三维网络SiC多孔陶瓷增强铝基复合材料的制备.pdf

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三维网络SiC多孑L陶瓷增强铝基复合材料的制备ME眦MATERIALS张志金1，王扬卫1，于晓东1，王富耻1，李凯2，栾志强2实验近年来三维连续网络陶瓷增强金属基复合材料引起了人们的注意。三维连续网络陶瓷增强金属基复合材料，也叫作网络交叉复合材料(InterpenetratingComposites)t卜31。它是20世纪80年代发展起来的陶瓷／金属复合材料的一种结构形式，即陶瓷增强体在三维空间连续，金属基体也在三维空间连续，增强体与基体在空间呈网络结构【4】。由于网络陶瓷骨架与金属三维连续，每一相都能发挥其独特的性能。因此，三维连续网络陶瓷增强金属基复合材料具有高强度、高硬度、良好的抗磨损性能和抗热震性能，较高的热导率，较低的热膨胀系数，在航空航天、汽车、电子、机械制造等工业领域展示了广泛的应用前景【5，61。网络陶瓷／金属复合材料的制备过程主要包括网络陶瓷预制体的制备和金属基复合材料的制备两个过程。首先是制备网络陶瓷，然后对网络陶瓷和金属进行复合得到网络陶瓷／金属的复合材料。制备网络陶瓷／金属复合材料的常用方法有：挤压铸造工艺、无压渗浸工艺、真空压力渗浸工艺等【_71。其中由于挤压铸造工艺施加压力较大，生产时间短，适合大批量生产，受到人们的广泛关注[8。10】。挤压铸造工艺是通过压机将液态金属压入预制体中，并在压力下凝固，最终制得复合材料。它要求预制体具有一定的机械强度，避免在液态金属压渗过程中变形甚至垮塌。本研究以中间相沥青添加为50％(质量分数，下同)的si粉的为原料，利用自发泡工艺制备含Si的炭泡沫预制体，在高温感应烧结炉中，氩气保护下结合反应烧结工艺制备了孔隙率高，孔径大小可调，具有三维网络结构的SiC多孔陶瓷骨架；采用挤压铸造工艺，以SiC多孔陶瓷为预制体，成功的制备了SiC／AI复合材料。利用SEM和XRD对陶瓷骨架及复合材料进行了微观组织形貌观察与物相分析。重点考察了多孔陶瓷与复合材料的微观形貌以及复合材料的界面结合情况。多孔陶瓷预制体的制备取一定质量的中间相沥青与50％的Si粉混合放入铝制模具中。在高压反应釜内，高纯氮气的保护下，加压到一定压力开始反应。以5"C／min的升温速率升高到沥青软化点以上，然后以1*C／min升高到500℃制得焦化泡沫；将得到的焦化泡沫置于管式炭化炉中，在高纯氮气的保护下，以2*C／min的升温速率升到1000℃炭化，保温一段时间后自然冷却到室温得到含Si的炭泡沫。在真空感应烧结炉中，以含Si的炭泡沫为坯体，经计算加入一定量的Si粉，在氩气气氛下，按照一定的升温速率升高到1500℃并保温4h。最终得到具有三维连通结构，孔径可调的SiC多孔陶瓷。反应烧结制得SiC多孔陶瓷，在坎HF)：坎HN03)=3：l的混合溶稀有金属材料与工程(2．北京防化研究院第一研究所，北京100083)摘要：以中间相沥青添加质量分数为50％的Si粉制备的炭泡沫预制体为坯体，在高温感应烧结炉中结合反应烧结工艺制各了SiC多孔陶瓷预制体。利用挤压铸造工艺制备了SiC多孔陶瓷增强铝基复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)观察了SiC多孔陶瓷骨架及复合材料的微观形貌和界面结构，通过x射线衍射分析仪(XRD)对多孔陶瓷预制体物相组成进行了分析。利用阿基米德排水法，测试了多孔陶瓷的孔隙率和复合材料的密度。结果表明：添加Si的质量分数为50％的炭泡沫预制体反应烧结后获得的SiC多孔陶瓷具有三维连续通孔结构，孔筋致密并且具有较高的开口孔隙率。通过挤压铸造工艺制备的SiC多孔陶瓷增强铝基复合材料界面结合良好，无明显缺陷。Composites)，或C4材料(Co—Continuous1作者简介：张志金，男，1980年生，博士，北京理工大学材料科学与工程学院，北京100081，电话：[phone]，E-mail：[e-mail]第38卷2009定增刊2】2月(1．北京理工大学，北京100081)关键词：三维网络；复合材料：SiC多孔陶瓷；挤压铸造中图法分类号：TB333文献标识码：A文章编号：1002．185X(2009)$2．0499．03PhaseCeramic1．1收稿日期：2009-06-10RAREANDENGINEERINGV01．38，Suppl．2December2009
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彳c．I目：————生生—一×100％k2结果与分析液中去除残余si。1．2复合材料的制备以具有三维连通结构的SiC多孔陶瓷为骨架，利用挤压铸造工艺制备SiC／AI复合材料。基体采用2024铝合金，其质量分数(％)为：Cu：2．8～4．9，Mg：1．2～Ti：0．15，Cr：0．1，其它：0．2，余量Al。材料复合的主要工艺参数：浇铸温度800℃，增强体和模具预热温度400