含铁氧体颗粒硼酸铝晶须增强铝基复合材料的组织与性能

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本文在研究含铁氧体(Fe3O4或 NiFe2O4)颗粒和硼酸铝晶须预制件制备工艺的基础上，改进了现有挤压铸造工艺，成功地制备了增强体体积分数为25％的铁氧体颗粒和硼酸铝晶须混合增强铝复合材料。利用扫描电镜、透射电镜观察了复合材料的微观组织结构；分析了磁致伸缩颗粒的引入对硼酸铝晶须增强铝复合材料热膨胀行为的影响规律；研究了含不同铁氧体颗粒复合材料的室温拉伸性能；提出一种可以降低复合材料残余应力、提高复合材料抗拉强度和断裂延伸率的脉冲磁场热处理工艺。
　　差热分析和界面的透射电镜观察均证实，利用化学方法对Fe3O4和NiFe2O4颗粒进行Al2O3包覆可有效防止Fe3O4的氧化及两种颗粒与基体的界面反应。同时结合含铁氧体颗粒预制件的特点，采用加高强“滤网”改进的挤压铸造工艺制备了质量优异的复合材料。“滤网”不但可以解决含颗粒和晶须预制件开裂的问题，同时还可以起到过滤杂质的作用。
　　热膨胀分析表明，含 Fe3O4颗粒和硼酸铝晶须混合增强铝复合材料的热膨胀系数显著低于相同体积分数的纯晶须增强铝复合材料，且经过一次热循环即可使复合材料的热膨胀系数稳定化。结合 Fe3O4微弱氧化及还原过程，阐明了含 Fe3O4颗粒和硼酸铝晶须混合增强铝复合材料热膨胀曲线的奇异现象。含 NiFe2O4颗粒和硼酸铝晶须混合增强铝复合材料的热膨胀系数虽然高于纯晶须增强铝复合材料，但随温度升高变化幅度较小，且可通过热循环使之稳定。结合物理热膨胀曲线和磁场热重分析，分析了两种颗粒在复合材料中的应力状态及其与热循环的关系。
　　拉伸性能研究表明，含一定体积分数的铁氧体颗粒的两种混合增强复合材料的抗拉强度和屈服强度均高于单纯晶须增强的铝基复合材料。利用脉冲磁场热处理，可有效降低含铁氧体颗粒复合材料的残余应力，进而提高复合材料的抗拉强度和断裂延伸率。含 Fe3O4颗粒和硼酸铝晶须混合增强铝基复合材料中颗粒含量越多，复合材料的屈服强度提高越多，塑性则降低越多。经热处理和磁场热处理后，复合材料的抗拉强度和塑性有所提高，其中磁场热处理效果更加显著。对含 NiFe2O4颗粒和硼酸铝晶须混合增强铝基复合材料而言，铸态(8ABO+NFO)/Al复合材料的抗拉强度和屈服强度是最高的，随颗粒含量增加复合材料的塑性逐渐降低。经热处理和磁场热处理的复合材料，屈服强度均降低。利用透射电镜和X射线衍射分析，讨论了磁场热处理对复合材料性能的影响机理。
　　含 Fe3O4颗粒和硼酸铝晶须混合增强铝复合材料，具有低的热膨胀系数和较高的拉伸强度，而且其塑性和强度可以通过脉冲磁场热处理得到改善。含 NiFe2O4颗粒和硼酸铝晶须混合增强铝复合材料具有高的拉伸强度，特别是具有很高的拉伸屈服强度，以及较低而且稳定的热膨系数。两种复合材料性能差异来源于两种铁氧体颗粒的自发磁致伸缩性质的不同。

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作者
李刚;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科材料物理与化学
授予学位博士
导师姓名费维栋;
年度 2006
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类金属－非金属复合材料;
关键词
含铁氧体; 硼酸铝晶须; 铝基复合材料; 微观结构; 拉伸性能;

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