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本文在借鉴和改进前人制备复合材料方法的基础上,探索出了一种以多孔陶瓷作为预制体,利用无压熔渗工艺制备具有网络互穿结构金属基/陶瓷复合材料。主要包括三个方面的研究内容:一是通过真空电弧熔炼方法制备Nb-Al、Nb-Ti-Al-Cr合金;二是采用添加造孔剂工艺与冷冻铸造方法制备了Nb2O5和Al2O3层状多孔陶瓷预制体;三是通过无压熔渗工艺制备了Nb合金基/Al2O3陶瓷复合材料。
论文结果表明:采用添加造孔剂工艺方法制备的多孔陶瓷经过1400℃烧结2小时后,形貌由棒状转变为类珊瑚状,平均孔隙尺寸约为0.3um,无压熔渗Al熔体后,原有的类珊瑚状形貌消失,Al熔体与NbO2发生化学反应,形成Nb-Al/Al2O3复合物组织;冷冻铸造法制备的Nb2O5层状多孔陶瓷预制体浸渍蔗糖1200℃烧结后与Al熔体有良好的浸润性,X射线衍射分析表明,陶瓷预制体基本上为NbO2多孔陶瓷,有少量的残炭存在,无压熔渗Al熔体后,复合材料由NbAl3、Al2O3、少量的金属Al以及残炭组成。
冷冻铸造法制备的Al2O3层状多孔陶瓷预制体直接无压熔渗Nb-Al合金的实验表明:Al2O3层状多孔陶瓷与Nb-Al合金不浸润,难以实现无压熔渗,在Nb-Al合金的基础上,通过添加Ti、Cr等元素后熔炼制备的Nb-Ti-Al-Cr合金(Nb-35Ti-20Al-10Cr,at%)与Al2O3层状多孔陶瓷完全浸润。对复合材料的组织观察表明,基体与增强体在空间结构上仍然保留预制体的层状结构特征。
多孔层状Nb2O5陶瓷熔渗铝后形成的Nb-Al/Al2O3复合材料,当陶瓷固相含量为30%时,弹性模量为5.5GPa、压缩率为0.122,当陶瓷因相含量为40%时,弹性模量为9.92GPa、压缩率为0.0437;多孔层状Al2O3陶瓷熔渗Nb-Ti-Al-Cr合金后形成的Nb合金基/Al2O3陶瓷复合材料,随陶瓷固相含量的增多,复合材料的密度逐渐减小。