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碳化硅增强铝基复合材料专业班级：国教材料102姓名：秦振国学号：201006374223指导老师：张小立目录摘要-------------------------------------------------31.引言-----------------------------------------------42.碳化硅增强铝基复合材料的制备-----------------------42.1粉末冶金法-------------------------------------42.2搅拌铸造法-------------------------------------42.3 压力铸造法------------------------------------62.4 无压渗透法------------------------------------62.5 喷射沉积法------------------------------------72.6 离心铸造法------------------------------------73.碳化硅铝基复合材料性能的相关研究-------------------8 3.1 SiC铝基复合材料的拉伸性能----------------------8 3.2 SiC铝基复合材料的超塑性------------------------9 3.3 SiC增强陆基复合材料的热性能研究----------------93.3.1 导热性------------------------------------103.3.2 热膨胀性----------------------------------103.3.3 热稳定性----------------------------------114.碳化硅铝基复合材料细观损伤的温度效应---------------125. 碳化硅铝基复合材料断裂韧度的研究------------------136.碳化硅铝基复合材料的现状与未来---------------------14 参考文献---------------------------------------------15碳化硅增强铝基复合材料的研究摘要：碳化硅铝基复合材料充分结合了碳化硅陶瓷和金属铝的不同优势，具有高导热性、与芯片相匹配的热膨胀系数、密度小、重量轻，以及高硬度和高抗弯强度，是新一代电子封装材料中的佼佼者，满足了封装的轻便化、高密度化等要求，适于应用航空、航天、高铁及微波等领域，是解决热学管理问题的首选材料。
《SiC_p增强2024铝基复合材料薄板的制备、显微组织与力学性能研究》篇一一、引言随着科技的发展，铝基复合材料以其轻质、高强度、优异的加工性能和良好的抗腐蚀性等特性，在航空、汽车、电子等领域得到了广泛的应用。
近年来，SiC_p（硅碳复合材料）增强铝基复合材料因其出色的力学性能和物理性能，成为了研究的热点。
本文将重点研究SiC_p增强2024铝基复合材料薄板的制备工艺、显微组织及力学性能，为该类型材料的进一步应用提供理论支持。
二、材料制备1. 材料选择本文选择2024铝合金作为基体材料，SiC_p作为增强材料。
SiC_p具有高强度、高硬度、热稳定性好等优点，能够显著提高铝基复合材料的力学性能。
2. 制备工艺采用搅拌铸造法结合热压工艺制备SiC_p增强2024铝基复合材料薄板。
首先，将SiC_p颗粒与2024铝合金熔液进行搅拌铸造，使颗粒均匀分布在熔液中。
然后，将熔液进行热压处理，使颗粒与基体紧密结合，形成复合材料薄板。
三、显微组织研究1. 显微组织观察采用光学显微镜和扫描电子显微镜对复合材料薄板的显微组织进行观察。
结果表明，SiC_p颗粒在铝基体中分布均匀，颗粒与基体之间结合紧密，无明显缺陷。
2. 物相分析通过X射线衍射技术对复合材料薄板进行物相分析。
结果表明，复合材料主要由α-Al基体和SiC_p增强相组成，无其他杂质相。
四、力学性能研究1. 硬度测试对复合材料薄板进行硬度测试，结果显示其硬度较未增强的2024铝合金有了显著提高。
这主要是由于SiC_p的高硬度特性及其与基体的良好结合。
2. 拉伸性能测试对复合材料薄板进行拉伸性能测试，结果显示其抗拉强度、屈服强度和延伸率均有所提高。
这表明SiC_p的加入不仅提高了材料的硬度，还改善了材料的塑性和韧性。
3. 疲劳性能测试对复合材料薄板进行疲劳性能测试，结果显示其具有较好的抗疲劳性能，能够承受多次循环加载而不发生明显损伤。
这归因于SiC_p的加入提高了材料的耐磨性和抗裂纹扩展能力。
碳化硅增强铝基复合材料界面改善对力学性能的影响3徐金城1,邓小燕1,2,张成良1,田亮亮1(1 兰州大学物理科学与技术学院,兰州730000;2 西北民族大学电气工程学院电子材料实验室,兰州730030)摘要 用粉末冶金法制备了致密度较好的镀铜碳化硅增强铝基复合材料,并对碳化硅的表面化学镀工艺进行了分析。
通过化学镀前后复合材料力学性能的对比研究表明,碳化硅表面镀铜较好地解决了碳化硅与基体的相容性问题,使复合材料的力学性能得到明显提高。
关键词 粉末冶金法 碳化硅 复合材料 化学镀E ffect of Improved Interface on Mechanic Properties of SiC Particles R einforcedAluminum Matrix CompositesXU Jincheng 1,D EN G Xiaoyan 1,2,ZHAN G Chengliang 1,TIAN Liangliang 1(1 School of Physical Science and Technology ,Lanzhou University ,Lanzhou 730000;2 Key Laboratory for Electronic Materials ,College of Electrical Engineering ,Northwest University for Nationality ,Lanzhou 730030)Abstract The SiC particles reinforced aluminum matrix composite is prepared by powder metallurgy.And the technology of electroless plating copper on SiC surfaces is investigated.The comparison of mechanic properties of com 2posites reinforced by coated and uncoated SiC particles indicates that the copper coating on SiC particles preferably im 2proves the compatibility between SiC particles and aluminum matrix and improves the mechanic properties of the com 2posite.K ey w ords powder metallurgy ,SiC particles ,composite ,electroless plating 3甘肃省自然科学基金资助项目(3ZS0512A252048) 徐金城:男,1945年生,教授,目前主要从事金属材料、金属基复合材料及环境材料方面的研究 邓小燕:女,通讯作者,博士生,讲师,研究方向为金属材料、金属基复合材料 E 2mail :dengxy02@0 引言碳化硅颗粒增强铝基复合材料是金属基复合材料(MMC )中最具应用前景的一种新型高技术材料。
SiC增强铝基复合材料的力学性能惠鹏飞;刘慧玲;李靖;王景升【摘要】采用半固态搅拌铸造法制备了SiC颗粒增强铝基复合材料,研究了加入不同质量分数SiC和Mg的(Al基体、Al-4 wt.％SiC、Al-4 wt.％高温氧化SiC,Mg 的质量分数从0～4 wt.％以1wt.％的含量递增)铝基复合材料的微观结构和力学性能,研究结果表明:经过高温氧化的SiC颗粒能够防止铝液对SiC颗粒的侵蚀,SiC颗粒表面没有发现孔洞.在Al-4 wt.％高温氧化SiC-3 wt.％Mg铝基复合材料中形成了Si和MgAl2O4,其屈服强度、抗拉伸强度和硬度最大,但当Mg的质量分数超过3 wt.％时,其屈服强度和抗拉伸强度降低,这主要是由于过量Mg的加入,会使复合材料中SiC颗粒表面的SiO2与Mg反应后继续与铝液进行反应,这将削弱SiC颗粒与基体的界面结合强度.【期刊名称】《甘肃科学学报》【年(卷),期】2014(026)006【总页数】4页(P82-85)【关键词】铝基复合材料;界面反应;显微组织;力学性能【作者】惠鹏飞;刘慧玲;李靖;王景升【作者单位】兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州 730050;兰州理工大学理学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学理学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学理学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学理学院,甘肃兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TG115.5铝基复合材料被广泛应用于航空航天和汽车制造等行业,其中含有增强相的铝基复合材料因其在力学和摩擦等性能方面优于基体合金而体现出了巨大的工业价值[1-4].在不同类型的铝基复合材料之中,颗粒增强铝基复合材料的工业成本远低于其他类型,另外,颗粒增强铝基复合材料的物理性能一般各向同性,用铸造法制备的颗粒增强铝基复合材料不仅成本最低,并且有优异的摩擦性能[5-8].复合材料的硬度和韧性主要取决于基体合金的结构以及增强相颗粒的尺寸、分布情况和界面结合强度[9],此外,铸造缺陷可能会加剧增强体颗粒的团聚现象[10],Tan等[11]的研究表明,SiC 颗粒增强铝基复合材料的强度和韧性等多个力学性能高于Al2O3颗粒增强的铝基复合材料.SiC颗粒增强铝基复合材料的一个困难是SiC颗粒与熔融态的铝液之间不能进行很好的润湿,SiC颗粒常常与铝液发生反应,降低复合材料的力学性能.研究在铝液中加入Mg和经高温处理的SiC颗粒,改善两相的润湿性,可有效抑制有害界面反应的发生,提高界面结合强度,增强复合材料的硬度﹑抗拉强度和屈服强度.1 实验方案1.1 材料的制备以纯铝作为基体,金属镁为活性元素,SiC颗粒作为增强体,采用半固态搅拌铸造法制备铝基复合材料,三组复合材料是:(1)纯铝+ (0,1,2,3,4) wt.%镁(A组:记为试样A1,A2,A3,A4,A5);(2)纯铝+4wt.% SiC(26μm) +(0,1,2,3,4) wt.%镁(B组:记为试样B1,B2,B3,B4,B5);(3)纯铝+4wt.% 高温氧化SiC(26 μm) +(0,1,2,3,4) wt.%镁(C组:记为试样C1,C2,C3,C4,C5).首先,将纯铝和镁加入到经过预热的坩埚中并放入电阻炉中熔化,熔化温度为680 ℃,熔化后进行除渣,再将炉内温度降到600 ℃并保持10 min左右,使金属处于半固态,将增强相经过搅拌加入到其中,为了铝液与增强相更好的进行润湿,将温度缓慢上升到680 ℃,保温一段时间后,迅速在钢模中进行浇铸.1.2 材料的表征在光学显微镜上对铸态微观组织进行观察,用配备有能谱仪的QUANTA FEG450型扫描电镜分析铸态组织中的物相,D8ADVENCE型X射线衍射仪分析样品的物相组成,试样的硬度在布氏硬度计上检测,载荷为306 N,加载时间为30 s,拉伸测试在(AG-10TA) 试验机上进行,拉伸应变速度为1 mm·min-1.2 结果与分析2.1 显微组织分析图1为铸态复合材料C4的SEM像和EDX谱.由图1可以看出,试样C4铸态组织中SiC颗粒分布比较均匀,没有出现明显的团聚现象,说明SiC颗粒经高温氧化后表面生成的SiO2晶体与铝液中的Mg、Al元素发生界面反应,生成MgAl2O4和Si,这一反应促使了SiC颗粒与铝液的润湿,并提高了SiC颗粒的分散性,在两相区搅拌后使结晶面以枝晶界面向前推进,液相中的SiC颗粒被迅速包围或吞并,最终得到均匀组织.SiC颗粒是SiC结晶块经粉碎而得,其表面吸附空气中的众多微气泡,阻止SiC/Al液接触和润湿,显然,Mg与SiC表面吸附气体有强烈反应倾向,Mg偏聚在SiC/Al液相界,从而能有效破坏SiC颗粒面上微气泡,改善两相润湿性.SiC颗粒表面没有发现孔洞,说明高温氧化后的SiC颗粒能够防止铝液对SiC颗粒的侵蚀[7].大部分SiC颗粒呈沿晶界分布特征,少数颗粒分布于晶粒内部.凝固过程中,随着a(A1)枝晶的长大,大部分SiC颗粒被固/液界面推移至晶界,只有少数SiC颗粒在熔体中起到非自发生核质点的作用,在凝固过程中作为a(A1)枝晶的形核质点,呈晶内分布特征[12,13].图1 铸态复合材料C4的SEM像和EDX谱Fig.1 SEM micrographs and EDX spectra of the composite C4 in the as cast condition铸态复合材料C4的XRD谱如图2所示.图2 铸态复合材料C4的XRD谱 Fig.2 XRD pattern of the composite C4 in the as cast condition由图1(b)和图2可以看出,试样C4中存在Si和MgAl2O4相,这表明,在复合材料中,界面发生了化学反应:Mg+2Al+ 2SiO2MgAl2O4+2Si,它有助于SiC颗粒与铝合金的进一步润湿,从而形成最佳的界面结合,其中晶体结构的MgAl2O4在非晶氧化层表面形成,一直生长至内层SiC表面,但没有出现Al4C3和Si[14],说明SiC颗粒高温氧化后表面生成的稳定的较为致密的SiO2晶层能有效抑制铝合金熔液中的Al元素发生有害界面反应:4Al+3SiCAl4C3+3Si,由于Al4C3在潮湿环境中稳定性差,会使增强体表面受损伤,从而直接影响复合材料的力学性能.2.2 力学性能分析三组复合材料的硬度如图3所示.图3 A,B,C三组铸态材料的布氏硬度曲线Fig.3 Brinell hardness curves of the composites A,B,C in the as cast conditionB组和C组材料的硬度明显高于A组,在硬度试验中,SiC颗粒可以增加压头与基体接触的有效面积,并且SiCp /Al高强度的界面有力地支撑颗粒对压头的抵抗作用,所以 SiC颗粒的加入可提高复合材料的硬度.C组材料的硬度要大于B组的,随着Mg含量的增加,硬度先增加后减小,当Mg含量为3wt.%时,加入高温处理SiC的复合材料的硬度最大,因为高强度界面越多,硬度也就越高.图4为A,B,C三组材料的屈服强度和抗拉伸强度.由图4中可以看出,三组材料中,无论屈服强度还是抗拉伸强度,B组和C组材料都要明显高于A组.它说明颗粒与基体铝合金的热力学不协调性使得复合材料内部产生大量的位错,同时由于位错的缠结、割阶和增殖使得位错的密度大量增加,对外就表现为强度和硬度的增加.SiC颗粒的加入提高了复合材料的屈服强度和抗拉伸强度.当对B组和C组中含有相同质量分数Mg的试样进行比较发现,C组相比B组材料展示出了更好的力学性能.这是由于SiC颗粒高温氧化后表面生成的SiO2晶体与铝液中的Mg、Al元素发生界面反应,生成MgAl2O4和Si,促使SiC颗粒与铝液润湿,从而使合金的晶粒得到细化,提高界面结合力,并提高了SiC颗粒的分散性.图4 A,B,C三组铸态材料的强度曲线Fig.4 Strength of the composites A, B, Cin the as cast condition另外,从图4我们可以看到,随着基体合金中Mg的质量分数增加到3 wt.%时(即试样C4),铝基复合材料的屈服强度和抗拉伸强度都达到了最大值,但当C组中Mg的质量分数超过3 wt.%时,材料的屈服强度和抗拉伸强度都被降低.这说明在基体合金中Mg的质量分数合适时会强化SiC颗粒与基体的界面结合,使复合材料受力时SiC/Al界面能更有效进行载荷传递.但是如果将过度的Mg加入到复合材料中,一旦当氧化层被反应消耗后,SiC颗粒将继续与铝合金熔液中的Al元素反应.这可能降低SiC颗粒与基体合金的界面结合强度.MgAl2O4的数量和尺寸大小与基体合金中的Mg含量有关,调节SiC颗粒的氧化程度和基体合金中Mg的含量,可以在一定程度上对SiC/Al 基复合材料的界面反应和产物进行控制.3 结论采用半固态搅拌铸造法制备了SiC颗粒增强铝基复合材料,SiC颗粒在基体合金中分布比较均匀,SiC颗粒表面没有出现孔洞.高温氧化SiC颗粒后表面生成的SiO2晶层与Al反应生成的Si和MgAl2O4有助于SiC颗粒与铝合金的进一步润湿,从而形成最佳的界面结合,并且能有效抑制SiC颗粒与铝合金熔液中的Al元素发生的有害界面反应.在基体合金中加入适量的Mg能使复合材料的硬度、屈服强度和抗拉伸强度提高.参考文献:【相关文献】[1] Ravi K R,Pillai R M,Pai B C,et al.Separation of Matrix Alloy and Reinforcement from Aluminum Metal Matrix Composites Scrap by Salt Flux Addition[J].Indian Academy of Sciences,2007,30(4):393-398.[2] Qu J,Xu H B,Feng Z L,et al.Improving the Tribological Characteristics of Aluminum 6061 Alloy by Surface Compositing with Sub-micro-size Ceramic Particles Via Friction Stir Processing[J].Wear,2011,271:1 940-1 945.[3] Zhang H W,Kus J L,Kus A L.Improvement of the Bonding Interface in HybridFiber/particle Preform Reinforced Al Matrix 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纳米SiC增强铝基复合材料Nano-SiCp ReinforcedAI Matrix Composite摘要：纳米SiC增强铝基复合材料能充分发挥纳米SiC颗粒和金属基体的各自优势，而且可以进行成分设计，与基体合金相比，具有优异的机械性能和物理性能、高的比强度和比模量、良好的抗疲劳性能、低的热膨胀系数和良好的热稳定性，是一种具有广阔应用前景的先进材料，自问世以来一直受到材料科学及工程应用领域极大的重视，正在部分取代传统的金属材料而应用在航空航天、汽车、电子封装和体育器械等对材料性能要求较高的领域。
本文介绍纳米复合材料的发展现状，重点介绍几种固态法制备纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的工艺,极其断裂韧性的影响因素。
分析铝基复合材料的显微组织，综合评价纳米SiC颗粒增强铝基复合材料制备工艺中存在的几个重要问题，并提出解决方案。
在展望其应用前景基础上，指出制备技术未来的发展方向。
关键词：纳米SiC颗粒；铝基复合材料；研究方法；断裂韧性；影响因素引言近年来在金属基复合材料中，以颗粒、短纤维、晶须等非连续相增强的铝基复合材料因其良好的可再加工性和各向同性而倍受重视。
由于其具有高的比强度、比刚度、导热性, 优良的摩擦性能，与铝合金密度相当，以及可调配的热膨胀系数等优点而成为目前国内外专家学者研究的热点之一。
而纳米SiCp可以改善铝基或铝合金基体的高、低温强度，提高其弹性模量，增强其耐磨性能。
近30年来，世界各国竞相研究并开发金属基复合材料，从材料的基体、增强粒子、制备工艺、微观组织、力学性能与断裂韧性等角度进行了许多基础和应用性研究，取得了显著的成绩。
在美国国防部“T it le”项目支持下DWA复合材料公司与洛克希德·马丁公司以及空军进行合作，将粉末冶金法制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料用于F16战斗机的腹鳍，代替了原有2214铝合金蒙皮，不仅使刚度提高了50%，寿命也由数百小时提高到约8000h。
纤维增强复合材料的性能及机械加工技术纤维增强复合材料是由两种或多种成分相互作用形成的，其中一种成分是纤维，另一种成分是基体材料。
纤维增强复合材料具有良好的机械性能、耐磨性、耐腐蚀性、抗冲击性和轻质化等特点，广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑和体育器材等领域。
纤维增强复合材料具有高强度和高模量。
与传统的金属材料相比，纤维增强复合材料的强度可以达到或超过金属材料，同时还具有较低的密度。
这使得纤维增强复合材料成为设计轻量化结构的理想选择。
纤维增强复合材料的模量高，具有良好的刚度，能够抵抗变形和挠曲。
纤维增强复合材料具有良好的疲劳性能。
由于纤维增强复合材料的结构均匀，其弹性恢复性能优于金属材料，能够更好地抵抗疲劳破坏。
这使得纤维增强复合材料能够在长期使用和恶劣环境下保持其性能。
纤维增强复合材料还具有良好的耐腐蚀性。
由于纤维增强复合材料中的纤维和基体材料可以互补地提供耐腐蚀性，使得复合材料具有出色的耐腐蚀性能。
这使得纤维增强复合材料特别适用于潮湿、腐蚀或高温环境下的应用。
关于纤维增强复合材料的机械加工技术，首先需要选择适当的纤维和基体材料。
常见的纤维包括碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维等。
基体材料可以选择塑料、金属或陶瓷等材料。
选择合适的纤维和基体材料可以提高复合材料的性能。
纤维增强复合材料的加工过程一般包括层压、固化和后处理等步骤。
层压是将纤维和基体材料按照一定的层次、顺序和布局进行堆叠。
固化是通过热固化或化学固化等方法将纤维和基体材料协同反应形成复合材料。
后处理包括剪裁、打磨和表面处理等工艺，以进一步提高复合材料的性能和外观。
在纤维增强复合材料的机械加工中，常用的方法有手工复合和自动化复合。
手工复合是通过手工操作将纤维和基体材料进行堆叠和固化，适用于小批量生产和特殊形状的加工。
自动化复合是采用机器或机器人进行控制的复合加工方法，适用于大批量生产和简单形状的加工。
纤维增强复合材料具有良好的性能和机械加工技术。
碳化硅增强铝基复合材料的界面结合机理引言碳化硅增强铝基复合材料 (SiCp/Al) 以其高强度、高刚性、低密度等优良性能在航空、航天、汽车等行业得到广泛应用。
而其中，界面结合机理是该复合材料的关键因素之一。
本文将深入探讨碳化硅增强铝基复合材料的界面结合机理。
二级标题1：碳化硅增强铝基复合材料的制备方法碳化硅增强铝基复合材料的制备方法多种多样，包括粉末冶金法、熔体浸渍法、等离子体喷涂法等。
不同的制备方法对于界面结合机理的影响有所不同。
以下是几种常见的制备方法：粉末冶金法1.将铝粉末与碳化硅颗粒按一定比例混合。
2.将混合粉末放入模具中，并施加适当的压力。
3.将模具放入高温炉中进行烧结，使铝和碳化硅颗粒结合。
熔体浸渍法1.将铝熔体浸渍进预先制备好的碳化硅颗粒床中。
2.在一定的温度和压力下进行保温处理，使铝和碳化硅颗粒相互结合。
等离子体喷涂法1.利用等离子体喷涂设备将铝和碳化硅粉末同时喷涂到基底上。
2.在高温下进行退火处理，使铝和碳化硅颗粒形成结合。
二级标题2：碳化硅增强铝基复合材料的界面结构碳化硅增强铝基复合材料的界面结构是指铝基体与碳化硅颗粒之间的结合形式。
根据界面结构的不同，可以分为以下几种情况：无结合层界面在某些情况下，铝基体与碳化硅颗粒之间没有明显的结合层，仅靠机械力硬性固定。
化学结合层界面铝基体与碳化硅颗粒之间形成了化学结合层。
在熔体浸渍法和等离子体喷涂法中，由于高温、高压的作用，铝和碳化硅颗粒发生化学反应，形成化学键。
机械结合层界面铝基体与碳化硅颗粒之间形成了机械结合层。
在粉末冶金法中，通过适当的压力，使铝和碳化硅颗粒之间产生摩擦、挤压和冷焊现象。
渗透结合层界面铝基体与碳化硅颗粒之间形成了渗透结合层。
在熔体浸渍法中，铝熔体通过碳化硅颗粒的细孔结构进入其内部，形成渗透结合。
二级标题3：碳化硅增强铝基复合材料的界面结合机理碳化硅增强铝基复合材料的界面结合机理是指铝基体与碳化硅颗粒之间的结合机制。
