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SiC颗粒增强铝基复合材料制备工艺及性能研究中期
报告
中期报告主要介绍了SiC颗粒增强铝基复合材料的制备工艺和性能研究的进展情况。
具体内容如下：
1. 研究背景和意义
本文研究的是SiC颗粒增强铝基复合材料，这种材料因其轻质、高强度、高刚性、耐腐蚀等特点被广泛应用于航空、汽车、船舶等领域。
通过研究该材料的制备工艺和性能，可以提高材料的性能，为材料的应用提供支持。
2. 研究方法
本文首先使用球磨机对铝粉和SiC颗粒进行混合，然后采用压力机将混合物压制成坯料，最后通过热压烧结技术制备铝基复合材料。
对制备过程中的参数进行了系统的优化，研究了不同加热温度、保温时间、加压力度等对材料性能的影响。
3. 成果与分析
经过优化，最终制备出了质量稳定的SiC颗粒增强铝基复合材料，并对其力学性能和热性能进行了测试。
结果表明，SiC颗粒增强铝基复合材料的力学性能和热性能均显著优于纯铝材料，其中强度和硬度分别提高了40%和60%以上。
4. 存在的问题和展望
目前研究中存在一些问题，例如坯料压制不够均匀、材料中存在气孔等。
未来将着重优化制备工艺，提高材料的性能，并探索材料在不同应力条件下的性能表现。
总之，本文研究了SiC颗粒增强铝基复合材料的制备工艺和性能，为该材料的应用提供了基础性支持。
碳纳米管增强铝基复合材料的制备及性能研究纳米相增强铝基复合材料是近年迅速发展起来的一种新型材料，表现出优异的理化和力学性能。
碳纳米管力学性能的理论和实验研究表明碳纳米管的韧性好，结构稳定，具有极小的尺度及优异的力学性能，是理想的一维纳米增强、增韧材料。
本文通过对无压渗透条件的探索，克服了碳纳米管与熔融铝不浸润性的障碍，实现了充分渗透，使碳纳米管在铝基体中分布均匀，与铝基体结合良好，同时对碳纳米管增强铝基复合材料的微结构、维氏硬度及摩擦磨损性能进行了研究。
一．设计与研究内容本实验采用无压渗透法制备了碳纳米管增强铝基复合材料，并对其摩擦性能进行了研究。
利用扫描电镜观察了复合材料断面的形貌，通过复合材料硬度测量和摩擦磨损实验，研究了不同碳纳米管体积分数对复合材料的硬度及摩擦磨损性能的影响。
同时根据碳纳米管增强铝基复合材料的特点，对材料的性能指标进行了预测。
二．选择基体和增强体材料的理由基体：铝1、低密度：铝基复合材料的密度一般在2.8左右，基本上与一般铝合金相当；2、高的比强度（强度/密度）：颗粒增强的铝基复合材料，其强度在400～700Mpa，与一般结构钢相当；3、高的比刚度（刚度/密度）：颗粒增强的铝及铝合金基复合材料弹性模量E约为80～140Gpa，其比刚度（E/P）比一般铝合金高约60%，是钢铁材料的1.5～2倍；4、优良的高温性能及高的抗大气腐蚀能力：一般铝合金（如硬铝超硬铝）的强度对温度较为敏感，而铝基复合材料的强度在高于300℃时才呈快速下降趋势，300℃时短时拉伸强度仍有400Mpa以上。
由于此材料的基体为铝及铝合金，故其抗大气腐蚀能力好；5、高的耐磨性：高的耐磨性是此材料显著的特点之一，在湿摩擦（有润滑）条件下呈现出优良的耐磨性。
增强体材料：碳纳米管1.碳纳米管的韧性好，结构稳定，具有极小的尺度及优异的力学性能，是理想的一维纳米增强、增韧材料；2.碳纳米管均匀地分散于复合材料中，且与铝基体结合良好；3.碳纳米管的加入增大了复合材料的硬度，且其摩擦系数和磨损率随着碳纳米管体积分数的增大而减小。
粉末冶金法制备铝基复合材料的研究粉末冶金法是一种制备金属基复合材料的有效方法，具有制备的复合材料成分均匀、性能优异、成本低廉等优点。
铝基复合材料作为一种高性能的金属基复合材料，在航空、汽车、机械等领域得到了广泛应用。
本文将围绕粉末冶金法制备铝基复合材料展开，探讨其制备工艺、性能评价、应用领域及未来发展趋势。
粉末冶金法制备铝基复合材料的工艺流程主要包括以下几个步骤：原材料准备：选用纯度较高的铝粉、增强相（如SiC、Al2O3等）及适量的粘结剂。
混合与压制：将原材料按照一定的比例混合，加入适量的润滑剂，然后压制成型。
烧结：将压制成型后的生坯在高温下进行烧结，使得铝粉与增强相充分融合。
热处理：对烧结后的材料进行热处理，以进一步优化材料的性能。
通过以上步骤，制备出具有特定形状和性能的铝基复合材料。
与传统的铸造方法相比，粉末冶金法具有更高的成分均匀性、更细的晶粒结构和更好的力学性能。
铝基复合材料因其具有优异的力学性能、耐腐蚀性和抗高温性能，在航空、汽车、机械等领域得到了广泛应用。
在航空领域，铝基复合材料主要用于制造飞机发动机零部件、机身结构件等。
其轻质高强的特点使得飞机能够减轻重量，提高飞行效率。
在汽车领域，铝基复合材料主要用于制造汽车零部件，如发动机缸体、活塞、齿轮等。
其高强度和抗疲劳性能能够提高汽车的安全性和使用寿命。
在机械领域，铝基复合材料可用于制造各种高强度、轻质的机械零件，如传动轴、支架、齿轮等。
其优良的耐腐蚀性和高温稳定性使得铝基复合材料成为理想的机械零件材料。
铝基复合材料的性能取决于其组成和制备工艺。
在力学方面，粉末冶金法制备的铝基复合材料具有高强度、高硬度、低塑性等特点，其力学性能优于传统铸造铝材。
耐腐蚀性方面，由于增强相的加入，铝基复合材料的耐腐蚀性能得到显著提高。
抗高温性能方面，通过选用合适的增强相和热处理工艺，可以使得铝基复合材料在高温下保持优良的性能。
随着科技的不断发展，粉末冶金法制备铝基复合材料在未来将面临新的挑战和机遇。
铝基复合材料的制备及其热学性能研究铝基复合材料又称为铝基复合材料，是由铝与另一种非金属或金属元素制得的材料，常用的非金属元素包括氧、硅、碳等，常用的金属元素包括钛、镁等。
铝基复合材料具有高强度、高刚度、轻量化、抗腐蚀性好等优点，在航空、车船制造、电子等领域有广泛的应用。
本文将介绍铝基复合材料的制备方法及其热学性能研究。
一、铝基复合材料的制备方法（一）机械合金化机械合金化是将两种或两种以上的粉末在高能球磨机中进行混合和反应的方法，使粉末中的原子和分子互相融合，形成均匀的合金混合物。
通过机械合金化方法可以制备出不同组分、不同形貌的复合粉末，从而制备出不同性能的铝基复合材料。
（二）热压法热压法是将预先压制得到的铝基复合材料粉末，在高温和高压条件下进行加热压实，使得不同粒子在原位形成连续增长的晶粒，最终形成密实的铝基复合材料。
（三）多相反应烧结法多相反应烧结法是将多种原始材料在高温下进行反应，形成不同的化合物，其中铝是主要的基体材料，其他化合物则填充在铝的孔隙中。
采用多相反应烧结法可以制备出不同性能的铝基复合材料。
二、铝基复合材料的热学性能研究（一）热膨胀性能热膨胀性是指材料在温度变化时线膨胀或线收缩的性质，是复合材料进行热设计的重要参数之一。
铝基复合材料的热膨胀性能受到基体铝和填充物的影响。
通常铝基复合材料的热膨胀系数比铝合金低，但高于陶瓷。
（二）热导率热导率是材料传导热量的能力，是衡量材料热学性能的重要指标之一。
铝基复合材料的热导率不仅取决于基体铝和填充物的种类和形态，还受到材料的制备方法和微观组织的影响。
（三）融合温度融合温度是指材料开始熔化的温度。
铝基复合材料的融合温度受到不同基体铝和填充物的影响。
通常情况下，铝基复合材料的融合温度比铝的融点要高。
（四）热稳定性热稳定性是指材料在高温状态下的稳定性，主要包括材料的热氧化稳定性和热环境稳定性。
铝基复合材料的热稳定性受到填充物的种类和形态的影响，一般情况下，填充物越稳定，铝基复合材料的热稳定性越好。
MATERIALS FOR MECHANICAL ENGINEERING-------------------------------------------------------------202°年12月第44卷第12期Vol.44No.12Dec.2020 DOI：10.11973/jxgccl2020120140.5%石墨烯增强铝基复合材料的热变形行为娄淑梅,郭广鑫,刘永强，张苹苹(山东科技大学机械电子工程学院，泰安271000)摘要：在变形温度330-450°C，应变速率0.01-10条件下对0.5%(质量分数，下同)石墨烯增强铝基复合材料进行热压缩模拟试验，研究了该复合材料的热变形行为，基于流变数据建立了考虑应变补偿的本构方程，基于动态材料学模型构建了热加工图，确定了优化参数范围并选择一组优化参数进行了材料热挤压有限元模拟。
结果表明:复合材料在不同热变形条件下的真应力-应变曲线均呈先上升再下降最后趋于平缓的特征，峰值应力随变形温度的升高或应变速率的减小而减小；复合材料的较优变形温度为410〜430°C，应变速率为0.01-0.016,有限元模拟发现，在变形温度为420°C，应变速率为0.01s"1条件下可以挤出质量较好的复合材料型材。
关键词：石墨烯增强铝基复合材料；热变形行为；本构方程；热加工图中图分类号：TG131文献标志码：A文章编号：1000-3738(2020)12-0075-05Thermal Deformation Behavior of0.5%Graphene ReinforcedAluminum CompositeLOU Shumei,GUO Guangxin,LIU Yongqiang.ZHANG Pingping(School of Mechanical and Electronic Engineering,Shandong University o£Science and Technology,Taian271000,China)Abstract:Thermal compression simulation tests of0.5%graphene reinforced aluminum composite were carried out under conditions of deformation temperature of330—450°C and strain rate o£0.01—10s_1,and the thermal deformation behavior of the composite was studied.The constitutive equation considering the strain compensation was established with the flow data.The processing map was constructed by the dynamic material model»and the optimal parameter range was determined.The finite element simulation of the thermal extrusion of the material was conducted with a set of optimal parameters.The results show that the true stress-strain curves of the composite under different thermal deformation conditions showed the characteristics of first rise,then fall,and finally tending to be stable.The peak stress decreased with incresing deformation temperature and decreasing strain rate.The optimal deformation temperature of the composite was410—430°C,and the strain rate was0.01—0.016s_1.The finite element simulation showed that the extruded composite profiles had relatively goodperformance at with deformation temperature of420°C and strain rate of0.01s_1.Key words:graphene reinforced aluminum composite；thermal deformation behavior；constitutive equation；thermal processing map0引言铝基复合材料具有强度高,耐磨性、导热性好,尺寸稳定性良好等优点B,弥补了普通铝合金在强度、导热性方面的不足，广泛应用于航空航天领域。
铝基复合材料的制备与性能研究铝基复合材料是一种结构轻、强度高的先进材料，因其具有良好的综合性能，广泛应用于飞机、航天器以及高速列车等领域。
本文将探讨铝基复合材料的制备方法以及其性能研究。
一、制备方法铝基复合材料的制备方法主要有粉末冶金法、热压力法和表面处理复合法等。
其中，粉末冶金法是一种常见的制备铝基复合材料的方法。
这种方法通过将金属粉末和增强相粉末混合，利用高温和高压进行烧结和热机械压实，使其形成均匀的复合结构。
热压力法则是将预先制备好的增强相附加在铝基体上，并在高压和高温下进行压实，使其与铝基体结合紧密。
表面处理复合法则是通过在铝基体表面进行化学处理，形成一层与增强相似的物质，再将增强相粘贴在其上，通过热处理将其牢固结合。
二、性能研究铝基复合材料具有良好的性能，主要表现在以下几个方面：1. 机械性能：铝基复合材料的机械性能优异，强度高、硬度大。
这主要得益于增强相的加入，使其成为一种具有强韧性的材料。
通过对不同增强相的选择和控制，可以调节铝基复合材料的力学性能，使其适用于不同的工程领域。
2. 热性能：铝基复合材料的热导率相对较低，热膨胀系数相对较小。
这使得铝基复合材料在高温环境下具有稳定的性能，并能够抵抗热膨胀引起的变形和应力。
3. 导电性：铝基复合材料具有优良的电导性能，可以广泛应用于电子器件和导电材料领域。
增强相的加入可以提高铝基复合材料的导电性，进而提高其在导电领域的应用性能。
4. 耐腐蚀性：铝基复合材料具有较好的耐腐蚀性能，能够抵抗酸碱等腐蚀介质的侵蚀。
这使得铝基复合材料在化学工业等领域具有广泛的应用前景。
在铝基复合材料的性能研究中，可以通过各种表征手段来评估材料的性能。
例如，利用扫描电子显微镜（SEM）来观察材料的微观形貌和界面结构；利用X射线衍射（XRD）来分析材料的晶体结构和相组成；利用力学测试方法来评估材料的强度和硬度等。
这些手段的综合运用可以全面地评价铝基复合材料的性能，并为其进一步的应用研究提供指导。
石墨烯增强铝基复合材料的制备及其性能研究本文以多层石墨烯为增强体,利用高能球磨和粉末冶金结合热压的方法制备了不同石墨烯含量的铝基复合材料。
采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪进行了显微组织结构表征与物相分析,并对制备试样的密度、硬度、压缩性能、摩擦腐蚀性能进行相应的性能测试。
同时,对球磨工艺对显微组织的影响规律和制备工艺对力学性能的影响进行了研究,并对微观组织结构影响复合材料宏观力学性能的机制进行了初步的探讨。
对制备所得到的石墨烯/铝复合粉体研究表明,铝粉表面的沟槽有助于石墨烯的附着,当球料比为5:1时,石墨烯被均匀地分散在铝粉中,混合较为均匀,无特别明显的团聚或偏聚现象发生,分散情况最好。
热力学分析表明,在高能球磨的过程中,石墨烯/铝复合粉体中的界面反应为自发反应,会发生生成Al<sub>4</sub>C<sub>3</sub>硬脆相的界面反应。
本实验中铝粉表面能够分散石墨烯微片的最大含量为0.5wt%。
烧结工艺以及石墨烯/铝复合材料的研究表明,烧结温度对石墨烯增强铝基复合材料的力学性能有着较为显著的影响,随着烧结温度的升高,复合材料的维氏硬度呈现上升的趋势,在600℃时的力学性能最好。
烧结过程中,随着烧结保温时间的延长,显微硬度略微上升的趋势,当烧结保温时间为5h时,复合材料的力学性能最好。
随着热压压力的提高,复合材料的维氏硬度逐渐增加,当热压压力为8t时,复合材料的维氏硬度为59.30HV,相比热压压力为4t时,提高了9.43HV,增幅为18.9%。
并探讨了不同石墨烯含量对复合材料显微组织结构的影响规律。
石墨烯增强铝基复合材料的性能及强化机制研究表明,本实验测试的四种复合材料的致密度均达到了96%以上,当石墨烯的含量达到0.3wt%时,复合材料的维氏硬度最高,为65.40HV,相比纯铝来讲,维氏硬度提高了18.8%。
当石墨烯含量在0.1wt%<sup>0</sup>.3wt%时,复合材料的屈服强度随石墨烯含量的升高而升高,当石墨烯的含量为0.3wt%时,复合材料的屈服强度最高为193.85MPa,相比纯铝基体提高了27.1%。
第21卷第1期重庆科技学院学报（自然科学版)2019年2月放电等离子烧结制备TiC/7075铝基复合材料实验研究曾文王乾坤任权友潘毅张红丽龙芝梅冉代鑫(重庆科技学院冶金与材料工程学院，重庆401331)摘要:在实验中运用放电等离子烧结技术制备TG/7075铝基复合材料，并分析了不同T G含量的TG/7075烧结块 体的组织结构和力学性能。
采用球磨工艺混合7075合金粉和T iC粉末，在500丈下烧结制备TiC/7075铝基复合材 料;利用XRD、SEM、EDS、HVS- 1000分析烧结块体的物相、微观组织、维氏硬度。
研究发现，烧结制备的TiC/7075铝基复合材料中只有A1和T iC相，没有新相形成;T iC在基体材料中分布均匀，制备的烧结块体致密度高达98%，其维 氏硬度随着T G含量的增加而增加。
关键词:放电等离子烧结；TiC/7075铝基复合材料；微观组织；力学性能中图分类号:TG146.21 文献标识码:A文章编号：1673 -1980(2019)01 -0114 -05复合材料由基体材料和增强材料构成，兼具两 种材料的优点。
比如颗粒增强铝基复合材料，就兼 具铝基体材料的低密度、低膨胀系数和增强材料的 高强度、高比刚度等优点，具有良好的综合性能，被 广泛应用于航空航天、汽车等领域[1-3]。
颗粒增强 铝基复合材料是金属基复合材料中比较成熟的一个 品种。
金属基复合材料的制备工艺有搅拌铸造法、粉末冶金法、原位生成法、挤压铸造法、喷射成形法 等[4]。
在这些制备工艺中，粉末冶金法不受基体合 金种类与增强体类型的限制，可以使增强相在金属 基体材料中均勻分布，并且可以添加较高含量的增 强相[4]。
放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，简称# SPS”）是一种新型的粉末冶金烧结技术，具有 升温速度快、烧结温度低、烧结时间短等特点，制备 的烧结体致密度高、组织均勻，具有良好的综合性 能[5-7]，目前已被广泛用于制备功能梯度材料、热电 材料、铁电材料、磁性材料、纳米材料、非晶材料、陶瓷材料等[5,6]。
粉末冶金法制备铝基复合材料的研究一、本文概述本文旨在探讨粉末冶金法制备铝基复合材料的工艺过程、性能特点及其应用前景。
铝基复合材料作为一种新型的高性能材料，以其轻质、高强、耐磨、抗腐蚀等特性在航空航天、汽车制造、电子信息等领域具有广泛的应用价值。
粉末冶金法作为一种制备铝基复合材料的常用方法，具有工艺简单、成本低廉、材料利用率高等优点，因此受到了广泛的关注和研究。
本文首先介绍了铝基复合材料的基本概念和分类，概述了粉末冶金法制备铝基复合材料的原理和方法。
接着，详细分析了粉末冶金法制备过程中影响铝基复合材料性能的关键因素，包括粉末的选择、复合剂的添加、成型工艺、烧结工艺等。
在此基础上，本文进一步探讨了粉末冶金法制备铝基复合材料的性能特点，如力学性能、热学性能、电磁性能等，并分析了其在实际应用中的潜力和挑战。
本文总结了粉末冶金法制备铝基复合材料的研究现状和发展趋势，提出了未来研究的重点和方向。
通过本文的研究，旨在为铝基复合材料的制备和应用提供理论支持和实践指导，推动铝基复合材料在更多领域的应用和发展。
二、铝基复合材料的理论基础铝基复合材料作为一种先进的轻质高强材料，其理论基础主要建立在金属学、材料科学、复合材料力学以及粉末冶金学等多个学科的基础上。
铝基复合材料以其低密度、高比强度、良好的导热和导电性、出色的抗腐蚀性以及优异的可加工性而广受关注。
铝基复合材料的性能提升主要得益于增强相的选择与加入。
增强相可以是颗粒状、纤维状或晶须状，其种类和性能直接影响复合材料的力学、热学、电磁等性能。
常见的增强相包括SiC、Al₂O₃、TiC等陶瓷颗粒，以及碳纤维、玻璃纤维等。
这些增强相在铝基体中通过阻碍位错运动、提高基体强度等方式，显著提升了复合材料的综合性能。
铝基复合材料的制备工艺对其性能有着至关重要的影响。
粉末冶金法作为一种重要的制备工艺，通过控制粉末的粒度、形貌、分布以及烧结过程中的温度、压力等参数，可以实现对复合材料微观结构和性能的精确调控。
铝基复合材料制备方法制备方法：一、电沉积方法可制备高密度、无孔洞、组织可控的纳米复合材料，同时电沉积是一种基本上在室温下进行的工艺，工艺过程投资少，成本低。
金属基复合材料（MMCs) 的增强体中以SiC 的使用量最大，其次是Al2O3。
选自《Al2O3颗粒增强Ni-Mn 纳米复合材料的超塑性王国峰1, 夏伟宁2, 张凯锋1》二、（传统制备工艺）(1)粉末冶金法最初都采用粉末冶金法(Powder Metallurgy)来制备金属基复合材料，这是因为粉末冶金法制备的材料性能优越，具有良好的界面结合，增强相的比例可以根据实际需要进行调节，成分比例准确，增强相分布均匀，并且可以实现最终成型或近最终成型，节约材料气其较成熟的方法为Alcoa和Ceracon澎11。
美国的DWA复合材料专业公司从70年代开始就研制用粉末冶金工艺生产SiCp增强铝基复合材料，现已达到商品化佣a粉末冶金工艺的不足之处为:设备复杂、工艺复杂、生产效率低，成本较高，并且由于工艺本身要求的工况条件及工艺原理的限制，不可能制备出形状复杂或尺寸较大的零件。
另外粉末冶金工艺制品本身的孔隙率较大，不利于提高其综合性能。
(2)铸造法铸造法可以说是一种传统工艺，因为其制取工艺简单、设备简单、成本低，并可以制造出形状复杂与尺寸相对较大的零件，因而自从有了粉末冶金法，铸造法就受到重视。
但是，这种工艺又是一种新工艺，因为在传统的搅拌铸造工艺的基础上，人们发展了挤压铸造、熔体浸渗、半固态搅拌、离心铸造、超声波法、喷射法、电磁场法等多种新工艺，大大丰富了铸造法的内涵，使得这种工艺的研究成为热点14,31。
但就人们目前运用较多的半固态搅熔铸造法((Semi-Solid Compocasting)而言，其原理为把金属液温度控制在液相线和固相线之间且不断搅拌，然后把颗粒状增强物按一定比例加人到含有一定组分固相粒子的金属液中，并迅速升温至液相线以上直接进行浇注，就得到所需复合材料。
