动态热压烧结工艺制备SiC/Fe复合材料的研究

摘要

本文对常规热压烧结工艺与电流直加热热压烧结工艺制备SiCp/Fe复合材料进行了系统研究。在常规热压烧结工艺中从控制压力、感应电压、升温时间、保温时间、SiC体积百分含量五个方面进行了研究。在电流直加热热压烧结工艺中通过控制升温时间、烧结时间、脉冲间隙和脉冲循环次数等工艺参数对此工艺进行了较为具体深入的研究。之后，重点测试了材料的密度，布氏硬度，抗弯强度和拉伸强度，并应用SEM和EDS等分析技术对部分样品的显微组织及断口形貌进行了分析。 实验结果表明，在常规热压烧结工艺中，一定范围内，随压力的增加、初定感应电压的降低，材料的力学性能有所上升。在压力为40Mpa、初定感应电压为390V条件下进行实验，最有利于材料性能的提高。在此实验条件下，当加热时间350s、保温时间420s最适宜。若烧结时间短，则材料烧结不充分，烧结时间长，很容易诱发SiCp分解而发生界面反应，从而恶化界面结构及材料性能。在电流直加热热压烧结工艺中，随直接升温时间的延长，材料性能明显升高，当直接升温190s后采用间隙为2/0.8s的脉冲电流烧结360s时，材料性能较好。在只采用脉冲电流进行烧结时，随脉冲间隙的减小与循环次数的增加，材料性能提高，当脉冲间隙为3/0.5s烧结时间1100s时，材料性能较高。 研究结果表明，采用常规动态热压烧结工艺制备SiCp/Fee复合材料，制备时间较长，而且材料性能也不够理想，其中材料最优性能为密度6.988g/cm3，布氏硬度147HB，抗弯强度614.4Mpa。采用电流直加热热压烧结工艺制备SiCp/Fe复合材料，不仅烧结时间短而且材料性能也较高，其中材料最优性能为密度7.382g/cm3，布氏硬度406HB，抗弯强度1533Mpa。主要由于此工艺采用了模腔内嵌绝缘陶瓷片的铁模具，电流直接通过样品进行瞬间高温通电烧结，材料在电流的作用下通过自身电阻加热有利于塑性变形，坯体中空隙与疏松等缺陷得到较好的焊合，颗粒牢牢地结合成致密的统一体，因而性能大大提高。 综合来看，采用电流直加热热压烧结工艺制备SiCp/Fe复合材料能获得理想的综合性能，且制件周期短，工艺简单，故此工艺是制备SiCp/e复合材料的有效手段。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1复合材料的分类

1.2 MMC的发展概况

1.2.1 MMC的分类

1.2.2 MMC的制造工艺

1.3颗粒强化钢铁基复合材料发展概况

1.3.1增强体与基体的选择

1.3.2复合原则

1.3.3制备工艺的选择原则

1.3.4制备工艺

1.3.5性能

1.3.6存在问题及改进措施

1.3.7应用前景

1.4 SiC/Fe基复合材料研究概况

1.4.1工艺概况

1.4.2基体与增强相界面研究的概况

1.4.3 SiC含量对材料力学性能和耐磨性的影响

1.4.4 SiC/Fe基复合材料发展前景

1.5电流烧结研究概况

1.5.1电流对金属材料的影响

1.5.2脉冲电流烧结机理研究进展

1.6本课题研究目的及意义

第二章实验设备与实验原料

2.1电流直加热烧结热压炉

2.1.1电流直加热烧结热压炉的控制系统

2.1.2电流直加热烧结热压炉实验数据采集

2.1.3电流直加热烧结热压炉的标定

2.2实验原料

2.2.1实验原料

2.2.2原料配制

2.3本章小结

第三章热压烧结工艺制备SiCp/Fe复合材料的研究

3.1压力对制备SiCp/Fe复合材料影响的研究

3.1.1压力对电流的影响

3.1.2压力对SiCp/Fe复合材料性能的影响

3.2初定感应电压对制备SiCp/Fe复合材料影响的研究

3.3烧结时间对制备SiCp/Fe复合材料影响的研究

3.3.1加热时间对SiCp/Fe复合材料性能的影响

3.3.2保温时间对SiCp/Fe复合材料性能的影响

3.4 SiC含量对SiCp/Fe复合材料性能的影响

3.5本章小结

第四章电流直加热热压烧结工艺制备SiCp/Fe复合材料研究

4.1电流直加热热压烧结与普通热压烧结电流比较

4.2直接升温后采用脉冲电流烧结工艺的研究

4.2.1直接升温时间对烧结工艺影响的研究

4.2.2脉冲间隙对材料性能影响的研究

4.3直加热脉冲电流烧结工艺的研究

4.3.1脉冲循环次数对烧结工艺影响的研究

4.3.2脉冲间隙对烧结工艺影响的研究

4.4不同工艺所制备SiCp/Fe复合材料性能的比较

4.5部分SiCp/Fe复合材料样品断口分析

4.6本章小结

第五章结论

参考文献

致谢