Al-Zr（CO-,3-）-,2-體系反應(yīng)合成復(fù)合材料的制備與力學(xué)性能的研究.pdf

1、本文首次研究開發(fā)了Al—Zr（CO3）2原位反應(yīng)新體系，采用熔體反應(yīng)法成功制備了內(nèi)生Al3Zr和Al2O3顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，對復(fù)合材料的微觀組織、凝固行為、反應(yīng)機(jī)制、力學(xué)性能進(jìn)行了研究。 Al—Zr（CO3）2體系制備復(fù)合材料的最佳工藝參數(shù)為：起始反應(yīng)溫度900℃，反應(yīng)時(shí)間10min，反應(yīng)物加入量20％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。XRD和電子探針分析的結(jié)果均表明，Al—Zr（CO3）2原位反應(yīng)生成的增強(qiáng)相顆粒為Al3Zr和Al2O3。用

2、SEM對原位反應(yīng)生成的顆粒的大小及分布均勻性進(jìn)行了評價(jià)，結(jié)果表明其顆粒平均尺寸約為0．6—0．7μ m，顆粒偏聚程度較小。對復(fù)合材料凝固界面顆粒的行為進(jìn)行了研究。 對Al—Zr（CO3）2反應(yīng)體系制備（Al3Zr+Al2O3）p/Al復(fù)合材料進(jìn)行反應(yīng)熱力學(xué)和動力學(xué)的分析研究。結(jié)果表明：Al—Zr（CO3）2體系能自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)合成Al3Zr和Al2O3顆粒；反應(yīng)按反應(yīng)—擴(kuò)散—破裂機(jī)制進(jìn)行，認(rèn)為反應(yīng)過程主要受化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散阻力控制，

3、建立了反應(yīng)動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，對其進(jìn)行定量描述。 復(fù)合材料的室溫拉伸強(qiáng)度隨Al3Zr和Al2O3顆粒體積分?jǐn)?shù)的增加而增大，和基體相比得到了明顯的提高。對于（Al3Zr+Al2O3）p/Al復(fù)合材料，當(dāng)其顆粒體積分?jǐn)?shù)為10vol％時(shí)，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為148．3MPa和110．5MPa，延伸率先升后降，拉伸斷口呈塑性斷裂。對于（Al3Zr+Al2O3）p/ZL101A復(fù)合材料，當(dāng)其顆粒體積分?jǐn)?shù)為10 vol％時(shí)，抗拉強(qiáng)

4、度和屈服強(qiáng)度分別為260．7MPa和182．4MPa，延伸率呈下降趨勢，顆粒體積分?jǐn)?shù)增加時(shí)拉伸斷口準(zhǔn)解理斷裂的傾向越強(qiáng)。復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制主要有四種，即位錯(cuò)強(qiáng)化、增強(qiáng)相彌散強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化。 用原位拉伸實(shí)驗(yàn)觀察了復(fù)合材料裂紋的萌生和長大過程，Al3Zr和Al2O3顆粒產(chǎn)生的位錯(cuò)引起了界面處的應(yīng)力集中，裂紋隨載荷增大而形成、長大。裂紋的長大是有選擇性的，由于增強(qiáng)顆粒微觀分布上的不均勻，使裂紋沿貧顆粒區(qū)偏轉(zhuǎn)。 最后首