無壓浸滲制備B4C-Al復(fù)合材料微觀組織及力學(xué)性能.pdf

1、本文研究了金屬/陶瓷復(fù)合材料的無壓浸滲工藝。在成功制備B4C/Al復(fù)合材料的基礎(chǔ)上,運(yùn)用材料學(xué)基本測試方法表征其成分、微觀組織、力學(xué)性能,分析了工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合材料成分組織性能的影響。
　　本文通過冷壓燒結(jié)工藝制備了碳化硼多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)。運(yùn)用分形理論分析了此結(jié)構(gòu)的滲透性能,討論熔融鋁合金對(duì)多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的潤濕性,結(jié)合達(dá)西定律計(jì)算滲透時(shí)間及距離的關(guān)系。在獲得可行性工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上在管式爐中制備了三種粒徑的B4C增加Al復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

2、明,隨B4C陶瓷粒徑增大,多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的滲透性越高。所需浸滲溫度越低。熔融金屬與多孔介質(zhì)接觸角在1000℃下降至90°,因此浸滲溫度極限為1000℃。Al-Si-Mg與純鋁合金相比,Si-Mg降低熔融鋁表面張力,提高流動(dòng)性,合金較純鋁浸滲容易。通過控制變量法分析獲得最佳浸滲時(shí)間為60min,最佳浸滲溫度1100℃。浸滲獲得復(fù)合材料B4C體積分?jǐn)?shù)為55％-60%復(fù)合材料致密度在98%左右。
　　金相及掃描分析表明:復(fù)合材料內(nèi)部組織致

3、密,顆粒彌散均勻,兩相界面結(jié)合充分,局部區(qū)域析出初生Si相。透射分析結(jié)果表明,復(fù)合材料內(nèi)部存在位錯(cuò)及孿晶結(jié)構(gòu),部分B4C顆粒內(nèi)部具有空隙尺寸為1um缺陷。兩相熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致凝固后界面處有應(yīng)力存在。對(duì)復(fù)合材料料內(nèi)部顆粒進(jìn)行提取,界面反應(yīng)產(chǎn)物附著在顆粒表面,XRD分析結(jié)果表明隨浸滲溫度浸滲時(shí)間的界面反應(yīng)產(chǎn)物趨于復(fù)雜。界面反應(yīng)產(chǎn)物在900-1000℃主要為少量的析出Si、SiC;在1100℃,新反應(yīng)產(chǎn)物有少量AlB12。1150℃生成Al

4、B10、Al4C3;在1300℃及以上高溫處理,界面反應(yīng)產(chǎn)物為AlB12(Al3B48C2)、AlB10、Al4C3、SiC。
　　B4C/Al復(fù)合材料三點(diǎn)強(qiáng)度在350-450MPa之間,斷裂韌性在8-12MPa·m1/2,硬度約為400HB。隨粒徑的增加抗彎強(qiáng)度及斷裂韌性增加,硬度降低。在1050-1150℃間,隨浸滲溫度的升高,復(fù)合材料強(qiáng)度呈現(xiàn)先增高后降低趨勢。時(shí)效熱處理的淬火過程使兩相產(chǎn)生較大應(yīng)力,降低了抗彎強(qiáng)度。對(duì)復(fù)合材料