碳纤维增强铝基复合材料的界面微结构研究

界面在金属基复合材料中起着极为重要的作用.在碳纤维增强铝基复合材料中纤维及其表面涂层与基体的相互作用(特别在高温时),一方面能提供纤维与基体之间的粘接,而有效地传递载荷;另一方面,过度的反应将改变碳/铝复合材料的破坏模式而严重影响性能.界面反应产物的多少及形状与纤维的种类、基体的成分、工艺方法及热处理温度等有关.一些研究     

硅酸铝短纤维增强铝硅合金复合材料的强度特性与界面结构

用挤压铸造法制备硅酸铝短纤维（Ａｌ２Ｏ３·ＳｉＯ２）增强铝硅（ＡｌＳｉ）合金复合材料,测试了复合材料的室温及高温强度,并利用透射电镜观察了Ａｌ２Ｏ３·ＳｉＯ２纤维与ＡｌＳｉ合金基体界面．结果表明：３％～１０％的硅酸铝短纤维的加入使复合材料的室温及高温强度大大提高,在硅酸铝纤维与基体界面上存在两种反应物：一种物质是ＭｇＡｌ２Ｏ４,另一种物质含有Ｓｉ和Ｐ,且二者原子之比为３∶４,呈正交结构,点阵常数为ａ＝０．７１４ｎｍ,ｂ＝１．４２８ｎｍ,ｃ＝２．４０９ｎｍ．     

石墨纤维增强铝基复合材料的界面结合

金属基复合材料中存在着各种类型的界面结合。文中以电子能量损失谱的广延精细结构分析法，研究了石墨纤维和铝基体间的物理结合；以电子能量损失谱的化学成分定量分析法证明了石墨纤维和铝基体间由于碳原子的扩散而形成的扩散结合。同时还利用透射电子显微镜的形貌观测、电子衍射分析和高分辨电子显微术研究了界面反应产物的形貌和分布，并探讨了复合工艺参数对界面结合的影响机理。     

SiCp/Al复合材料界面反应研究现状

界面反应研究是碳化硅颗粒增强的铝基复合材料研发中的重要研究方向.各国研究者分别从界面反应规律、影响因素、控制途径等方面展开研究.界面反应规律方面研究了Al合金液与SiC颗粒可能存在的界面化学反应、界面反应过程和界面反应模型、界面上的相等;界面反应影响因素方面研究了界面反应与制备工艺过程、参数的关系;界面反应有效控制途径方面研究了、基体合金化、SiC颗粒表面处理、工艺选择与工艺参数控制等.今后的界面反应研究方向为:界面精细结构的研究;界面反应的化学热力学及动力学研究等.     

铁铝化合物/碳化钛复合材料的界面电子结构

金属间化合物高温性能优异,并可通过裂纹桥连作用改善韧性,它与陶瓷形成的复合材料具有优异的力学性能.文中利用固体与分子经验电子理论,研究了B2结构FeAl金属间化合物与Bl结构TiC陶瓷两相的界面电子结构.经价电子结构计算得到,B2结构FeAl相有26种原子组态,B1结构TiC相有20种原子组态.采用晶面共价电子密度模型,计算了各种原子组态下FeAl相(100),(110)和(200)晶面,以及TiC相(100),(110)和(111)晶面的共价电子密度.结果表明,FeAl的(100),(200)晶面与TiC的三个晶面上的电子密度值差别均较大,而FeAl的(110)晶面与TiC的(100)晶面上电子密度在一级近似范围内是连续的.采用适当的制备工艺使复合材料中存在更多的(110)FeAl∥(100)TiC界面,有可能使这种复合材料具有更为优异的力学性能.     

ARB工艺下Al/Zn多层复合材料界面变化的研究

累积复合轧制（Accumulative Roll-Bonding,ARB）工艺作为一种大塑性变形工艺,近期在制备金属基多层复合材料方面受到关注.通过ARB工艺制备Al/Zn多层复合材料,重点观察Al/Zn多层复合材料界面间的变化规律.在扫描电子显微镜（SEM）下,可以明显地观察到在Al/Zn界面处扩散层的存在,说明在ARB工艺状态下,不同层之间存在扩散作用,但是X射线衍射（XRD）结果无法分辨材料内部结构.通过透射电子显微镜（TEM）观察第3周期ARB态Al/Zn多层复合材料截面,可以看到,在Al/Zn多层复合材料层间,存在4种形貌的组织,参考Al-Zn合金的时效析出过程可知,在ARB工艺过程中,Al过固溶体存在连续脱溶和非连续脱溶两种路径,其脱溶路径的不同主要与扩散到Al基体中的Zn浓度有关.     

扩散焊接条件下复合材料接合区界面行为研究

对复合材料SiCw-6061A1扩散焊接接合区基体-基体、弱吉相-基本、弱强相-增强相三种界面行为进行了探索性的研究,分析了接头微观组织及其力学性能。研究表明,在试验范围内,当焊接温度低于复合材料固相线温度时,基体-基体界面可以实现良好结合,而增强相-基体-增强相-增强相界面难以实现结合。发现在铝基复合材料SiCw-6061Al液、固两相温度区间存在一个“临界温度”,当焊接温度达到该温度时,接合区出现一定数量的液态基体金属,不仅基体-基体、增强相-基体界面可以实现较好结合,而且增强相-增强相界面将转化为增强相-基体-增强相界面,焊接接头强度达到母材强度;在此基础上首次提出“非夹层液相扩散焊接”新工艺,成功实现复合材料SiCw-6061Al扩散连接。     

不锈钢/ZA43复合材料界面结构的研究

对常压浸渗法制备的不锈钢纤维增强的ZA43复合材料的界面结构进行了研究,结果表明,纤维与基体之间存在明显的界面层,此界面层由界面反应层和扩散偏聚层等多层构成,界面的形成过程主要是铁_铝金属间化合物的形成过程.同时,由于铝元素向纤维表面的偏聚和对纤维的腐蚀,导致了其它合金元素在界面处成分的不平衡分布.     

树枝状非连续界面相对碳／铝复合材料力学性能的影响

以弹塑性力学理论,断裂力学理论及非线性有限元理论为基础,根据材料实验和观察的现象及数据,采用有限元分析方法,建立了树枝状非连续界面相有限元计算模型,分析碳／铝复合材料界面反应产物对复合材料力学性能的影响,阐述了非连续界面影响材料强度的机理,并将该界面细观的不连续结构和复合材料宏观的力学性能联系起来。     

硅对钢/铝轧制复合界面化合物抑制效应的研究

对钢铝复合材料高温时的界面化合物进行了系统研究并找到一定的方法抑制界面化合物的生成。要获得高品质的复合带材,就必须在高温时能抑制界面化合物的生成,提高钢铝结合强度和加工性能。通过对复合前的铝材料熔入不同含量的Si元素,经过与低碳钢的冷轧工艺复合,研究硅对于复合界面化合物的抑制作用。对不同Si含量的铝板复合后的样品进行分组比较,使用金相显微镜和扫描电镜进行了组织分析,发现钢/铝复合材料界面产生的化合物属于Fe-Al化合物,以Fe2Al5居多。通过热力学计算分析界面的自由能,发现Fe-Si化合物比Fe-Al化合物在退火过程中更容易生成,并且以大量实验结果表明微量元素Si的加入能显著抑制钢/铝界面Fe-Al化合物的生成,抑制效果随着硅含量的增加而越发明显。     

铁基／SiC颗粒复合材料界面的稳定性

分析了铸造合金颗粒复合材料中的增强相（ＳｉＣ颗粒）与基体（铸铁）界面结合的形态及影响因素，界面结合机制和稳定性，提出了改善界面结合状态的方法。在实验室条件下，采用离心铸造工艺制取铁基／ＳｉＣ颗料复合材料，通过金相分析和电子探针等测试手段，研究了经不同的主温处理后铁基／ＳｉＣ颗粒复合材料界面变化规律。     

颗粒增强铝基复合材料弹性模量的影响因素

以SiCp／6066A1复合材料为例,计算和分析了界面性能参数（界面／基体模量比、界面泊松比和界面体积含量）及细观结构参数（颗粒形状、排列方式和尺寸变化方式）对颗粒增强铝基复合材料弹性模量的影响．结果表明：组分性能与界面性能对复合材料的弹性模量影响显著,细观结构的影响不明显,在工程应用中可以忽略细观结构的影响．在保证复合材料延伸率的前提下,最有效增加复合材料弹性模量的途径是改善复合材料的界面结合情况．当界面模量为基体模量的20％～30％时即可获得满意的增强效果．     

原位内生颗粒增强铝基复合材料研究进展

综述了原位内生颗粒增强铝基复合材料的研究现状,从增强相选择材料制备技术、界面表征、机械性能、反应机理等各个领域,详尽阐述了原位内生颗粒增强铝基复合材料的特点,并指出今后研究方向.     

石墨烯增强铝基复合材料研究进展

铝基复合材料作为金属基复合材料中最重要的材料之一,在工业生产以及日常生活中有着非常广泛的应用。石墨烯由于其高导热性、高阻尼性、高弹性模量、高强度以及良好的自润滑性成为复合材料中重要的增强体。将石墨烯用作增强体增强铝基复合材料有着非常大的应用潜力。归纳了石墨烯增强铝基复合材料的研究进展;总结了影响其性能的主要因素即增强体材料种类,石墨烯在铝基体中的均匀分散性以及铝基体与石墨烯之间的界面情况;介绍了石墨烯增强铝基复合材料的两种制备方法;分析了石墨烯增强铝基复合材料的增强机制;并展望了其发展前景,以期为制备高性能石墨烯增强铝基复合材料提供参考。     

TC1+1060+6061钛/铝爆炸复合板界面特征分析

采用爆炸焊接工艺对TC1钛板及6061铝板进行爆炸复合,在TC1钛板与6061铝板之间放置1060铝板作为过渡层。对制备的钛/铝复合板进行金相试验（OM试验）、扫描电镜试验（SEM试验）、能谱分析试验（EDS试验）、X射线衍射试验（XRD试验）等界面表征试验和显微硬度测试,探究钛/铝爆炸复合板结合界面的微观特征及硬度分布。研究表明：沿着爆炸复合方向,钛/铝爆炸复合板结合质量良好,钛/铝爆炸复合板结合界面以直线结合为主,在部分区域存在波形,部分波形界面附近存在“全岛”组织;结合界面出现元素扩散现象,具有扩散焊的特征,未出现金属间化合物;由于金属塑性变形的影响,结合界面的硬度值增高,产生变形强化的现象。通过分析钛/铝爆炸复合板结合界面的微观特征及形成的机理,钛/铝爆炸复合板结合界面具有压力焊、熔化焊、扩散焊的特征。     

铝热法合成NiAl／Al2O3复合材料

以铝粉和NiO粉为原料,采用铝热法合成了NiAl/Al2O3复合材料.通过X射线衍射分析仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM)并结合差示扫描量热仪(DSC)对其相组成、微结构和反应过程进行了分析.实验结果表明:850℃Al/NiO体系铝热反应被点燃,并自蔓延发生于整个反应系统;950℃保温40min,Al/NiO体系铝热反应生成相互交织网状结构的NiAl/Al2O3复合材料.     

铬中间层厚度对铜/金刚石界面热导的影响

Cu/diamond复合材料由于具有较高的热导率和可调控的热膨胀系数,已成为电子封装热管理材料的研究热点。但是,通常情况下Cu与diamond之间的润湿性较差,且二者之间不发生化学反应,因此无法形成较强的界面结合,使得金刚石的导热潜能不能充分发挥。界面热导（h）对于Cu/diamond复合材料获得高导热性能起着决定性作用。通过金刚石表面金属化或金属基体合金化的方法加入碳化物形成元素,可以改善Cu与diamond的界面结合,同时有效调节Cu与diamond的声学性能失配,提高Cu/diamond复合材料的导热性能。本文采用磁控溅射法制备具有不同纳米厚度（5~150 nm）Cr中间层的Cu/Cr/diamond样品,利用时域热反射技术实验测量Cu与diamond的h值,分析Cr中间层厚度对Cu与diamond的h值的影响。研究结果表明,在Cu和diamond之间加入Cr中间层,能够解决Cu与diamond不润湿的问题,改善界面两侧材料的声学性能失配,从而有效提高Cu与diamond的h值。当添加5~150 nm厚度的Cr中间层时,Cu与diamond的h值比未添加Cr中间层时提高11%~374 %;当Cr中间层厚度为5 nm时,Cu与diamond的h最大值为270 MW?m?2?K?1。当Cr中间层厚度逐渐减小时,Cr层内的热载流子由电子主导向声子主导转变,利用Cr中间层的声子热传导途径,可以有效提升金属Cu与非金属金刚石之间的热传导效率。将Cr中间层厚度减小到21 nm以内,可以显著提高Cu与diamond之间的h值。本研究提供了一种调控金属/非金属异质界面热导的方法,并为Cu/diamond复合材料的界面设计提供理论参考。     

SiC颗粒增强铝基复合材料断裂韧性的研究进展

介绍了SiC颗粒增强铝基复合材料断裂韧性的研究现状,着重分析了基体合金成分、SiC颗粒体积分数、颗粒粒度形貌、界面性质以及热处理工艺对复合材料断裂韧性的影响,并对SiC复合材料的研究进行了探讨和展望。