铝基复合材料

摘要： 碳纳米管(CNT)和石墨烯(Graphene)拥有优秀的力学和物理性能,是金属基复合材料中理想的增强体。本文采用球磨工艺+氢热还原法将碳纳米管(CNT)和还原氧化石墨烯(RGO)引入到铝粉表面构建CNTRGO混合增强体,然后利用放电等离子烧结系统(SPS)和轧制工艺,制备CNT-RGO/Al复合材料。通过EBSD、SEM、TEM以及拉伸等方法分析研究了CNT-RGO/Al复合材料内CNT和RGO增强相分布、界面结构、晶粒形貌和力学性能,探索了复合材料内CNT和RGO的协同强化机制。结果表明:CNT-RGO/Al复合材料表现出优异的力学性能,屈服强度和抗拉强度分别为228 MPa和268 MPa,比纯铝的屈服强度和抗拉强度分别增大了153%和143%,伸长率仍保持在8.5%。复合材料内还原氧化石墨烯的添加不仅促使一维的CNT和二维的RGO形成桥连结构,有益于载荷的传递,而且能够调控C与Al基体间的界面反应,有利于复合材料的C-Al界面结合。CNT-RGO混合增强体协同强化效果优于单纯的一维CNT增强体。

摘要： 为了探究石墨烯增强铝基复合材料的制备工艺及其热变形行为,本文采用湿混球磨结合真空热压烧结法制备了0.5wt.%石墨烯增强铝基复合材料,并利用场发射扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对其进行微观组织观察、成分和物相分析,用Gleeble 3800热模拟机对复合材料进行等温压缩试验,建立了材料的本构方程并分析其热变形机理。试验结果表明,采用粉末冶金法制备的石墨烯增强铝基复合材料,基体和增强相未发生明显的界面反应,在热变形过程中呈现稳态流变特征,其软化机制以动态回复为主。基于Arrhenius双曲正弦模型建立了该材料的本构方程,计算得到应力指数n=5.503765,表明材料的变形机制为位错攀移;热变激活能Q为130.43 kJ/mol,相比其他的碳基增强体(碳纳米管、碳纤维)更低,表明材料在热变形时克服变形抗力所需要的能量越低,则更易于复合材料的塑性成形加工。

摘要： 随着《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》任务的实施,高分辨对地观测、载人航天与探月工程、大型压水堆与高温气冷堆等重大专项与国防优先主题任务,为铝基复合材料发展带来强烈的需求牵引。遵循一代装备、一代材料的科学规律,作为关键支撑的铝基复合材料必须取得工程化制备技术的突破,才能满足航天、核电等重大领域关键装备的跨越式发展。

摘要： 目的研究不同增强相配比对SiC_(p)与球形石墨颗粒混杂增强铝基复合材料力学性能的影响。方法以6092铝合金为基体,采用粉末冶金法制备了球形石墨颗粒(Gr)、SiC_(p)单相增强以及SiC_(p)和Gr混杂增强的铝基复合材料,通过挤压塑性变形与T6强化热处理进一步改善材料的力学性能。结果所制备的复合材料无孔洞等缺陷,致密度达99%以上。通过XRD分析发现材料中存在Mg_(2)Si和脆性的MgAl_(2)O_(4),通过SEM和EDS对微观组织分析,未发现增强相与基体之间存在界面反应。室温拉伸实验表明,复合材料中随Gr含量的升高,复合材料的力学性能显著降低,当Gr体积分数为15%时,屈服强度、抗拉强度和伸长率相较于基体分别降低了13%,23%,87%;混杂增强的复合材料中,(10%SiC_(p)+5%Gr)/6092Al相较于基体抗拉强度和屈服强度分别提高了3%和8%。结论复合材料在拉伸过程中微裂纹首先在Gr-Al界面形成;当Gr体积分数≥7.5%时,Gr容易聚集,使复合材料力学性能严重降低。

摘要： 采用氟盐反应法制备TiB_(2)/Al复合材料铸锭,并以此为原料利用高压气体雾化制粉技术制备TiB_(2)/Al复合材料粉末。利用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、粒度分布仪等手段对所制备铸锭和粉末的组织及性能进行了表征。结果表明:Al熔体中TiB_(2)的溶度积远小于TiAl_(3)和AlB_(2)的溶度积,TiB_(2)自Al熔体中沉淀析出导致的体系Gibbs自由能变化量比TiAl_(3)或AlB_(2)自Al熔体中沉淀析出导致的体系Gibbs自由能变化量的值更小。TiB_(2)/Al复合材料铸锭及粉末均主要由α-Al相和TiB_(2)相组成。气体雾化制备TiB_(2)/Al复合材料粉末中TiB_(2)颗粒具有纳米尺度,且均匀弥散地分布于Al基体之中,不存在明显的偏聚现象。TiB_(2)/Al复合材料粉末的粒度主要分布在10~100μm之间,呈正态分布,粒径介于10~70μm粉末占比(质量分数)约为81.1%,粒径大于70μm粉末收得率为12.6%,粒径小于10μm粉末收得率为6.3%。

摘要： 利用静电自组装和机械搅拌法相结合的工艺制备得到碳纳米管/铝(carbon nanotubes/aluminum,CNTs/Al)复合材料粉体并压坯制成预制块。采用搅拌铸造和热轧相结合的工艺制备得到不同碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)含量的CNTs/Al复合材料。通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)等表征CNTs/Al的微观组织结构,利用拉伸实验机测试力学性能。通过拉曼光谱仪和傅里叶变换红外光谱仪(Fourier transform infrared spectrometer,FT-IR)对试样进行表征后可知,通过酸化处理成功地在CNTs表面引入了含氧官能团。拉伸试验结果表明:CNTs/Al复合材料的抗拉强度随着CNTs含量的增加先提高后降低;当CNTs质量分数增加到0.3%时抗拉强度达到最大值,为193 MPa;CNTs/Al复合材料的伸长率不断降低,但均为韧性断裂。

摘要： 随着微电子器件的精细化与集成化,轻质化、小型化、更高的热导率、与芯片半导体材料(Si、GaAs)相匹配的热膨胀系数成为电子封装材料的发展方向。铝基复合材料将金属的高导热性与陶瓷的低热膨胀性相结合,能满足多种功能特性及设计要求,具有高导热、低膨胀、高刚度、低密度、低成本、制备工艺灵活、基体合金多样化等综合优异性能,是当今电子封装领域的研究热点。本文介绍了以铝为基体的复合电子封装材料的特点,增强体包括碳纤维、Si、SiC、金刚石等,同时介绍了相应的制备方法及应用。

摘要： 随着近年来轨道交通车辆的轻量化、长寿命的要求不断提高,部分车辆制动盘的材料研究与应用逐渐由铸铁、铸钢转移到陶瓷基复合、铝基复合等材料上。为进一步研究铝合金制动盘的材料性能对设计方案的影响,通过制动盘台架试验结果对热容量分析参数进行修正,完成制动盘热容量分析精确建模,并基于热容量分析对铝合金制动盘进行热-结构耦合分析,实现铝合金制动盘结构设计方案的优化。

摘要： 石墨烯增强铝基复合材料满足轻量化用材的同时兼具良好的力学性能,是一种极具应用前景的复合材料。通过粉末混合、压坯和热还原,制备了含石墨烯的预制块,并将其作为中间体在搅拌铸造过程中加入,成功制备了石墨烯增强铝基复合材料。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线衍射仪等表征了复合材料的微观组织结构;通过力学性能测试,研究了石墨烯含量对复合材料力学性能的影响。表征结果表明,搅拌铸造法制备的石墨烯增强铝基复合材料中石墨烯结构完整,复合材料的晶粒得到明显细化。拉伸试验表明,石墨烯质量分数为0.4%的铝基复合材料的综合力学性能最佳,抗拉强度、屈服强度和维氏硬度分别较同条件下制备的纯铝提高了55%、47%和63%。断裂机制研究结果表明,随着石墨烯含量的增加,复合材料由韧性断裂转变为脆性断裂。

摘要： 铝合金及其复合材料具有比强度高、高比刚度和耐腐蚀性能优异等特点,是一类重要的轻质材料。采用激光选区熔化技术制备结构−功能一体化铝合金及其复合材料的精密复杂构件,在航空航天、交通运输、电子器件等领域具有广阔的应用前景。本文首先阐述激光选区熔化技术的基本原理、主要工艺参数及其影响规律;分析激光选区熔化铝合金及其复合材料的微观组织、宏观性能和后处理方法等,并概述其主要应用情况;最后,阐述激光选区熔化铝合金及其复合材料面临的主要问题并对其发展方向进行简单展望。

摘要： 针对高体积分数铝基复合材料浸渗成形困难等问题,开展了复合材料挤压铸造成形技术研究.研究结果表明,高温铝合金熔体在大的压力作用下与SiCp结合良好;挤压铸造成形SiCp/Al基板的尺寸符合设计要求;基板室温导热率为182.674W·m-1·K-1,热膨胀系数为8.2×10-6K-1;三点抗弯曲度为201MPa.

摘要： 采用半固态搅拌铸造法制备17SiCp/A357铝基复合材料,研究了搅拌温度、搅拌速度和搅拌时间对SiCp分布均匀性的影响并进行了优化.结果发现,与液态搅拌相比,在铝合金半固态温度区间搅拌有利于减少吸气和促进SiCp的均匀分布,但是太低的搅拌温度,会使SiCp在搅拌过程中被较大的初生相推挤到边界处,导致SiCp分布不均匀;随着搅拌速度的提高,SiCp的均匀性越来越好,同时,高的搅拌速度也有利于熔体中气体的排出;随着搅拌时间的延长,SiCp分布均匀性增加,但搅拌时间过长,SiCp分布均匀性将趋于恶化;试验条件下优化后搅拌工艺参数为:搅拌温度为610°C,搅拌速度为800r/min,搅拌时间为20min.制备的Φ240mm×330mm、质量为41kg的大规格铝基复合材料铸锭组织中SiCp分布均匀,无气孔.

摘要： 采用机械合金化工艺制备了Al0.25Cu0.75FeCoNi高熵合金(HEA)颗粒,并采用挤压铸造工艺制备了高熵合金颗粒增强铝基复合材料,研究高熵合金颗粒体积分数对复合材料显微组织及力学性能的影响.结果表明,当高熵合金颗粒体积分数为5％时,高熵合金颗粒在基体中分布均匀;随着体积分数的增加,局部出现了团聚的现象.复合材料硬度随着体积分数的增大而增加,但复合材料的抗拉强度和伸长率随着体积分数的增大而减小,其中,当高熵合金颗粒体积分数为5％时,综合性能最佳(σB:162MPa,δ:9.2％),抗拉强度相比于基体提升了12.5％.

摘要： 通过固液混合铸造制备了SiC纳米颗粒为2％增强A356复合材料,研究了超声处理对复合材料中α-Al晶粒和共晶Si起到的细化效果,以及纳米颗粒在此过程中发挥的作用.结果表明,随着超声时间的延长,α-Al的二次枝晶间距和共晶硅的尺寸明显减小.当超声时间为3min时,α-Al的二次枝晶间距为8.1,μm,较未进行超声处理的复合材料下降了49％;共晶Si的当量直径和长宽比分别是0.92μm和2.33,较未进行超声处理的复合材料分别下降了42％和32％.超声处理可以通过调控纳米SiCp的分布来影响纳米SiCp对α-Al与共晶Si相的细化效果,纳米SiCp的分散性越好,α-Al与共晶Si相的细化效果越好.

摘要： 选用束丝SiC纤维作为增强体材料,纤维预热温度分别选取500、530、550°C,采用真空压力浸渗法制备纤维体积分数为40％,基体合金为ZL301合金的单向连续SiCf/Al复合材料,研究纤维预热温度对连续SiCf/Al复合材料纤维损伤及拉伸强度的影响.结果表明,预热温度对SiC纤维损伤的影响较大,其中预热温度为500°C时的纤维拉伸强度最高,为1827MPa,约为纤维原丝强度的77.7％;纤维预热温度530°C时复合材料的平均拉伸强度为483MPa,断口呈现韧性断裂特征,复合材料的拉伸强度最高.

摘要： 选用束丝SiC纤维作为增强体材料,纤维预热温度分别选取500、530、550°C,采用真空压力浸渗法制备纤维体积分数为40％,基体合金为ZL301合金的单向连续SiCf/Al复合材料,研究纤维预热温度对连续SiCf/Al复合材料纤维损伤及拉伸强度的影响.结果表明,预热温度对SiC纤维损伤的影响较大,其中预热温度为500°C时的纤维拉伸强度最高,为1827MPa,约为纤维原丝强度的77.7％;纤维预热温度530°C时复合材料的平均拉伸强度为483MPa,断口呈现韧性断裂特征,复合材料的拉伸强度最高.

摘要： 选用束丝SiC纤维作为增强体材料,纤维预热温度分别选取500、530、550°C,采用真空压力浸渗法制备纤维体积分数为40％,基体合金为ZL301合金的单向连续SiCf/Al复合材料,研究纤维预热温度对连续SiCf/Al复合材料纤维损伤及拉伸强度的影响.结果表明,预热温度对SiC纤维损伤的影响较大,其中预热温度为500°C时的纤维拉伸强度最高,为1827MPa,约为纤维原丝强度的77.7％;纤维预热温度530°C时复合材料的平均拉伸强度为483MPa,断口呈现韧性断裂特征,复合材料的拉伸强度最高.

摘要： 选用束丝SiC纤维作为增强体材料,纤维预热温度分别选取500、530、550°C,采用真空压力浸渗法制备纤维体积分数为40％,基体合金为ZL301合金的单向连续SiCf/Al复合材料,研究纤维预热温度对连续SiCf/Al复合材料纤维损伤及拉伸强度的影响.结果表明,预热温度对SiC纤维损伤的影响较大,其中预热温度为500°C时的纤维拉伸强度最高,为1827MPa,约为纤维原丝强度的77.7％;纤维预热温度530°C时复合材料的平均拉伸强度为483MPa,断口呈现韧性断裂特征,复合材料的拉伸强度最高.

摘要： 选用束丝SiC纤维作为增强体材料,纤维预热温度分别选取500、530、550°C,采用真空压力浸渗法制备纤维体积分数为40％,基体合金为ZL301合金的单向连续SiCf/Al复合材料,研究纤维预热温度对连续SiCf/Al复合材料纤维损伤及拉伸强度的影响.结果表明,预热温度对SiC纤维损伤的影响较大,其中预热温度为500°C时的纤维拉伸强度最高,为1827MPa,约为纤维原丝强度的77.7％;纤维预热温度530°C时复合材料的平均拉伸强度为483MPa,断口呈现韧性断裂特征,复合材料的拉伸强度最高.

摘要： 选用束丝SiC纤维作为增强体材料,纤维预热温度分别选取500、530、550°C,采用真空压力浸渗法制备纤维体积分数为40％,基体合金为ZL301合金的单向连续SiCf/Al复合材料,研究纤维预热温度对连续SiCf/Al复合材料纤维损伤及拉伸强度的影响.结果表明,预热温度对SiC纤维损伤的影响较大,其中预热温度为500°C时的纤维拉伸强度最高,为1827MPa,约为纤维原丝强度的77.7％;纤维预热温度530°C时复合材料的平均拉伸强度为483MPa,断口呈现韧性断裂特征,复合材料的拉伸强度最高.

摘要： 本申请提供的铝基非晶复合材料的制备方法，将所述晶体粉末与所述铝基非晶粉末进行混合制备混合粉末或者将晶体粉末包覆于铝基非晶粉末表面制备包覆粉，将所述混合粉末或者包覆粉通过冷喷涂技术沉积到基体表面，以得到块体非晶复合材料，将所述块体铝基非晶复合材料从所述基体表面分离，并进行热处理或者热等静压处理，得到所述铝基非晶复合材料，上述制备方法通过将铝基非晶粉末与晶体粉末相混合的方式制备块体铝基非晶复合材料，由于晶体材料的硬度明显低于铝基非晶，因此在碰撞过程中晶体材料粉末的塑性变形程度明显高于非晶颗粒，从而能够有效的填充非晶颗粒之间的孔隙，降低孔隙率，得到致密的块体铝基非晶复合材料。

摘要： 本申请提供的铝基非晶复合材料的制备方法，将所述晶体粉末与所述铝基非晶粉末进行混合制备混合粉末或者将晶体粉末包覆于铝基非晶粉末表面制备包覆粉，将所述混合粉末或者包覆粉通过冷喷涂技术沉积到基体表面，以得到块体非晶复合材料，将所述块体铝基非晶复合材料从所述基体表面分离，并进行热处理或者热等静压处理，得到所述铝基非晶复合材料，上述制备方法通过将铝基非晶粉末与晶体粉末相混合的方式制备块体铝基非晶复合材料，由于晶体材料的硬度明显低于铝基非晶，因此在碰撞过程中晶体材料粉末的塑性变形程度明显高于非晶颗粒，从而能够有效的填充非晶颗粒之间的孔隙，降低孔隙率，得到致密的块体铝基非晶复合材料。

摘要： 一种利用石墨烯增强铝基复合材料废料制备团簇型铝基复合材料的方法，涉及一种制备铝基复合材料的方法。目的是解决石墨烯增强铝基复合材料存在强度‑韧性倒置、以及石墨烯增强铝基复合材料难以回收再利用的问题。方法：石墨烯增强铝基复合材料废料破碎、清洗、烘干和退火，球磨后球化，将球化复合材料粉末压制成预制体并加入铝金属液体进行压力浸渗，最后进行热挤压和热处理。本发明利用石墨烯增强铝基复合材料废料制备团簇型铝基复合材料，制备的复合材料致密度更高，塑性和韧性提高，降低了压力浸渗的工艺难度，提高了成品率。本发明适用于制备石墨烯增强铝基复合材料。

摘要： 本发明公开了基于喷墨打印技术制备石墨烯增强铝基复合材料的方法及制得的石墨烯增强铝基复合材料。该方法包括：往改性石墨烯分散液加入纯铝粉或铝合金粉，搅拌，烘干得到复合粉末；与固化剂混匀，得到砂料，喷墨打印，得到预制体；将预制体置于模具中，预加热至300‑600°C后，倒入铝液浇铸，通过压力浸渗制得石墨烯增强铝基复合材料。本发明提供的制备方法，对石墨烯进行表面改性，改善了石墨烯与铝的润湿性，减少石墨烯的团聚；采用喷墨打印技术先制备石墨烯铝基复合材料预制体，再通过压力浸渗制备石墨烯铝基复合材料，使石墨烯分散均匀，复合材料的致密度高；制备周期短，效率高，有利于产业化。

摘要： 本发明提供了一种基于3D打印的铝基复合材料的制备方法及铝基复合材料。此铝基复合材料通过3D打印制备陶瓷多孔体毛坯、陶瓷多孔体毛坯的固化与烧结以及压力浸渗制备铝基复合材料制得。首先，采用3D打印技术成形铝基复合材料用陶瓷多孔体毛坯。然后，将其在二氧化碳气氛或空气气氛中固化。继而，在空气炉中进行一体化的脱脂‑烧结处理，制得铝基复合材料用陶瓷多孔体。最后，采用压力浸渗法制备铝基复合材料。此方法可解决现有粉末冶金法工艺流程长、工序复杂、成本高和制品尺寸受限等问题。同时，避免现有搅拌铸造法中易混入气体和夹杂物，且外加陶瓷颗粒易出现偏析和“结团”等问题。3D打印技术可有效地缩短陶瓷多孔体的研发和生产周期。

摘要： 本申请涉及铝基复合材料的制备方法，该方法通过将特定比例的膨胀石墨、碳纤维、铜粉和呋喃树脂混合均匀后采用碳布包覆，模压成形，制备成坯料，再对坯料表面进行镀铜处理后与Al‑Si合金浸渗复合，浸渗过程中，一方面，环氧树脂、呋喃树脂与Al‑Si合金接触烧损产生通道，使Al‑Si合金渗入预制体内部；另一方面，铜与碳纤维界面结合良好，对碳纤维起到了保护作用，防止了碳纤维和碳布的烧损；从而达到金属与碳材料犬齿交叉的作用。同时，Cu还部分固溶在Al‑Si合金中，起到强化基体的作用；最后通过模压整形，进一步使材料致密化，从而使制备出的铝基复合材料兼具高导热、低膨胀系数和高韧性。

摘要： 本发明公开了基于喷墨打印技术制备石墨烯增强铝基复合材料的方法及制得的石墨烯增强铝基复合材料。该方法包括：往改性石墨烯分散液加入纯铝粉或铝合金粉，搅拌，烘干得到复合粉末；与固化剂混匀，得到砂料，喷墨打印，得到预制体；将预制体置于模具中，预加热至300‑600°C后，倒入铝液浇铸，通过压力浸渗制得石墨烯增强铝基复合材料。本发明提供的制备方法，对石墨烯进行表面改性，改善了石墨烯与铝的润湿性，减少石墨烯的团聚；采用喷墨打印技术先制备石墨烯铝基复合材料预制体，再通过压力浸渗制备石墨烯铝基复合材料，使石墨烯分散均匀，复合材料的致密度高；制备周期短，效率高，有利于产业化。

摘要： 本发明公开了一种用于制备具有低自然时效硬度和高人工时效强度铝基复合材料的铝合金和铝基复合材料，属于金属基复合材料和铝合金技术领域。所述铝合金的化学成分：Cu：1.5～2.5％；Mg：0.7～1.4％；Si：0.4～0.8％；Al余。向铝合金基体中添加增强相制成复合材料，该复合材料人工时效后强度高于相同增强相含量高强铝合金基(2009Al、2024Al等)复合材料。同时所述铝基复合材料在自然时效态下硬度低、塑性好，可进行冷变形加工而不开裂。该方法制备的铝基复合材料可以在自然时效态下塑性成型，人工时效后服役，从而兼具良好的加工性能及高的服役强度，适合薄壁、形状相对复杂铝基复合材料的生产应用。

摘要： 一种利用石墨烯增强铝基复合材料废料制备团簇型铝基复合材料的方法，涉及一种制备铝基复合材料的方法。目的是解决石墨烯增强铝基复合材料存在强度‑韧性倒置、以及石墨烯增强铝基复合材料难以回收再利用的问题。方法：石墨烯增强铝基复合材料废料破碎、清洗、烘干和退火，球磨后球化，将球化复合材料粉末压制成预制体并加入铝金属液体进行压力浸渗，最后进行热挤压和热处理。本发明利用石墨烯增强铝基复合材料废料制备团簇型铝基复合材料，制备的复合材料致密度更高，塑性和韧性提高，降低了压力浸渗的工艺难度，提高了成品率。本发明适用于制备石墨烯增强铝基复合材料。

摘要： 本发明提供了一种基于3D打印的铝基复合材料的制备方法及铝基复合材料。此铝基复合材料通过3D打印制备陶瓷多孔体毛坯、陶瓷多孔体毛坯的固化与烧结以及压力浸渗制备铝基复合材料制得。首先，采用3D打印技术成形铝基复合材料用陶瓷多孔体毛坯。然后，将其在二氧化碳气氛或空气气氛中固化。继而，在空气炉中进行一体化的脱脂‑烧结处理，制得铝基复合材料用陶瓷多孔体。最后，采用压力浸渗法制备铝基复合材料。此方法可解决现有粉末冶金法工艺流程长、工序复杂、成本高和制品尺寸受限等问题。同时，避免现有搅拌铸造法中易混入气体和夹杂物，且外加陶瓷颗粒易出现偏析和“结团”等问题。3D打印技术可有效地缩短陶瓷多孔体的研发和生产周期。