SiC／Al复合材料界面反应的热力学分析

化 学反 应 方 程 式
３ ｉ（） Ａ （）：Ａ Ｃ （） Ｓ（） ＳＣ Ｓ ＋４ ｌ１ ｈ ３Ｓ ＋３ ｉｓ ３ｉ Ｓ ＋４ ｌ１ ＝２ １ ３Ｓ ＋３ ｉｓ Ｓ （） Ａ （） Ａ２ （） Ｓ（） Ｏ Ｏ ＳＯ （） Ｍｇ１ ＝２ ｓ ｓ ＋Ｓ（） ｉ ２ｓ ＋２ （） Ｍ ｏ（） ｉｓ ２ ｉ２ｓ ＋Ｍｇ１ ＋２ ｌ１ ＝Ｍｇ ｈ ｄｓ ＋２ ｉｓ Ｓ０ （） （） Ａ （） Ａ Ｏ ） Ｓ（） Ｍｇ ｓ ＋Ａ Ｏ （） ｏ（） ｈ ３ｓ ＝Ｍｇ ｂ ４ｓ Ａ ０ （） ３ ｇ １ ＋４ １ ３ｓ ＝３ ： ｂ ４ｓ ＋２ ｌ１ Ｍ （） Ａ２ （） Ｍｇ ０ （） Ａ （） ０ Ａ
于不同的 ＳＣ ｉ 预处理工艺、 不同型号的铝合金基体、
不 同的制 备工 艺均对 应着 不 同的界面反 应 ，且界 面 反应对两 相之 间的浸 润性有 很大 的影 响 引 ． 本 文通过 分析 复合材 料界 面可能 发生反 应 的热 力学 条 件及 生 成物 Ａ Ｃ 和 Ｍｇ １ 热力 学 稳定 ｈ， Ａ 的 ０
相 关 ， 两材料本 身 的结构 、 态及物 理 、 学等性 与 形 化 质密切相 关 】 ．在 ＳＣ Ａ 复合 材料 制备 过程 中 ， ｉ／ １ 由
２ ｏ （） Ａ （）＋ ＳＯ （） Ｍ Ａ２４ｓ ＋３ｉｓ Ｍｓ ｓ ＋４ ｌ１ ３ ｉ２ｓ ＝２ ｇ １ （） Ｓ（） ０ ３ （） ｈ ３ｓ ＝３ ｏ （）＋２ （） Ｍｇ１ ＋Ａ Ｏ （） Ｍｓ ｓ Ａｌ１
１ 界面反应 的热力学分析
１ １ 界面 可能发 生 的化学反 应 ．
函数关 系式 ， 即
过程中， 可能存 在 的反应如表 １ 示 【 ＂． 所 ２ 】 ．
表 １ ＳＣ ／ 复 合 材 料 制备 中可 能 的化 学反 应 ｉ，
Ｔａ ｂ．Ｉ ｐ ｓｂ ｅ ｃ ｍ ｉａ ｒ ａ ｔｏ ｉ ｈｅ ｏｓ ｉｌ ｈｅ ｃ ｌ ｅ ｃ ｉｎｓ ｎ ｔ ｐ ｅ ｒ ｔｏｎ ｏ Ｃ ／ＡＩ ｏ ｐｏ ｉｅ ｒ ｐａ ａ ｉ ｓ ｆ Ｓｉ ｃ ｍ ｓｔｓ
ＳＣ Ａ 复合 材料具 有较 高 的比强度 、比刚度 、 ｉ／ １ 弹性模量 、 耐磨性 和低 的热膨 胀系 数等性 能 ， 制造 且
成本低 ， 在航空航天、 军事领域及汽车、 电子仪表等 行 业 中显 示 出巨大 的应 用潜 力 ． 而 ，在 制备 过程 然
中 ，由于 Ａ 基 体 与 ＳＣ颗 粒 增 强体 之 间 的高温 接 ｌ ｉ
基于 Ｇｂｓ ｅ ｈ ｌ ｉｂ． ｌ ｏｚ方程式和化 学反应的热力学平衡条件 ，应用基本热 力学数据 ，计算了反应标准 Ｇｂ ｓ自由 Ｈ ｍ ｔ ｉｂ
能随 温度 的 变化 值 ． 据 化 学平 衡 理 论 ，进 一 步 分 析 了在界 面上 生成 的 Ａ Ｃ 和 Ｍｇ ｌ ． 热 力 学稳 定性 ．结 根 ｈ， Ａ 的 ０
果表 明： ３界 面上硅 活度 大于某一 临界￣Ａ￣时 ， 面上不 能生成稳 定的 Ａ． ，且Ａ － ＂ ｔｉ 界 １ ， 璺随温度 的升高而下 降， Ｃ 在
１ ｏ ｏＫ时有一个跳跃 ； 璺 面上生成 Ｍ Ａｚ４ ｏ Ａ界 ｇ ｌ 的反应过程 以及生成物 的比例 ， ０ 受界 面 Ｍｇ Ａ 活度的影响较大， 、 ｌ
触 ，可能发生多种界面反应 ． 其反应影响着复合材
料 的微观 结构 和结合状 态 ，最终会 对复合 材料 的宏
观物理性能产生较大影响 …． 随着对复合材料界面 研究 的不 断深入 ，发 现复合 界面效 应 与基体及 增强 体两材料 之 间的润湿 、 附 、 吸 相容 等热力 学 问题 密切
ＳＣ Ｓ Ｓ（） （） ｉ（）＝ ｉｓ ＋Ｃ Ｓ Ａ Ｃ （） Ａ （） Ｃ Ｓ ｈ ３Ｓ ＝４ ｌ１ ＋３ （） ２ （）＋ ｉｓ Ｍｇ１ Ｓ（）＝Ｍ ２ｉｓ ｇＳ（） ＳＣ（）＋ Ａ （） ０ ＝Ｓ（） ｈ ￣ ｓ ｉ Ｓ ４ ｌ１ ＋２ ２ ｉＳ ＋Ａ ＯＣ（） Ａ Ｃ （） ８ ０（ ） ４ ＩＯ ３ｓ ＋３ Ｏ （） ２ ２ｇ ｈ ３ｓ ＋１Ｈ２ ｇ ＝ Ａ （ Ｈ）（） Ｃ ２ｇ ＋１Ｈ （）
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第６ 第 １ 卷 期
２０ ０ ７年 ３月
宁 夏 工 程 技 术
Ｎｉ ｇ ｉ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｎ ｘａ ｇｎ ｅ ｉ ｇ ｃ ｎ ｌｇ
Ｖ０ ． Ｎ ． １６ ｏ １
Ｍａ ． ２ ７ ｒ ００
文 章 编 号 ：６ １ ２４ ２０ ） １ ０ ７ ０ １７ —７４ （０ ７ ０ — ０ ６— ４
ＳＣ Ａ 复合材料界面反应的热力学分析 ｉ／ Ｉ
房 国丽 ， 李
摘
进 １， 杨智春 ， ２
７０７ ） １０ ２
（．宁夏大学 物理 电气信息学院， １ 宁夏 ￣ Ｊ ７０ ２ ；２ －１ ５ ０ １ ．西北工业大学 航空学院， Ｉ 陕西 西安
要： 为有效控制 ＳＣ Ａ 复合材料制备过程 中的界 面反应 ， ｉ／ １ 分析 了ＳＣ Ａ 复合材料 可能发生的界 面反应 ， ｉ／ １ 并
反应过程中， 恒压热容的计算公式为ｎ 】
△ Ｃ ＝ Ａ 口＋ Ａ ｂ× １ ０—３ ＋ Ａ ｃ×１ 一 ０ Ｔ ＋
性， 进一步分析了界面反应过程 ， 推断切合实际可能 的界面反 应模 型 ．
Ａ ｄ×１ — ． ０６
（） １
对 式 （） １ 进行 积分 ， 到反应 过程 中 △ 对温 度 的 得
存 在 临界 Ａ ｜ ２和Ａ ＭＡ ０， 值 ， 这 些值 随 温 度 的升 高 而升 高 ． 且 关 键 词 ：ＳＣ Ａ 复合 材 料 ；界 面反５ ． 文 献 标 志码 ： Ｔ ００４ Ａ
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