增强体形态、分布对铝基复合材料力学性能影响的研究

摘要

近年来,随着各高技术领域的发展,对高性能材料的需求也越来越迫切,颗粒增强金属基复合材料(PMMC)逐渐成为受青睐的对象。虽然具有良好的比刚度、比强度,然而PMMC的低塑性和低韧性一直是阻碍其进一步应用的障碍。如何在保证其强度的基础上提高材料的塑性和韧性成为了PMMC研究发展的重点。本文以四种不同增强体分布形态的铝基复合材料为对象,即SiCp颗粒均匀分布增强铝基复合材料、SiCp-6061Al/6061Al双重结构增强材料、Si3N4网络互穿铝基复合材料以及碳纤维三维编织铝基复合材料,实验研究增强体的分布、形态对复合材料力学性能的影响,并在此基础上重点研究双重增强铝基复合材料的增强柱尺寸、增强体颗粒种类、基体种类、热处理状态等一系列结构和工艺因素对材料力学性能的影响规律和机制。实验研究结果表明:　　(1)四种材料的弹性模量大致遵循随着颗粒体积分数增高而增高的趋势,但与ROM法则预测存在一定的偏差,具体可由材料不同的内部结构分析原因。网络互穿材料的网络分布会使得基体承受拉应力从而降低模量和强度;而双重增强材料会由于具有承受高载荷的一次增强体和较大可以缓冲裂纹的基体区域从而提升了韧性,但也因此降低了模量。经过预力学循环的材料在应力幅值较小时模量随其升高,而较高时降低,主要和内部位错密度上升有关。存在一个特定的应力幅,使得材料的屈服强度达到最理想。　　(2)针对双重增强材料,增强柱的尺寸对材料断裂韧性影响显著,随着一次增强体尺寸的变大,复合材料的强度略微有所提高,但同时延长率有下降的趋势。时效态对SiCp颗粒增强材料的性能提升明显。相比B4C和SiCp,Al2O3虽与基体结合性较好,但颗粒尺寸过大而导致强度及韧性下降。增强柱的尺寸对材料疲劳寿命影响较大,较大的基体空间可以为裂纹扩展增加更多的阻力。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 铝基复合材料简介

1.2.1 铝基复合材料类型

1.2.2 铝基复合材料制备方法

1.2.3 铝基复合材料力学性能

1.3 改善铝基复合材料塑性和韧性的有效途径

1.3.1 微观结构改进

1.3.2 宏观结构设计――复合材料的结构设计增韧

1.4 本文主要研究目的和内容

参考文献

第二章 增强体形态、分布对铝基复合材料力学性能的影响

2.1 引言

2.2 试验方法

2.2.1 试验材料体系

2.2.2 复合材料的制备

2.2.3 材料热处理

2.2.4 力学性能试验方法

2.2.5 金相组织观察

2.3 实验结果及分析

2.3.1 室温静拉伸性能

2.3.2 循环应力-应变特性

2.3.3 预力学循环对常规性能的影响

2.4 讨论

2.4.1 网络互穿和纤维编织复合材料模量的探讨

2.4.2 双重结构复合材料模量的ROM 预测

2.5 本章小结

参考文献

第三章 双重结构增强铝基复合材料的力学性能

3.1 引言

3.2 试验方法

3.2.1 双重结构增强铝基复合材料制备体系

3.2.2 挤压及热处理工艺

3.2.3 材料组织、结构分析

3.2.4 力学性能试验方法

3.3 实验结果及分析

3.3.1 拉伸性能

3.3.2 断裂特性及韧性

3.3.3 疲劳韧性

3.4 讨论

3.4.1 双重结构参数对断裂韧性的影响

3.4.2 断裂机制和模型分析

3.5 本章小结

参考文献

第四章 结论

致谢

攻读硕士期间发表的论文

上海交通大学硕士学位论文答辩决议书