(SiC-Si3N4)-2024Al雙連續(xù)復(fù)合材料的組織調(diào)控與性能優(yōu)化.pdf

1、國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TB333學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書分類號(hào)：621.791密級(jí)：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文工學(xué)碩士學(xué)位論文(SiCSi3N4)2024Al雙連續(xù)復(fù)合材料的組織調(diào)控與性能優(yōu)化碩士研究生：田國(guó)慶導(dǎo)師：葉楓教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：材料學(xué)所在單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：2017年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要本文采用冷凍干燥法制備了多孔SiCSi3N4陶瓷，研究了固相含量及Si3N4含

2、量對(duì)多孔陶瓷的顯微組織、孔形貌及力學(xué)性能的影響。以多孔SiCSi3N4陶瓷為預(yù)制體，采用壓力浸滲法制備了(SiCSi3N4)2024Al雙連續(xù)復(fù)合材料，研究了固相含量及Si3N4含量對(duì)復(fù)合材料的顯微組織及力學(xué)性能的影響，分析了界面結(jié)合情況。探索了復(fù)合材料的時(shí)效熱處理工藝，并研究了時(shí)效前后復(fù)合材料的強(qiáng)度及斷裂韌性的變化。對(duì)復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)試，并且對(duì)其進(jìn)行了理論模型的計(jì)算。XRD物相分析表明，多孔SiCSi3N4陶瓷中的α

3、Si3N4全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣耂i3N4，隨著固相含量的增加，密度增加氣孔率下降，通過壓汞測(cè)試多孔SiCSi3N4陶瓷的孔徑分布，發(fā)現(xiàn)在漿料固相含量為20%、30%時(shí)出現(xiàn)雙峰分布。多孔陶瓷開氣孔率高、氣孔連通性好，最低壓縮強(qiáng)度高于壓力浸滲的壓力，適合作為雙連續(xù)復(fù)合材料的預(yù)制體。以多孔SiCSi3N4陶瓷為預(yù)制體，采用壓力浸滲法制備的(SiCSi3N4)2024Al雙連續(xù)復(fù)合材料，物相構(gòu)成為SiC、βSi3N4和Al。陶瓷相和Al合金呈相交替排列

4、的層狀結(jié)構(gòu)。Si3N4與Al發(fā)生輕微的界面反應(yīng)，生成AlN，反應(yīng)層厚大概為20nm～30nm。SiC與Al界面干凈，結(jié)合緊密，沒有生成脆性相Al4C3，SiC與Si3N4界面清晰，結(jié)合緊密，無反應(yīng)層。鑄態(tài)下復(fù)合材料的硬度和彈性模量隨著增強(qiáng)體含量增加而的提高，斷裂韌性隨著增強(qiáng)體含量的增加而減少。彎曲強(qiáng)度隨著增強(qiáng)相含量的增加而減少，最高彎曲強(qiáng)度為573MPa；抗壓強(qiáng)度最低500MPa，有10%左右的屈服平臺(tái)；抗壓強(qiáng)度最高為1136.82MP

5、a。確定最佳時(shí)效工藝為175℃時(shí)效7h，較2024Al合金提前。時(shí)效后的彎曲強(qiáng)度最高達(dá)781MPa，最大提高36.3%。斷裂韌性最高值為15.1MPam12，最大提高了約31.3%。采用TEM對(duì)時(shí)效后的析出相分析，時(shí)效前有Cu元素在晶界處偏聚，時(shí)效后析出相呈彌散分布狀態(tài)，析出相為θ相（Al2Cu）和S相（Al2CuMg）。雙連續(xù)復(fù)合材料相對(duì)于顆粒增強(qiáng)型復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)低，并且隨著增強(qiáng)相的增大而熱膨脹系數(shù)降低。原因是雙連續(xù)復(fù)合材料兩相連