碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的性能研究.pdf

1、本文以精密光機儀器和電子封裝為應用背景，采用無壓滲透法制備SiCp/Al 復合材料。以熱膨脹系數(shù)、熱循環(huán)殘余應變、微屈服強度為尺寸穩(wěn)定性指標，以硬度及抗彎強度為力學性能參數(shù)，利用掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、X 射線（XRD）、熱膨脹分析儀、熱機械分析儀、拉伸機、布氏硬度和三點彎曲試驗等手段對復合材料的微觀組織及形成機制進行了研究，測試了復合材料的尺寸穩(wěn)定性、熱應力及力學性能，分析了相關的影響因素。 透射組織觀察顯示，

2、無壓滲透法制備的復合材料SiC－Al 界面干凈，未出現(xiàn)明顯界面反應產(chǎn)物，復合材料基體中存在高密度位錯，復合材料的增強相SiC 顆粒內(nèi)存在明顯的層錯。 熱應力測試及分析表明, SiCp/Al 復合材料比基體材料存在較大的熱殘余應力。在復合材料中，基體中存在拉應力，顆粒中存在壓應力。冷熱循環(huán)預處理的復合材料及增強顆粒較大的復合材料具有較低的熱殘余應力。 在復合材料中存在的熱應力分布中，顆粒尖角處的應力最大。 復合材料

3、熱膨脹和熱循環(huán)行為的研究表明，復合材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）明顯低于基體鋁合金，其在溫度單程變化時的尺寸穩(wěn)定性顯著提高。當SiC 顆粒體積分數(shù)較高，或顆粒粒徑較大，復合材料的CTE 就更?。活A處理對復合材料CTE 也有一定的影響，固溶＋冷熱循環(huán)預處理和固溶時效預處理復合材料CTE 低，退火預處理復合材料CTE 稍高。復合材料熱循環(huán)后會產(chǎn)生一定量的殘余應變，這是由于在熱循環(huán)過程中復合材料鋁基體中產(chǎn)生微塑性變形而引起的。熱循環(huán)后的殘余應變隨

4、熱循環(huán)次數(shù)的增加而減小，尺寸趨于穩(wěn)定；復合材料中顆粒粒徑較大及基體較硬，則復合材料熱循環(huán)尺寸穩(wěn)定性高；退火預處理的殘余應變最大，固溶時效預處理其次，固溶＋冷熱循環(huán)預處理最小。 微屈服性能研究表明，SiCp/Al 復合材料在未達工程屈服強度的應力下就會產(chǎn)生微塑性變形，復合材料中的熱殘余應力，基體金屬位錯組態(tài)和可動位錯數(shù)量，位錯運動障礙，對復合材料的微屈服性能有顯著影響。熱殘余應力使微應變易于產(chǎn)生，導致微屈服強度降低。合適的預處理能

5、有效地降低熱殘余應力，減少可動位錯，析出的強化相阻礙位錯運動，使微屈服強度提高。復合材料的微屈服強度比未增強的鋁基體微屈服強度高。固溶時效預處理的微屈服強度最高，固溶＋冷熱循環(huán)預處理的次之，退火預處理的最低。 在SiCp/Al 復合材料中，隨著SiC 顆粒粒徑的減小，抗彎強度升高；固溶時效預處理的復合材料比退火預處理的復合材料抗彎強度高，而固溶＋冷熱循環(huán)預處理的復合材料抗彎強度則居于前兩種預處理的復合材料抗彎強度之間。SiCp/