AlSiC高刚度轻体材料制备和表征

Al/SiC高刚度轻体材料制备和表征
Al/SiC高刚度轻体材料由于具有低密、高强度及高热导率得到了广泛的应用。

目前对于高刚度超轻体Al/SiC复合材料研究较少,本文通过改变Al/SiC复合材料的制备方法成功制备出超高体积分数Al/SiC复合材料,其致密度、抗压强度和弹性模量均得到提高。

本文利用硅藻土和C粉为原料,采用碳热还原法成功制备出高纯度的SiC粉体,并对配碳量比、催化剂含量、不同温度、不同保温时间的因素进行了分析。

其中温度和保温时间对SiC的生成率影响较大,温度越高、保温时间越长SiC的生成率越高；配碳量比对SiC的生成率也有一定影响,配碳量比越大,生成率越高。

当配碳量比超过1：5时,SiC的生成率几乎不变；原料中加入Fe203能加快反应的进行,但加入的Fe2O3的含量超过3%时,便会降低SiC的生成率。

通过正
交实验预测的最佳工艺为温度为1500℃、保温时间为5h、配碳量比为1：6、催化剂含量为3%,在该工艺条件制备的SiC粉体纯度为92.85%。

之后采用热压法和放电等离子烧结法制备高体积分数的Al/SiC合金复合材料,制备出增强体SiC颗粒体积分数为70%Al/SiC复合材料。

本文通过对Al/SiC 合金复合材料的组织观察和力学性能分析,主要得到以下结论：颗粒配比可以提高SiC粉末的相对密度并增加了Al/SiC复合材料的相对密度。

粉末冶金制备的Al/SiC复合材料相对密度在90%左右,增强相分布有团聚现象,界面无明显的孔洞,经过XRD相分析发现界面出现A14C3脆性相,采用颗粒级配比方法制备的SiC/Al复合材料的最大抗压强度达到55MPa,单颗粒尺寸Al/SiC 复合材料最大抗压强度为42MPa。

在增强相体积分数相同时,颗粒级配比法制备
的Al/SiC复合材料的抗压强度高于单颗粒尺寸Al/SiC复合材料。

在600℃下利用等离子烧结法,制备出体积分数为70%Al/SiC合金基复合材料,相对密度达到92.4%。

合金元素Si增加了合金熔融态的流动性,降低了复合材料界面的表面张力,提高了SiC与A1基体的润湿性,并且抑制了脆性相A14C3的生成,改善了复合材料的组织和力学性能。

合金元素Mg提高了Al/SiC复合材料的润湿性,生成MgAl2O4相避免脆性相A14C3的生成,同时Mg的加入提高Al/SiC复合材料的相对密度和抗压强度,其中SiC/Al-10Mg复合材料的抗压强度达到150MPa。