多孔網(wǎng)狀Si-,3-N-,4-陶瓷增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備.pdf

1、本課題的研究主要分為兩大部分，第一部分是多孔網(wǎng)狀Si3N4陶瓷增強(qiáng)體的制備以及性能檢測；第二部分是用ZL305鋁鎂合金對(duì)前期制備的多孔網(wǎng)狀Si3N4陶瓷增強(qiáng)體的浸滲工藝研究及其界面和耐磨性分析。旨在通過對(duì)這兩個(gè)部分所用材料和制備工藝上的分析，找出一種合適的符合性能要求的金屬基網(wǎng)絡(luò)交叉結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備工藝。 以β-Si3N4為骨料，選擇Al粉為低溫?zé)Y(jié)助劑，Al2O3、ZrO2為高溫?zé)Y(jié)助劑，助劑添加量均為β-Si3N4骨料質(zhì)量

2、的5％；添加少量鈣基膨潤土、羧甲基纖維素作為漿料流變劑；SiO2含量為30％的硅溶膠為粘結(jié)劑和溶劑，進(jìn)行混漿。 采用有機(jī)泡沫體浸漬工藝制備多孔網(wǎng)狀Si3N4陶瓷預(yù)制體，選用聚氨酯泡沫塑料為預(yù)制體浸漬骨架，通過平板擠壓和離心甩料，將漿料均勻涂掛到泡沫體孔筋上，烘干以后進(jìn)行燒結(jié)。 多孔陶瓷的燒結(jié)階段采用二步燒結(jié)工藝，即對(duì)多孔陶瓷預(yù)制體進(jìn)行一次預(yù)燒結(jié)，補(bǔ)充浸漿后，再進(jìn)行二次燒結(jié)，這種工藝彌補(bǔ)了一次燒結(jié)后由于有機(jī)泡沫體和其他低熔

3、點(diǎn)雜質(zhì)揮發(fā)遺留的孔洞而造成的缺陷，從而制備得到結(jié)構(gòu)致密的多孔陶瓷材料。 在相同燒結(jié)工藝和材質(zhì)條件下，多孔陶瓷的抗壓強(qiáng)度隨著孔隙率的下降逐漸增加；孔隙率為78％時(shí)，抗壓強(qiáng)度為0.72MPa，而孔隙率為90％時(shí)，抗壓強(qiáng)度僅為0.1MPa左右。當(dāng)燒結(jié)溫度在1400℃時(shí)，多孔陶瓷具有最佳的燒結(jié)效果，既能保持很高的通孔率又保證了材料具有較高的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)超過1400℃時(shí)，隨著多孔陶瓷燒結(jié)過程液相量的增加，陶瓷骨架發(fā)生變形，甚至坍塌。

4、 燒結(jié)后的多孔網(wǎng)狀Si3N4陶瓷基本形貌是以β-Si3N4為主體，多元Si-N-O-Al系晶體相或玻璃相包容在Si3N4顆粒表面，這是由于在高溫下，低熔點(diǎn)氧化物熔化并與粘結(jié)劑中的SiO2發(fā)生反應(yīng)，生成復(fù)雜的多元晶體或非晶體。 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)交叉結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，本課題選用ZL305合金為金屬基體材料，采用負(fù)壓牽引和氣壓推動(dòng)的浸滲工藝完成合金液對(duì)多孔網(wǎng)狀Si3N4陶瓷預(yù)制體的浸滲。合金液對(duì)陶瓷預(yù)制體的浸滲情況隨著外加壓力和

5、溫度的變化而變化，提高合金液熔煉溫度和增大氣壓都有利于合金液的浸滲。通過試驗(yàn)證明，在沒有氣壓推動(dòng)的情況下，即使加熱到較高的溫度，合金液與陶瓷之間仍然難以潤濕，合金液表面氧化層也阻礙了合金液中元素與陶瓷表面元素的擴(kuò)散或反應(yīng)結(jié)合，難以達(dá)到緊密的程度，本課題中選用8MPa的氣壓，合金液熔煉溫度為900℃，陶瓷預(yù)制體預(yù)熱溫度為800℃的條件下，獲得了最佳的浸滲效果，合金液與陶瓷界面結(jié)合良好。 鎂元素在合金與陶瓷界面處的含量比ZL305合