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高压扭转法制备SiCp/Al基复合材料增强颗粒分布及性能研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 复合材料概论

1.2 SiCp/Al基复合材料的国内外研究现状及应用

1.3 传统制备方法

1.3.1 粉末冶金法

1.3.2 搅拌熔铸法

1.3.3 压力铸造法

1.3.4 喷射沉积法

1.3.5 无压渗透法

1.4 高压扭转法

1.4.1 大塑性变形技术简介

1.4.2 高压扭转工艺定义及基本原理

1.4.3 高压扭转的重要工艺参数

1.5 选题的意义及研究内容

1.5.1 课题来源

1.5.2 选题意义

1.5.3 研究内容

第二章 高压扭转实验方案制定及测试方法介绍

2.1 实验选材

2.2 粉末预处理

2.3 高压扭转实验参数分析

2.4 高压扭转实验方案制定

2.5 高压扭转实验过程及分析测试实验说明

2.6 本章小结

第三章 高压扭转工艺参数对SiC颗粒运动分布影响研究

3.1 高压扭转工艺参数对SiC颗粒运动分布的影响

3.1.1 不同扭转半径处试样的显微组织

3.1.2 不同温度下试样的显微组织

3.1.3 不同压力条件下试样的显微组织

3.1.4 不同扭转圈数条件下试样的显微组织

3.1.5 不同体积分数对试样的显微组织影响

3.1.6 不同SiC粒径对显微组织影响

3.2 本章小结

第四章 高压扭转法制备SiCp/Al基复合材料性能研究

4.1 工艺参数对SiCp/Al基复合材料相对致密度的影响

4.1.1 变形温度对试样相对致密度的影响

4.1.2 压力对试样相对致密度的影响

4.1.3 扭转圈数对试样相对致密度的影响

4.1.4 SiC含量对试样相对致密度的影响

4.1.5 SiC粒径对试样相对致密度的影响

4.2 工艺参数对SiCp/Al基复合材料显微硬度的影响

4.2.1 变形温度对显微硬度的影响

4.2.2 压力对显微硬度的影响

4.2.3 扭转圈数对显微硬度的影响

4.2.4 SiC含量对显微硬度的影响

4.2.5 SiC颗粒粒径对显微硬度的影响

4.3 工艺参数对SiCp/Al基复合材料拉伸性能及断口的影响

4.3.1 扭转圈数的影响

4.3.2 SiC颗粒含量的影响

4.3.3 SiC颗粒粒径的影响

4.4 工艺参数对SiCp/Al基复合材料界面扩散性能的影响的影响

4.4.1 扭转半径的影响

4.4.2 温度的影响

4.4.3 扭转圈数的影响

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

SiCp/Al基复合材料兼具轻质、高强度、高模量、尺寸稳定性好、导热导电性能优异、耐磨损以及耐腐蚀等优点,对于材料科技迅猛发展的今天,其在航空航天、特种装备、电子封装以及新能源汽车技术等尖端领域有着广泛的应用。
  目前,针对该材料的传统制备方法即使结合了后续的改良工艺(如轧制,锻造和往复挤压等)对改善颗粒分布以及降低界面有害反应增强界面结合能力效果不佳。本文以SiCp/Al复合材料为研究对象,利用高压扭转大塑性变形工艺成功制备出组织均匀、性能优异的复合材料,利用金相显微观察、密度硬度测试、拉伸实验及断口SEM扫描和界面EDS能谱等分析测试方法,深入分析了不同高压扭转工艺参数(温度、压力、扭转圈数、SiC颗粒含量及SiC颗粒粒径)对增强颗粒分布及复合材料性能的影响规律。研究结果表明:
  随着试样所受到的剪切变形量的增大(即扭转半径和圈数的增大),SiC分布逐渐改善,复合材料组织均匀性、相对致密度,硬度、抗拉强度、延伸率及界面扩散层厚度均提高。然而过大的剪切变形量导致SiC颗粒破碎严重,反而抑制了材料各方面的提高。在增大剪切变形量的同时提高实验温度,复合材料的致密度、硬度、组织均匀性和界面扩散层厚度均提高。当温度过高时颗粒间变形流动协调性变差,反而阻碍了复合材料性能的提高。增大压力有利于提高材料硬度、致密度和组织均匀性。然而过大压力会导致SiC颗粒出现“二次团聚”,提高了孔隙率降低了复合材料的相关性能。增大SiC颗粒含量有利于材料硬度的增加,然而会降低材料组织均匀性和相对致密度。以此同时材料的抗拉强度先增大后减小,而延伸率逐渐降低。增大SiC颗粒粒径,复合材料的组织均匀性、显微硬度、相对致密度、抗拉强度以及延伸率均先增大后减小。断口的SEM形貌分析显示,增大扭转圈数,复合材料呈韧性断裂趋势增加;增加SiC颗粒含量,复合材料呈脆性转变;增大SiC颗粒粒径,复合材料断裂呈现韧性断裂与脆性断裂的混合模式。

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