莫来石短纤维增强铝基复合材料的性能和界面研究

摘要

本文采用挤压铸造工艺制备了莫来石(Mullite)短纤维和氧化铝(Alumina)短纤维增强铝基复合材料，研究了Mullite<,f>/M124F复合材料、Alumina<,f>/M124F复合材料以及M124F铝合金三种材料的抗拉强度、硬度、热膨胀系数以及热循环行为等性能，同时还采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等仪器对材料的金相组织、界面结构和断口组织进行了研究和分析。 试验结果表明：加入了陶瓷纤维，复合材料相对于M124F铝合金，其硬度和拉伸强度都有显著的提高，热膨胀系数明显减少，同时热循环残余应变以及应变滞后环宽度等有所降低；而Mullite纤维和Alumina纤维增强的效果相当，在高温时两种复合材料的强度差异减少，Mullite<,f>/M124F复合材料的热膨胀系数比Alumina<,f>/M124F复合材料的略大。随着温度升高，热膨胀系数差值减少。两种复合材料的界面结构类似，在纤维/基体界面上都没有发现反应产物，估计是基体材料中含有接近共晶成分的Si，导致反应无法向右进行。 通过试验测得的性能数据发现Mullite<,f>/M124F复合材料和Alumina<,f>/M124F复合材料性能几乎相当，针对目前市场上莫来石短纤维价格低于氧化铝短纤维，可以得出莫来石短纤维替代氧化铝短纤维作为金属基复合材料的增强物是完全可行的。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1金属基复合材料

1.1.1金属基复合材料的发展历程

1.1.2国内外金属基复合材料的发展状况

1.1.3金属基复合材料的制备工艺

1.1.4金属基复合材料的界面

1.2莫来石短纤维增强铝基复合材料

1.2.1莫来石材料的研究历程

1.2.2国内外莫来石短纤维增强铝基复合材料的研究

1.3研究内容和目的

1.3.1课题的研究意义

1.3.2课题的内容

1.3.3实验流程

第二章实验原理和过程

2.1原材料制备

2.1.1原材料

2.1.2复合材料制备

2.2物相分析

2.3力学性能测试

2.3.1复合材料的拉伸性能测试

2.3.2复合材料的硬度

2.4微观分析

2.4.1光学金相分析

2.4.2 SEM显微分析

2.4.3 TEM显微分析

2.5热物理性能测试

2.5.1热膨胀系数

2.5.2热循环条件下的应变行为

第三章微观界面试验结果和分析

3.1物相分析

3.2光学显微组织

3.3 SEM显微观察

3.3.1界面形貌观察

3.3.2界面成分的变化-EDAX结果

3.3.3采用EBSP确定其界面结构-即进一步确定界面产物

3.4 TEM

3.5讨论

3.6总结

第四章复合材料的力学性能

4.1拉伸结果

4.1.1纤维和温度对复合材料强度的影响

4.1.2温度对复合材料的延伸率的影响

4.2复合材料断口的SEM观察

4.2.1三种材料的常温断口形貌

4.2.2三种材料的高温断口形貌

4.3硬度

4.4 讨论

4.4.1 M124F铝合金的断裂

4.4.2复合材料的断裂

4.5本章小结

第五章复合材料的热物理性能

5.1热膨胀系数

5.2热循环结果和分析

5.3分析

5.3.1热循环过程中的应变的形成

5.3.2应变滞后环的形成

5.4 小结

第六章结论

参考文献：

致谢

攻读硕士学位期间已发表的论文