网状(ZrB2+Al2O3)/Al复合材料制备及基体颗粒尺寸对其性能影响

摘要

为研究基体颗粒尺对网状结构铝基复合材料组织、性能的影响，本课题基于增强体呈网状分布的设计思想，选用三种不同尺寸的球形 Al粉、ZrO2粉末以及 B粉进行低能球磨，采用热压烧结技术制备出网状结构(ZrB2+Al2O3)/Al复合材料，并进行了热挤压变形。采用 SEM、XRD等分析测试手段对烧结态及挤压态复合材料进行物相分析以及组织观察，分析了基体颗粒尺寸对(ZrB2+Al2O3)/Al复合材料组织的影响。对烧结态及挤压态复合材料进行了常温以及高温力学性能测试，分析了基体颗粒尺寸对其力学性能的影响。
　　通过对不同球磨时间以及转速下混合粉末形貌扫描照片的观察与分析，确定最佳的球磨工艺参数如下：转速为125rpm，时间为60min，球料比3：1。通过DTA测试确定烧结的反应温度为850℃，通过对850℃下不同保温时间下复合材料的组织观察，确定最佳反应保温时间为60min。
　　通过对烧结态复合材料进行SEM观察以及XRD、EDS分析，确定增强相为ZrB2、Al2O3两种陶瓷颗粒，尺寸为微米级别，呈网状分布于纯铝基体颗粒的周围。在烧结态复合材料中，随基体颗粒尺寸的逐渐增大，网中局部增强体含量逐渐升高，甚至形成了―陶瓷墙‖结构，该特殊结构降低了铝基体的连通性，严重影响了材料的性能。在挤压态复合材料中，平行于挤压方向上，铝基体颗粒被拉长，增强相平行于挤压方向排列，局部增强体含量降低；在垂直于挤压方向上增强体的分布介于网状分布与均匀分布之间。随着基体颗粒尺寸的逐渐增大，铝基体的连通性逐渐增加，增强体富集区形成的大尺寸第二相的尺寸逐渐增大。
　　通过对复合材料进行力学性能测试，发现随着基体颗粒尺寸的增大，烧结态复合材料的抗拉强度以及延伸率均逐渐降低；而挤压态复合材料的抗拉强度呈现先升高后下降的趋势，延伸率则不断升高。基体颗粒尺寸不同的网状(ZrB2+Al2O3)/Al复合材料断裂机制有所不同。高温拉伸测试下，随着基体颗粒尺寸的增大，同一温度下，(ZrB2+Al2O3)/Al挤压态复合材料的延伸率逐渐升高，抗拉强度逐渐下降。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 原位铝基复合材料制备方法

1.3 原位铝基复合材料基体和增强体的选择

1.4 铝基复合材料的组织优化

1.5 铝基复合材料的力学性能

1.6 铝基复合材料的热挤压变形

1.7 本文的主要研究内容

第2章 试验材料与研究方法

2.1 试验原料

2.2 材料制备工艺及研究方案

2.3 材料的组织结构分析

2.4 材料的性能测试

第3章 网状(ZrB2+Al2O3)/Al复合材料的设计与制备

3.1 反应体系热力学计算

3.2 网状结构(ZrB2+Al2O3)/Al复合材料设计

3.3 网状结构(ZrB2+Al2O3)/Al复合材料制备工艺研究

3.4 本章小结

第4章 网状结构(ZrB2+Al2O3)/Al复合材料微观组织

4.1 准连续网状(ZrB2+Al2O3)/Al烧结态复合材料微观组织

4.2 准连续网状(ZrB2+Al2O3)/Al挤压态复合材料微观组织

4.3 基体颗粒尺寸对(ZrB2+Al2O3)/Al复合材料组织影响

4.4 本章小结

第5章 网状结构(ZrB2+Al2O3)/Al复合材料力学性能

5.1 准连续网状(ZrB2+Al2O3)/Al复合材料致密度

5.2 准连续网状(ZrB2+Al2O3)/Al复合材料显微硬度

5.3 准连续网状(ZrB2+Al2O3)/Al复合材料室温拉伸性能

5.4 准连续网状(ZrB2+Al2O3)/Al复合材料断裂机制

5.5 准连续网状(ZrB2+Al2O3)/Al复合材料高温拉伸性能

5.6 准连续网状(ZrB2+Al2O3)/Al复合材料其他力学性能

5.7 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢