原位生长MgAl2O4尖晶石晶须增强铝基复合泡沫及其性能

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陶瓷相增强铝基复合泡沫具有轻质高强、优良的力学特性以及能量吸收特性,作为结构材料和功能材料广泛应用于航空航天、汽车等工业领域。目前制备陶瓷相增强铝基复合泡沫的方法主要是外加法,由于外加法本身的缺陷,对泡沫铝的性能并没有质的提升,因此开发合适的制备方法来制备性能优良的铝基复合泡沫是目前铝基泡沫材料领域研究的热点。原位合成法是制备金属基复合材料的理想方法,而MgAl2O4尖晶石晶须作为一种理想的增强相,其具有高强度、高弹性模量、高熔点、低的热膨胀系数,而且其与铝之间具有基体间具有极低的错配度(0.25%),改善其与铝之间润湿性能。因此,本论文采用原位生长法来制备MgAl2O4尖晶石晶须增强铝基复合泡沫。本论文中以纯铝粉、镁粉以及硼酸作为原料,通过长时间高速球磨处理得到复合粉末,随后采用冷压烧结方式在复合块体材料中通过原位反应制备MgAl2O4尖晶石晶须,得到原位生成陶瓷相增强的前驱体材料,最后以水浴的方式除去造孔剂NaCl,制备出复合泡沫。探究了原位制备陶瓷相的烧结参数对MgAl2O4晶须形貌的影响,同时研究了不同孔径、孔隙率以及不同镁含量对于复合泡沫力学特性和能量吸收特性的影响。结果表明,在750°C条件下烧结2 h原位生成的MgAl2O4晶须与基体界面结合良好,其直径在50300 nm之间,长径比介于1050之间,并在基体中呈现3中不同的分布形式。对于复合泡沫,随着孔隙率的增加,复合泡沫致密度降低,对应的应力—应变曲线平台应力降低,致密应变增加,能量吸收性能降低,而不同孔径对于其性能没有明显影响。在Mg含量为10 wt.%时,对于孔隙率为50%、60%和70%的复合泡沫其平台应力(18.67、16.04、9.14 MPa)相对于纯铝泡沫(7.87、3.58、2.01 MPa)分别增加了137.23%、348.04%和354.73%,因此,采用这种原位的制备方法制备的MgAl2O4晶须增强的铝基复合泡沫性能有明显的提升。
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