40um),断口则呈现出无光泽的灰色。在复合材料弯曲变形过程中，大尺寸颗
7、粒较难协同基体产牛变形，由此容易产牛应力集中，也会导致颗粒开裂,小尺寸的SiC容易和基体合金一起变形，而且由于其尺寸小，内部缺陷较少，因而解理倾向较小［4］。4结论(1)由20um的SiC颗粒制备的SiC/Al复合材料组织均匀、强度高，若从力学性能角度设计复合材料，该尺寸较为理想。(2)小颗粒SiC/Al复合材料的断裂特征以沿晶断裂为主、局部有韧性撕裂，而大颗粒还伴有穿晶解理的特征。参考文献1王文明，潘复生,LUYun.搅拌铸造制备SiCp/Al复合材料的研究现状［J］•轻合金加工技术,2004,32(4)：1~62胡锐，朱冠勇，
8、白海琪，李金山，傅恒志•高含量SiCp/Al复合材料的无压浸渗机制［J］•中国有色金属学报,2004,14(11):1822-18273张全萍，许伯藩,吴新杰，王蕾•Mg对无压自浸渗制备SiCp/Al复合材料组织与性能的影响［J］・中国有色金属学报
