SiCp/Mg非均匀纳米复合材料的微结构演化与合成机理

研究了通过一步球磨的粉末冶金工艺制备Si Cp/Mg非均匀纳米复合材料的机理。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)和电子背散射衍射(EBSD)对SiCp/Mg复合粉体的形貌演化过程、非均匀纳米复合材料的物相组成和微观结构特征进行了分析。结果表明:在球磨的过程中,附着在镁颗粒表面的纳米碳化硅粉体嵌入镁颗粒的表层形成核壳结构;复合粉体芯部不仅没有SiC颗粒,而且未受到研磨球的直接作用,使得复合粉体芯部仍然保持为尺寸较大的粗晶,将这种复合粉体进行烧结就能获得非均匀纳米复合材料;通过调节球磨时间,可以对非均匀纳米复合材料的微观结构进行调控。     

纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能

用粉末冶金法制备了纳米SiC颗粒增强纯Al基复合材料(AlMMCs),对该材料的微观结构和拉伸性能进行了研究·结果表明,纳米SiC颗粒在含量很少时即对Al有明显的强化作用,此时,纳米颗粒在基体中的分散比较均匀;当含量较高时则纳米颗粒易于团聚,团聚会使SiC颗粒对Al的强化作用降低·纳米SiC颗粒含量发生变化,SiCp/AlMMCs的断裂机制也有所改变·     

SiC/PTFE纳米复合材料定量分析方法

为对SiC/PTFE纳米复合材料微观结构进行定量分析,运用自主开发的、基于图像处理技术的纳米复合材料微观结构分析系统,用颗粒分散度计算方法,对SiC/PTFE纳米复合材料微观结构进行了计算和分析.结果表明：颗粒分散度能较好地定量表征纳米粒子在PTFE基体中分散的均匀性;随着SiC纳米粒子含量增加,颗粒分散度先增大后减小;SiC纳米粒子含量为7%时,颗粒分散度较高,复合材料中纳米粒子分散较均匀;偶联剂处理可以提高SiC纳米粒子在PTFE基体中颗粒分散度.     

石墨(碳)纤维增强镁基复合材料的界面问题

概述了石墨(碳)纤维镁基复合材料(Gr(C)/Mg)的发展情况,以典型的Gr(C)/Mg复合材料(ZM5镁合金)为例,对影响Gr(C)/Mg复合材料性能的关键因素———界面结构和性能进行了分析,指出了进一步探究增强相和镁基体的界面反应、界面状态和界面的结合过程,将是镁基复合材料的研究重点。     

纳米颗粒填充聚四氟乙烯基复合材料的分散性表征

对纳米Si3N4、AlN和SiC颗粒填充聚四氟乙烯（PTFE）基复合材料表面形貌的扫描电子显微镜(SEM)图像进行处理与分割,利用颗粒分散度方法表征分割图像中纳米颗粒的团聚程度和分散性.结果表明：在3种纳米颗粒填充PTFE基复合材料中,纳米SiC的分散性最佳,纳米AlN的分散性最差;当纳米Si3N4和SiC的质量分数为7%、纳米AlN的质量分数为5%时,PTFE基复合材料的分散性较好;经钛酸酯偶联剂处理后,可使纳米Si3N4和SiC在PTFE基复合材料中的分散性提高,但会使纳米AlN在PTFE基复合材料中的分散性下降.     

伪半固态挤压成形制备高体积分数SiCp/Al复合材料的性能

采用伪半固态挤压工艺制备SiC体积分数为40%、50%、65%的SiCp/Al复合材料,并对其微观组织和性能进行研究.结果表明:制备的高体积分数SiCp/Al复合材料中SiC颗粒分布均匀,铝合金填充在SiC缝隙中,形成致密组织.Mg和SiO2均能改善SiC颗粒与Al的界面润湿性,增加界面结合强度.所制得的φ(SiC)=65%的复合材料密度为3.11g/cm3,表面硬度为HB 108.5,抗折强度302.1 MPa,热膨胀率低于5.6×10-6/K,热导率为74 W/(m·K);SiC与Al基体界面的破坏以脱粘机制为主.     

纳米SiC对C/C复合材料石墨化与抗氧化性能的影响规律

本文制备纳米SiC基体改性的SiC-C/C复合材料,利用X射线衍射技术、高分辨率透射电镜等研究SiC对碳材料的石墨化度的影响.纳米SiC能够显著促进碳基体材料的石墨化度,同时通过高分辨率透射电镜在纳米SiC颗粒周围观测到明显的石墨化结构,并且距离SiC越近,碳基体的石墨化程度越高.通过静态氧化实验研究SiC-C/C复合材料的抗氧化性能.结果表明,随着SiC加入量的增加复合材料的抗氧化性显著提高,纳米SiC在高温下生成较为均匀的SiO2保护层,覆盖在碳材料的表面,阻碍氧气与碳材料的接触,并且SiC含量越高,形成的保护层越厚,抗氧化能力越强.     

搅拌摩擦加工制备铝基复合材料的组织和力学性能

采用搅拌摩擦加工方法制备铝基SiC复合材料,研究SiC颗粒在复合材料中的分布均匀性问题,并对复合材料的力学性能及断口形貌进行分析.结果表明:1、2、3道次加工后SiC颗粒在复合材料中出现漩涡状和带状团聚现象;经4道次搅拌摩擦加工后复合层中SiC颗粒均匀弥散分布在基体金属中,复合层组织发生明显细化;添加SiC颗粒4道次加工后复合材料显微硬度提高,抗拉强度降低.搅拌摩擦区的显微硬度平均值为68HV,为基体金属显微硬度(45HV)的1.5倍;抗拉强度降低为176MPa,为基体金属的81%;复合材料拉伸试样总体表现为韧性断裂,断裂机制包含韧性断裂以及SiC颗粒与基体结合界面的撕裂.     

6066Al/SiCP复合材料的组织特征与阻尼性能

研究了经制粉→混料→真空抽气→热挤压工艺制备的6066Al/SiCp复合材料的组织特征与阻尼性能.复合材料的阻尼特征通过动态机械热分析仪(DMTA)测量,得出了2种不同SiC含量的6066Al/SiCp复合材料及6066Al合金在温度为30～250℃,频率为0.1,1,10和30Hz时的阻尼值.利用扫描电镜、光学显微镜对复合材料组织特征进行了分析,根据组织特征及阻尼数据对复合材料的阻尼机制进行了讨论.结果表明将2～3μm的SiC颗粒加入6066Al中,当SiC含量为7%(体积分数)时,增强的SiC颗粒分布较均匀,与基体结合良好;当SiC含量为12%时,SiC易聚集成团.少量SiC能明显提高6066Al的阻尼能力,尤其是高温阻尼性能;6066Al/SiCp复合材料的高阻尼性能主要是SiC颗粒加入后使位错密度大大增加,基体晶界及基体与SiC颗粒界面的存在使材料在循环载荷下消耗能量所致.     

SiCp/ZC71镁基复合材料激光焊焊接接头的组织和性能

采用Nd∶YAG激光器对SiCp/ZC71镁基复合材料进行焊接,研究了两种不同焊接工艺条件下激光焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明:在两种焊接工艺下,SiCp/ZC71镁基复合材料都获得了较好的形貌,焊缝完全焊透;焊接接头区域SiC颗粒分布均匀,白色的镁的金属间化合物消失了,没有明显的热影响区;焊接接头的抗拉强度相对母材低,显微硬度高于母材,断裂发生在焊缝区域。     

高能球磨过程中Mg2Si的形成及其影响因素的研究

探讨了用MA法制备Al/Mg2Si复合材料过程中的一些影响因素,并通过XRD对其物相进行了分析.研究表明:球磨时间越长、越有利于Mg2Si的形成,但Mg2Si的形成需要一定的孕育期;过程控制剂可防止粉末发生冷焊现象,但加入量过多又会降低球磨效率;适当的球磨转速和球料比有利于合金化的进行,因为过大球料比会降低球磨效率.     

纳米SiCp/108Al复合材料的组织与性能

采用粉末冶金法制备了不同体积分数SiC颗粒增强的纳米SiCp/108Al复合材料。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对复合材料的微观组织及拉伸断口形貌进行了表征,测定了复合材料的相对密度、硬度、抗拉强度、屈服强度及延伸率,分析了纳米SiC颗粒体积分数对复合材料组织及性能的影响。分析结果表明:添加纳米SiC颗粒的SiCp/108Al复合材料组织明显细化,性能得到提高。当纳米SiC颗粒体积分数为2%时,复合材料组织的晶粒最细小,缺陷较少,同时纳米SiC颗粒分布均匀,复合材料的性能最佳,相对密度达到98%。复合材料的硬度达到102HV,抗拉强度达到348MPa,屈服强度达到229MPa,分别比108Al基体提高了34%、26%和43%。当纳米SiC颗粒体积分数较大时,SiC颗粒会出现明显团聚现象,导致复合材料的性能降低。     

高速冲击载荷下SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料断裂行为研究

利用自制高速冲击加载试验装置(应变率ε104s-1)研究SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料的室温断裂行为.利用配有能谱(EDX)的扫描电子显微镜(SEM)对冲击前后的SiC骨架/Zr基非晶合金复合材料作微观形貌分析,对比研究了其高速冲击载荷下(ε104s-1)与ε为102～103 s-1时断裂行为的差异.结果表明:高速冲击载荷下,三维连通网状SiC骨架/Zr基非晶复合材料中非晶相典型断口形貌为类蜂窝状花样,伴有微孔洞和微裂纹产生,各种花样尺寸均比ε为102～103 s-1时小,白亮边低矮,断口形貌随非晶相尺寸变化发生改变,SiC相以解理断裂为主,部分区域出现SiC碎化.     

球磨Mg17Al12纳米晶/非晶合金的微结构和储氢性能

采用镁粉和铝粉为原料,通过高能球磨方法制备了Mg17Al12纳米晶/非晶储氢合金,系统研究了球磨时间对合金微结构和储氢性能的影响.结果表明:球磨时间对Mg17Al12合金的微结构和储氢性能有显著影响,随着球磨时间t从10 h延长到100 h,合金发生从晶态(t≤50 h)到纳米晶态(t=70 h)再到非晶态(t=100 h)的结构转变;样品的平均颗粒尺寸随着球磨时间的增加先减小后增大;球磨时间为30、70和100 h后的Mg17Al12合金在350℃时的最大储氢量(氢的质量分数)分别为4.03%、4.27%和4.18%,而相同条件下铸态Mg17Al12合金的最大储氢量只有2.85%;球磨时间为70 h的Mg17Al12纳米晶合金在200、280和320℃的储氢量分别为1.07%、3.02%和4.07%;球磨时间为100 h的Mg17Al12非晶合金在200℃时30 min内的吸氢量(氢的质量分数)可达到2.84%,分别为相同条件下纳米晶合金和铸态合金的2.7倍和5.1倍.     

表面改性SiC纳米颗粒在电镀溶液中的分散研究

以十二烷基硫酸钠(SDS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为分散剂,制备了SiC纳米颗粒的悬浮液.通过沉降试验和离心分离试验对表面改性后的SiC纳米颗粒悬浮体系的稳定性进行了比较分析,结果表明,当SDS和CTAB在悬浮体系中的含量分别为0.01 g/L,0.10 g/L时,SiC纳米颗粒能够均匀悬浮,稳定分散.TEM观察悬浮体系的分散形貌表明,酸性条件下SiC纳米颗粒表面吸附的分散剂用量接近或达到饱和吸附量时,可以得到稳定性好的悬浮体系.     

SiC_W—ZTA陶瓷基复合材料增韧、增强机理的分析

采用国产SiC晶须(SiC_W)制备SiC_W-ZTA陶瓷基复合材料,研究了SiC晶须含量对复合材料的抗弯强度及断裂韧性的影响;并分析了晶须增韧和ZrO_2相变增韧两种机制协同作用的条件。     

机械合金化La8 Mg52 Ni40合金的相组成研究

采用机械合金化及热处理等方法制备了La8Mg52Ni40新型合金,并用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、差热分析(DTA)等方法研究了其组织结构及热稳定性能等.研究结果表明:La8Mg52Ni40合金经280 r/min球磨250 h后,获得了镧、镁、镍等非晶相和MgNi2纳米晶结构;所得粉末的形状为规则的球形或近球形,颗粒直径范围约为0.05～12.5 μm,其中,粒径为0.5～2 μm的颗粒数约占颗粒总数的97%.球磨样品经763 K保温35 d热处理后,得到了具有纳米尺度的Mg2NiLa,Mg2Ni,MgNi2三相合金,样品具有较好的热稳定性能.图4,表2,参12.     

球磨工艺对SiC和Al复合粉质量的影响

采用高能球磨技术制备了SiC和Al复合粉,利用扫描电镜对复合粉进行观察和分析.研究了球磨转速、球磨时间、碳化硅粒度以及SiC与Al质量比对复合粉粒度、均匀性和致密性的影响.结果表明,随着球磨时间的延长或转速的升高,颗粒的细化程度和均匀性都明显增加;采用双粒度的碳化硅颗粒与铝粉混合时,复合粉的致密性和均匀性提高更大.     

细观参数对纤维增强金属基复合材料宏细观力学性能的影响

B纤维、SiC纤维增强Al基及Mg基复合材料的微观参数对宏观性能具有重要影响.基于细观力学理论,利用代表性体积元(RVE)建立极坐标复合材料宏细观弹塑性本构模型,采用有限元法研究了Al基和Mg基复合材料的基体材料、纤维种类、纤维体积分数对复合材料整体力学性能的影响.研究结果表明:基体材料遵循自身弹塑性变化规律并引起复合材料整体的弹塑性变形,纤维保持其线弹性性能,在拉伸过程起主要承载作用;基体材料及纤维体积分数对复合材料力学性能的影响效应更强;利用宏细观本构模型计算获得的复合材料应力值与试验值接近,误差不超过2.5%.     

ZnO共掺杂Al、Fe纳米磁性复合材料的合成及磁性能研究

应用球磨方法制备出纳米氧化锌共掺杂Al及Fe的复合材料,对纳米复合材料的磁性能进行研究,通过振动样品磁强计分析得出纳米ZnO掺Al球磨样品具有室温铁磁性,800℃高温热处理使样品趋于顺磁性.