高体积分数SiCp/Al复合材料的制备、拉伸变形和发黑处理的研究

摘要

高体积分数SiCp/Al复合材料具有高热导率、低热膨胀系数、高弹性模量等优异性能，在空间光学及精密仪器构件领域具有广阔的应用前景。针对空间光机结构件应用的需要，本文研究高体积分数SiCp/Al复合材料的浸渗复合制备、拉伸行为和表面发黑处理。
　　 通过压缩与拉伸试验及扫描电镜观察，研究了氧化预处理和添加偏磷酸铝粘接剂对SiC预制体的抗压强度和复合材料的力学性能及显微组织的影响，并研究了淬火工艺对复合材料坯体淬火开裂的影响。SiC预制体的抗压强度和复合材料的抗拉强度随氧化预处理中SiC颗粒氧化程度的增加和预制体中偏磷酸铝含量的增加而提高；但氧化预处理温度超过1000℃或偏磷酸铝含量超过2％，复合材料的抗拉强度降低。采用油作为淬火介质，适当提高油温，可以解决较大尺寸高体积分数SiCp/Al复合材料淬火开裂问题。
　　 通过拉伸试验和扫描电镜观察，研究了冷热循环处理、预压处理和预制体中添加偏磷酸铝粘接剂对55％volSiCp/Al-10Si-0.7Mg复合材料拉伸行为及显微组织的影响。热处理和预压处理对复合材料的弹性模量影响很小，但可以提高复合材料的弹性极限。SiC预制体中添加偏磷酸铝粘接剂可提高复合材料的弹性模量和弹性极限。
　　 通过金相显微镜、扫描电镜和三维视频显微镜观察、XRD分析和反射率测定，研究了高体积分数SiCp/Al复合材料表面硫酸阳极氧化一化学发黑处理。硫酸阳极氧化使复合材料表面形成了Al2O3阳极氧化多孔膜、裸露的SiC颗粒表面和SiC颗粒周围凹凸不平的粗糙表面三种表面结构。化学发黑过程为：溶液化学反应生成MnO2和Co3O4的黑色沉淀物，沉积在复合材料经阳极氧化形成的Al2O3多孔膜内、裸露的SiC颗粒表面上和SiC颗粒周围凹凸不平的粗糙表面上，在复合材料表面形成一层黑色薄膜。通过优化工艺参数，高体积分数SiCp/Al复合材料的发黑表面对波长430-700nm的可见光的吸收率达到90％以上。