碳化硅表面氧化處理與鋁基復(fù)合材料可控制備.pdf

1、液態(tài)攪拌法是制備碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料(SiCp/Al)的主要方法之一，為了解決碳化硅顆粒分布均勻性問題，必須改善兩者界面反應(yīng)和潤濕結(jié)合情況，實(shí)現(xiàn)SiCp/Al復(fù)合材料的可控制備。本文研究了碳化硅表面高溫氧化處理的工藝方案與機(jī)理，用高真空潤濕角測定設(shè)備測量不同溫度氧化的碳化硅與鋁的接觸角，通過分析軟件統(tǒng)計(jì)計(jì)算其表面張力、附著功以及浸潤功，并研究了在潤濕過程中接觸角隨時(shí)間變化的關(guān)系，采用了機(jī)械攪拌方式制備復(fù)合材料，通過水力模擬實(shí)驗(yàn)優(yōu)化

2、了攪拌葉片結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)并實(shí)施了“兩步法”制備SiCp/Al復(fù)合材料工藝，研究了攪拌工藝參數(shù)對復(fù)合材料組織與性能的影響規(guī)律。主要的研究成果如下:
　　(1)SiC顆粒在850℃以上的氧化過程中，SiC氧化增量和氧化層的體積分?jǐn)?shù)隨高溫保溫時(shí)間延長呈現(xiàn)先增長較快后趨于穩(wěn)定的趨勢，且氧化溫度越高，氧化增重越快，氧化層的體積分?jǐn)?shù)占總體積越大，在1100℃氧化4h得到的SiO2氧化層厚度約為252nm。要獲得晶態(tài)的SiO2，SiC的氧化溫度

3、應(yīng)控制在1100℃以上，氧化時(shí)間應(yīng)至少大于2h，在氧化2h-4h內(nèi)，SiC表面發(fā)生了由無定型SiO2向晶態(tài)SiO2轉(zhuǎn)化的過程，其晶型為高溫型方石英。高溫氧化后的SiC在不同冷卻速率下冷卻到室溫，表面的SiO2晶型沒有發(fā)生變化，表明冷卻速率對經(jīng)過氧化的SiC表面晶型結(jié)構(gòu)沒有影響。為控制較好的復(fù)合材料界面，SiC氧化的優(yōu)化工藝為1100℃、4h。
　　(2)SiC經(jīng)過高溫氧化處理后能明顯改善與鋁的潤濕性，在850℃、6h下氧化處理的S

4、iC與鋁的潤濕性沒有提高，在1100℃、6h下兩者的潤濕性有所改善，接觸角降低了30.64°。由于SiC表面已生成了大量晶態(tài)SiO2，改善了兩者的潤濕性。SiC與鋁的潤濕經(jīng)過三個(gè)階段，初始階段，接觸角較大;反應(yīng)階段，接觸角迅速減小;穩(wěn)定階段，接觸角不再變化。表明在液態(tài)攪拌法制備SiC增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的過程中，至少需兩者接觸7min以上才能實(shí)現(xiàn)反應(yīng)潤濕。
　　(3)液態(tài)攪拌法制備鋁基復(fù)合材料的優(yōu)化工藝為:攪拌溫度應(yīng)控制在680℃左右