仿贝壳珍珠层结构叠层AlAl-2O-3复合材料制备及性能测试pptx.pptx

仿贝壳珍珠层结构叠层Al/Al_2O_3复合材料制备及性能测试贝壳珍珠层是一种天然的层状复合材料,因其具有独特的结构组成和优异的力学性能受到科学界的广泛关注,仿贝壳珍珠层材料的研究因此也成为热潮。传统复合材料的制备工艺是将各相材料的简单组合,这对材料本身的力学性能提升是有限的,贝壳珍珠层的典型的纳米级的“砖-泥”叠层结构,以及各种次微级的增韧结构,使得贝壳珍珠层结构具有人工合成材料无法比拟的结构优势。
因此,仿贝壳珍珠层结构的新型复合材料的制备成为一种新颖的制备高强度复合材料的一种方法。本文以贝壳珍珠层结构为基础,通过冷冻干燥法制备Al₂O₃多孔陶瓷基本骨架,作为仿贝壳珍珠层结构的碳酸钙片层结构,再结合有压浸渗工艺向多孔陶瓷骨架中渗入铝合金,得到仿贝壳珍珠层结构的Al合金/Al₂O₃叠层复合材料。
其中铝合金作为复合材料的基体,氧化铝多孔陶瓷为复合材料的增强相。通过对陶瓷制备工艺的控制可以制备出不同孔隙率不同叠层结构的多孔陶瓷,实验发现利用冷模板工艺制备的多孔陶瓷的结构与贝壳的珍珠层结构有极大的相似性,最后再对Al合金/Al₂O₃叠层复合材料的微观组织观察和力学性能测试,本文主要获得结果如下:（1）通过冷冻干燥法制备出氧化铝多孔陶瓷的骨架,观察出多孔陶瓷的内部是由下向上的呈阶梯变化的叠层多孔结构,温度越低其孔隙结构越密,其坯体的强度越高,通过添加甘油可抑制冰晶过度生长,使孔隙结构更加致密,通过调节浆料中氧化铝粉的比例,制备出不同孔隙率的多孔陶瓷,多孔陶瓷内部具有明显的交叉叠层结构,并且层与层之间还有桥联结构,叠层之间的宽度可以达到数十微米级,对比贝壳珍珠层中几百纳米级的文石片的叠层堆垛结构,两者结构非常相似。
（2）论文中研究了铝与氧化铝陶瓷的润湿性能,实验发现在正常条件下铝溶液与氧化铝陶瓷难以发生润湿,通过Mg、Si合金的加入可有效改善铝的润湿性能,并且在高真空的无氧环境中铝合金与氧化铝陶瓷可发生润湿,实验比较得出相比于无压渗透工艺,有压渗透工艺有短时高效结构致密等特点,并通过机械压力浸渗法将铝合金渗入氧化铝多孔陶瓷的孔隙中,成功制备出陶瓷增强铝基复合材料,复合材料的结构致密且均匀。（3）通过对Al合金/Al₂O₃叠层复合材料的微观组织观察中发现,压力渗透工艺完整的保留了氧化铝陶瓷的多孔叠层结构,金属基体层与氧化铝多孔陶瓷的片层之间有很好的结合,通过CT分析出复合材料的孔隙率以及各相成分的含量,再结合能谱分析出复合材料中金属层与陶瓷层的分布情况;对复合材料进行力学性能测试得出氧化铝多孔陶瓷的骨架对铝合金基体有很好的增韧的效果,复合材料的硬度强度值均远远高于铝合金基体的,并且在实验中,复合材料在纵向和横向的不同方向上强度值有明显的差异,这是由于多孔陶瓷的叠层骨架造成的。
分析出复合材料的增韧机制主要有复合材料层间界面粘接,层间裂纹偏转以及复合材料间的搭桥结构。