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1、第7卷第20期2007年10月科学技术与工程Vo.l7No.20Oct.200716711819(2007)20522403ScienceTechnologyandEngineering2007Sc.iTech.Engng.矿冶技术玻璃/铝基复合材料的新型制备工艺1高玉新吴勇生(台州学院机电系,台州318000;固体废弃物资源化国家工程研究中心1,昆明650093)摘要利用液态挤压法,将铝液加压渗入由玻璃颗粒制成的预制件中,制备出玻璃/铝基复合材料。研究了复合材
2、料的微观组织、力学性能。结果表明,玻璃颗粒较均匀地分布于基体中;与合金基体相比,复合材料的硬度和抗拉强度得到提高,摩擦性能优于合金基体。关键词玻璃复合材料玻璃压坯液态挤压中图分类号TG113.1;文献标识码A玻璃作为一种价格低廉的材料,由于具有硬度先把颗粒用适当的粘结剂粘结,做成相应形状的预高、摩擦系数小、抗咬合能力好的特点,是一种优良的制件,放在模具中,浇注铝液,并加压使铝液渗入预增强体;而铝具有比重小、导热好、耐腐蚀等优点,是制件的间隙,凝固后就得到所需要的玻璃/铝基复一种
3、优良的金属基体材料。玻璃增强铝基复合材料合材料,该法可以排除增强体颗粒与金属液结合有具有密度轻、比强度比刚度高、热膨胀系数低、热稳定重要影响的润湿性、反应性、密度差等因素的作用。性高,并具有良好的导电性、耐磨性,耐有机液体如燃2实验方法料和溶剂的侵蚀,可用常规工艺和设备进行成形等优1!2.1实验原材料的制备点,其应用已经开始渗入许多领域。本文从可持续发展的角度出发,以固体废弃物资1玻璃/铝基复合材料的制备方法源化为目的,采用的原材料都是废旧制品(如旧易拉罐、牙膏皮、铝合金型材边角料、碎玻璃、玻璃纤
4、维厂制备玻璃增强铝基复合材料常见方法有粉末的废弃物等),因此,原材料的制备就显得尤为重要。冶金法、搅拌熔铸法和液态挤压法。文献[2]和文(1)玻璃颗粒的制备献[3]分别提出用粉末冶金法和搅拌熔铸法制备玻将废弃玻璃清洗、干燥、粉碎、球磨,在130目下璃/铝基复合材料。粉末冶金法因其中的部分原材筛分,得到玻璃颗粒。普通玻璃的化学成分和性能料如铝合金粉等比较昂贵,制造过程和所用设备比如表1所示。较复杂,而且不宜制作过大和过于复杂的零件,所4!表1普通玻璃的化学成份和性能以还不适用于较大规模的生产。搅拌熔铸法
5、,因颗粒和金属液的润湿性差、密度差别大,会产生分化学成分/%性能指标其他密度/莫氏热膨胀转化温度层,细小颗粒易结团不易分散,难于形成复合材料。SiO2Na2OCaO物质g∀cm-3硬度系数K-1/#本文提出一种新的制备方法,即液态挤压法,是预72168.13.92.325~610.2∃10-67202007年6月18日收到(2)铝锭的制备第一作者简介:高玉新(1974),男,山东临沂人,硕士,讲师。铝质易拉罐经焖烧、压块、熔炼得到铝锭。易研究方向:金属基复合材料。Emai:lsdyinan@16
6、3.com。拉罐全部熔化后平均化学成分如表2所示,纯铝的20期高玉新,等:玻璃/铝基复合材料的新型制备工艺5225性能指标如表3所示。光学显微镜下观察其组织。图2所示为复合材料挤表2易拉罐全部熔化后平均化学成份(%)压态组织的显微照片。从金相看,白色为铝及铝合金,黑色为玻璃。玻璃颗粒在材料中的分布较为均MgMnSiFeCuZnAl匀,无明显的聚集现象,基体与颗粒结合紧密,颗粒无1.20.780.190.430.140.02余量明显棱角,缓和了应力集中,有利于载荷的传递。经表3纯铝的性能指标挤压后的
7、基体组织较致密,无明显的疏松和缺陷。密度/膨胀系数电阻率/抗拉强度布氏硬度熔点/#g∀cm3/K-1∀cm/MPa/HB2.766023.6∃10-62.6580~10024~322.2预制件和复合材料的制备(1)玻璃预制件的制备在液态挤压法中,玻璃预制件的质量是制取金属基复合材料的关键,主要性能指标是均匀性、空隙率和强度,通过玻璃和造孔剂的粒度和比例、混合均匀性、压制力、烧结温度等来控制。制得的预制件为直图2玻璃/铝基复合材料挤压变形组织径100mm、高30mm、空隙率66.8%的压坯。(2)
8、复合材料的制备3.2抗拉断口分析首先把玻璃预制件放入模具中,如图1所示,一采用标准短试样(5mm,长30mm),在MTS起在500#下保温,再把熔化的铝液(温度为机上测试拉伸性能,拉伸速度为0.1mm/min,然760#)倒入模具中,施压50MPa,让铝液渗入整个后用扫描电镜观察其形貌。预制件的空隙中,加压速度不能太快,以防铝液从表4列出了复合材料、玻璃及基体的抗拉性能模具缝隙中渗出。铝液开始凝固时,进一步提高压和硬度。可以看出复合材料的
