高能超聲作用下熔體反應(yīng)合成ZrB2p-Al復(fù)合材料的研究.pdf

1、本文以Al-10wt%Zr和Al-3wt%B合金為原料,采用熔體直接反應(yīng)法,在高能超聲作用下成功地制備了ZrB2/Al復(fù)合材料。利用X-射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、電子探針(EPMA)等現(xiàn)代分析和測(cè)試手段,研究了復(fù)合材料的相組成、顯微組織,測(cè)試其力學(xué)性能,并探討了高能超聲對(duì)原位反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程的影響。
　　 結(jié)果表明:不加超聲時(shí)熔體直接反應(yīng)生成的顆粒為ZrB2,尺寸在1～20μm之間,形態(tài)呈塊狀和板條狀,且明顯團(tuán)聚在

2、一起。經(jīng)高能超聲處理后,復(fù)合材料組織中出現(xiàn)了多邊形的納米ZrB2顆粒,分布更加均勻,主要是由于超聲處理熔體時(shí)所產(chǎn)生的空化效應(yīng)和聲流效應(yīng)的綜合作用。
　　 對(duì)原位反應(yīng)熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)機(jī)制進(jìn)行研究,結(jié)果表明:Al-Zr-B體系能在熔體中自發(fā)反應(yīng)合成ZrB2顆粒。原位反應(yīng)主要按熔化.擴(kuò)散.反應(yīng).再擴(kuò)散機(jī)制進(jìn)行。高能超聲能夠顯著加快化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程。
　　 對(duì)超聲工藝對(duì)原位復(fù)合材料顯微組織影響的研究表明:在3min以內(nèi),隨著超聲功率

3、的增大,超聲作用時(shí)間的增加,復(fù)合材料中的ZrB2顆粒更細(xì),分布也更加均勻。但當(dāng)超聲作用時(shí)間為4min時(shí),反而出現(xiàn)顆粒團(tuán)聚。在其它條件相同的情況之下,間歇作用效果較連續(xù)作用效果好。
　　 復(fù)合材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:施加高能超聲場(chǎng)后,復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度σb、屈服強(qiáng)度σs和伸長(zhǎng)率δ較未施加高能超聲場(chǎng)時(shí)均有顯著提高,分別達(dá)到了94MPa、81MPa和14.5%,較未施加高能超聲場(chǎng)的復(fù)合材料分別提高了10.6%、15.7%和16.0%