碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的性能研究.pdf

1、本文以精密光機(jī)儀器和電子封裝為應(yīng)用背景，采用無壓滲透法制備SiCp/Al 復(fù)合材料。以熱膨脹系數(shù)、熱循環(huán)殘余應(yīng)變、微屈服強(qiáng)度為尺寸穩(wěn)定性指標(biāo)，以硬度及抗彎強(qiáng)度為力學(xué)性能參數(shù)，利用掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、X 射線（XRD）、熱膨脹分析儀、熱機(jī)械分析儀、拉伸機(jī)、布氏硬度和三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)等手段對復(fù)合材料的微觀組織及形成機(jī)制進(jìn)行了研究，測試了復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性、熱應(yīng)力及力學(xué)性能，分析了相關(guān)的影響因素。 透射組織觀察顯示，

2、無壓滲透法制備的復(fù)合材料SiC－Al 界面干凈，未出現(xiàn)明顯界面反應(yīng)產(chǎn)物，復(fù)合材料基體中存在高密度位錯，復(fù)合材料的增強(qiáng)相SiC 顆粒內(nèi)存在明顯的層錯。 熱應(yīng)力測試及分析表明, SiCp/Al 復(fù)合材料比基體材料存在較大的熱殘余應(yīng)力。在復(fù)合材料中，基體中存在拉應(yīng)力，顆粒中存在壓應(yīng)力。冷熱循環(huán)預(yù)處理的復(fù)合材料及增強(qiáng)顆粒較大的復(fù)合材料具有較低的熱殘余應(yīng)力。 在復(fù)合材料中存在的熱應(yīng)力分布中，顆粒尖角處的應(yīng)力最大。 復(fù)合材料

3、熱膨脹和熱循環(huán)行為的研究表明，復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）明顯低于基體鋁合金，其在溫度單程變化時(shí)的尺寸穩(wěn)定性顯著提高。當(dāng)SiC 顆粒體積分?jǐn)?shù)較高，或顆粒粒徑較大，復(fù)合材料的CTE 就更??；預(yù)處理對復(fù)合材料CTE 也有一定的影響，固溶＋冷熱循環(huán)預(yù)處理和固溶時(shí)效預(yù)處理復(fù)合材料CTE 低，退火預(yù)處理復(fù)合材料CTE 稍高。復(fù)合材料熱循環(huán)后會產(chǎn)生一定量的殘余應(yīng)變，這是由于在熱循環(huán)過程中復(fù)合材料鋁基體中產(chǎn)生微塑性變形而引起的。熱循環(huán)后的殘余應(yīng)變隨

4、熱循環(huán)次數(shù)的增加而減小，尺寸趨于穩(wěn)定；復(fù)合材料中顆粒粒徑較大及基體較硬，則復(fù)合材料熱循環(huán)尺寸穩(wěn)定性高；退火預(yù)處理的殘余應(yīng)變最大，固溶時(shí)效預(yù)處理其次，固溶＋冷熱循環(huán)預(yù)處理最小。 微屈服性能研究表明，SiCp/Al 復(fù)合材料在未達(dá)工程屈服強(qiáng)度的應(yīng)力下就會產(chǎn)生微塑性變形，復(fù)合材料中的熱殘余應(yīng)力，基體金屬位錯組態(tài)和可動位錯數(shù)量，位錯運(yùn)動障礙，對復(fù)合材料的微屈服性能有顯著影響。熱殘余應(yīng)力使微應(yīng)變易于產(chǎn)生，導(dǎo)致微屈服強(qiáng)度降低。合適的預(yù)處理能

5、有效地降低熱殘余應(yīng)力，減少可動位錯，析出的強(qiáng)化相阻礙位錯運(yùn)動，使微屈服強(qiáng)度提高。復(fù)合材料的微屈服強(qiáng)度比未增強(qiáng)的鋁基體微屈服強(qiáng)度高。固溶時(shí)效預(yù)處理的微屈服強(qiáng)度最高，固溶＋冷熱循環(huán)預(yù)處理的次之，退火預(yù)處理的最低。 在SiCp/Al 復(fù)合材料中，隨著SiC 顆粒粒徑的減小，抗彎強(qiáng)度升高；固溶時(shí)效預(yù)處理的復(fù)合材料比退火預(yù)處理的復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度高，而固溶＋冷熱循環(huán)預(yù)處理的復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度則居于前兩種預(yù)處理的復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度之間。SiCp/