(SiC-Si3N4)/2024Al双连续复合材料的组织调控与性能优化

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoguang0623
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本文采用冷冻干燥法制备了多孔SiC/Si3N4陶瓷,研究了固相含量及Si3N4含量对多孔陶瓷的显微组织、孔形貌及力学性能的影响。以多孔SiC/Si3N4陶瓷为预制体,采用压力浸渗法制备了(SiC-Si3N4)/2024Al双连续复合材料,研究了固相含量及Si3N4含量对复合材料的显微组织及力学性能的影响,分析了界面结合情况。探索了复合材料的时效热处理工艺,并研究了时效前后复合材料的强度及断裂韧性的变化。对复合材料的热膨胀系数和热导率进行测试,并且对其进行了理论模型的计算。XRD物相分析表明,多孔SiC/Si3N4陶瓷中的α-Si3N4全部转变为β-Si3N4,随着固相含量的增加,密度增加气孔率下降,通过压汞测试多孔SiC/Si3N4陶瓷的孔径分布,发现在浆料固相含量为20%、30%时出现双峰分布。多孔陶瓷开气孔率高、气孔连通性好,最低压缩强度高于压力浸渗的压力,适合作为双连续复合材料的预制体。以多孔SiC/Si3N4陶瓷为预制体,采用压力浸渗法制备的(SiC-Si3N4)/2024Al双连续复合材料,物相构成为SiC、β-Si3N4和Al。陶瓷相和Al合金呈相交替排列的层状结构。Si3N4与Al发生轻微的界面反应,生成Al N,反应层厚大概为20nm30nm。SiC与Al界面干净,结合紧密,没有生成脆性相Al4C3,SiC与Si3N4界面清晰,结合紧密,无反应层。铸态下复合材料的硬度和弹性模量随着增强体含量增加而的提高,断裂韧性随着增强体含量的增加而减少。弯曲强度随着增强相含量的增加而减少,最高弯曲强度为573MPa;抗压强度最低500MPa,有10%左右的屈服平台;抗压强度最高为1136.82MPa。确定最佳时效工艺为175℃时效7h,较2024Al合金提前。时效后的弯曲强度最高达781MPa,最大提高36.3%。断裂韧性最高值为15.1 MPa·m1/2,最大提高了约31.3%。采用TEM对时效后的析出相分析,时效前有Cu元素在晶界处偏聚,时效后析出相呈弥散分布状态,析出相为θ相(Al2Cu)和S相(Al2CuMg)。双连续复合材料相对于颗粒增强型复合材料热膨胀系数低,并且随着增强相的增大而热膨胀系数降低。原因是双连续复合材料两相连续交叉分布,对Al合金产生制约并且限制其膨胀。复合材料的热导率随着增强体体积分数的增大而减小。
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