硬质陶瓷粒子增强铝基复合材料——Ⅱ—机械性能与磨损特性

铸造铝合金中均匀弥散适当含量和尺寸的硬质陶瓷粒子能够提高强度或与基体合金保持相近的强度水平,硬质陶瓷粒子加入使复合材料的硬度和耐磨料磨损性能明显提高。本文对硬质陶瓷粒子增强铝基复合材料的机械性能和磨损特性作了综合介绍。     

兵器和飞机制造上使用的陶瓷粒子增强铝合金

陶瓷粒子增强铝合金在刚性和强度方面虽然没有陶瓷纤维增强铝合金大,但比一般铝合金大。例如20％的碳化硅陶瓷粒子增强铝合金的弹性系数比一般铝合金大50％,强度大20％,耐热性也比一般铝合金好,因此它的使用温度比一般铝合金高300℃。而且热膨胀小,耐磨损性也好。陶瓷粒子增强铝合金比陶瓷纤维增强铝合金价格低并且便于加工,因此使用改进的加工一般铝合金用的刀     

粉末冶金铍铝合金相界面微观应力场的有限元分析

针对粉末冶金铍铝合金建立铍颗粒球形粒子填充铝基复合材料有限元模型,采用线弹性轴对称有限单元,计算铍铝合金复合材料在拉压两种情况下铍粒子与铝基体界面处的应力场,定性讨论界面脱粘、裂纹形成与扩展的力学原因。研究结果表明,在拉应力场中,第一主应力与von Mises应力在偏离赤道45°附近同时取得最大值,此处是界面最容易脱粘和屈服最先发生的区域;在压应力场中,von Mises应力与拉伸场相同,而第一主应力变化很小,法向应力在压缩场中变为负值;近界面的颗粒与基体受到此消彼长的法向应力相互作用。     

莫来石/钛酸铝层状复合材料的制备

采用轧膜成型和热压烧结工艺,以莫来石为基体层,钛酸铝为界面分隔层制备了陶瓷基层状复合材料,研究了层状复合材料的力学性能、显微结构、应力应变行为和断裂机制。结果表明,利用钛酸铝强度低的特点,以此作为陶瓷基层状复合材料的界面分隔层是可行的。与块体莫来石陶瓷相比,复合材料的强度有所降低,但断裂韧性提高;断口形貌观察和分析表明莫来石/钛酸铝层状复合材料在界面区域发生裂纹偏转,表现为非脆性断裂。     

SiC粒子与钢铸渗复合界面特征分析

采用V-EPC铸渗方法,以Q235钢为母材制备SiC粒子增强钢基表面复合材料。试验结果表明,SiC粒子的粒度对SiC/钢表面复合质量有很大的影响,虽然SiC粒子在高温钢液中存在分解现象,但通过调整SiC预制膏块组配和控制铸渗工艺参数,可以减缓或抑制SiC的分解并制备出表面平整的SiC颗粒增强钢基表面复合材料。通过金相显微镜、电子扫描电镜等对该复合材料中SiC粒子与钢基体界面结合的形态、粒子行为、界面结合机制进行分析,表明SiC粒子与钢基体的界面结合为冶金结合。     

短纤维增强铝硅合金复合材料的组织与断口形貌分析

研究了挤压铸造氧化铝短纤维增强铝硅合金复合材料的凝固组织和断口形貌.结果表明,在复合材料中纤维分布均匀,氧化铝纤维可作为硅相非自发形核的衬底;氧化铝纤维与铝合金基体之间的界面对材料性能影响很大.改善制备工艺应从控制界面反应和细化组织入手.     

铝基钎料在碳化硅颗粒增强铝基复合材料上的润湿性研究

采用多种铝基钎料进行了在SiC陶瓷、6 0 6 1铝合金及SiCp/6 0 6 1复合材料上的润湿性试验。研究了润湿性的影响因素 ,并分析了润湿机理和界面微观特征。试验结果为实现SiC颗粒增强铝基复合材料的钎焊连接提供了理论基础。     

界面耗能与纤维增强金属基复合材料的耐磨性

利用挤压铸造制备了Ａｌ＿２Ｏ＿３短纤维增强铝合金复合材料，研究了这种材料的界面对其耐磨性的影响。结果表明，在复合材料中，纤维与基体结合良好，并对铝合金具有增强作用；复合材料的界面可阻滞裂纹扩展，复合材料具有优异的耐磨性；基体中的合金元素有利于形成良好的界面，改善复合材料的耐磨性。     

几种非连续纤维增强铝合金的制备

采用液态金属渗透法和复合铸造法制备了非连续纤维增强铝合金复合材料。液态金属渗透法是将液态金属挤压进纤维制成的预制块中;复合铸造法的特点是把粒子材料加入剧烈搅拌下部分凝固的合金浆料。这两种工艺和选用的增强剂成本低廉,并可沿用现有的工艺和设备。将多重增强剂与基体复合是提高复合材料性能的一条新途径。文章还介绍了复合材料发动机活塞的应用情况。     

铝基陶瓷颗粒复合材料的抗弹性能研究

用铝和陶瓷颗粒制成复合材料 ,在 7.6 2mm穿甲弹的侵彻下 ,复合材料的抗弹性能表现为 :当复合材料中的陶瓷颗粒尺寸小于 8mm时 ,防护系数随陶瓷尺寸的增加而缓慢增加 ;当陶瓷尺寸大于 8mm时 ,防护系数随陶瓷尺寸的增加快速增加。在抗弹过程中 ,由于铝对陶瓷的约束作用 ,和铝与陶瓷界面的波阻特性 ,用铝复合陶瓷块制备陶瓷复合材料可以提高复合材料的抗弹性能     

锻造对WC/钢烧结复合材料冲击韧性的影响

比较了三种WC/钢烧结复合材料在相同的热处理条件下 ,经锻造与未锻造两种不同状态的冲击韧性值 ;研究了锻造对这类脆性材料冲击韧性的影响。结果表明 ,锻造使材料的冲击韧性大幅度提高。原因是锻造使材料组织中大块硬质相“碎化” ,WC粒子的形态、分布状况和钢基体的密度、显微组织结构发生变化的结果。     

含脱粘界面陶瓷颗粒增强金属基复合材料的弹性常数预报

脱粘界面是陶瓷颗粒增强金属基复合材料中存在的细观缺陷,根据细观力学方法将陶瓷颗粒、脱粘界面和基体壳简化为椭球三相胞元,并通过Eshelby等效夹杂理论和Mori-Tanaka方法的推导得到颗粒和脱粘界面的等效本征应变,进而对三相胞元的弹性常数进行预报。考虑到三相胞元在复合材料中随机分布,由坐标变换公式和物理方程计算出复合材料的有效弹性常数,并根据数值方法得出弹性常数与颗粒以及脱粘界面含量的关系。     

对铝硅合金-石墨颗粒复合材料基体显微组织的某些观察

<正> 为了使材料获得任一单独组成相常无法达到的综合特性,现在人们对一系列铝合金基复合材料制备技术的兴趣已越来越大。这些复合材料依其第二相的几何形态可大致分为两类。在以纤维和晶须增强的复合材料中,第二相的纵横比范围为100～10000,而许多以碳、硼、SiC和Al_2O_3~-纤维增强的复合材料做为特殊的高强度和高弹性模量结构件应用现已在进行大量工业生产。第二类复合材料则含有弥散的固体润滑物或坚硬陶瓷粒子,它们被广泛应用于各种摩擦领域。当纤维、晶须或颗粒进     

铝的新生命

近20年来非金属复合材料被称为未来的航空航天材料。如今,复合材料的广泛应用并非在民用飞机的表面控制和承载结构方面、军用飞机原有结构的强度、刚度、隐身超越控制方面取得明显进展,而是在金属与非金属技术结合形成一种新材料方面有所突破。许多种非金属材料都能强化铝和其它金属,提高它们的强度和刚度。铝的增强剂可以是弥散分布的微观粒子,也可以是贯穿整个基体结构长度的连续纤维。这种纤维能存在于基体金属中,或作为铝层之间的叠层。圣地亚哥公司的硬质铝(或称杜拉铝)基复合材料是由工业级铝和陶瓷粒子——氧化铝(Al_2O_3)或是碳化硅制成的低成本复合材料。一种特有的加工过程允许具有化学活性的熔     

防弹材料万花筒

防弹衣最关键的一环是选用防弹性能优异的防弹材料.根据防弹衣有硬体、软体和软硬体复合式3种类型,目前采用的材料可分为硬质材料和软质材料两种.硬质材料有钢板、钛合金、铝合金及氧化铝防弹陶瓷等;软质材料则多为高分子聚合物,如:超高分子量聚乙烯、尼龙、高强聚乙烯、芳香族聚酰胺以及无机纤维如高性能E、S、O型玻璃纤维等.近年,外军又在研制仿生防弹材料,如防弹蜘蛛丝和防弹野鸡毛及纳米复合材料等.其中,使用最为广泛的是芳香族聚酰胺纤维和超高分子量聚乙烯纤维.     

高强度耐磨损烧结Al基复合材料

美国专利US2006 13719中公布了一种高强度耐磨损烧结Al基复合材料的制造工艺。Al合金基体的主要成分（质量分数％）是：Zn3～10、Mg0．5～5和Cu0．5～5，硬质颗粒增强相含量为0．1-10，可选择的硬质颗粒增强相包括碳化硅、硼化铬和碳化硼粒子等。硬质颗粒增强相均匀分散在Al合金基体上，MgZn2、A12Mg3Zn3和CuAl2等金属间化合物相也弥散沉淀在Al合金基体上。     

读者信箱

问:防弹衣是采用什么材料制成的?黑龙江大庆王璟钰答:防弹衣也称防弹背心,是由防弹材料制成的。目前的防弹衣主要分为硬质防弹衣和软质防弹衣两类,前者的防弹材料主要有防弹金属(如高锰钢、钛合金等)、防弹陶瓷、高性能复合材料板及非金属与金属、陶瓷的复合材料板等;后者的防弹材料主要是高性能纤维(如高分子聚乙烯纤维、凯夫拉纤维等)。     

三维编织碳纤维增强铝基复合材料的制备研究

以碳纤维的三维编织架构为增强体,经镀铜预处理后,置于铝合金熔体中施加压力成形,得到三维编织碳纤维增强铝基复合材料。探究大气和氩气气氛下不同三维纤维架构挤压成型的复合材料的界面特征与结构。通过拉伸试验及扫描电镜检测,对材料性能进行表征。结果表明:紧密编织的三维编织碳纤维较宽松结构的三维编织碳纤维,与铝合金基材的浸润性和相容性更好,铝合金在与三维编织碳纤维复合后拉伸强度与硬度均提升。     

Fe/SiC金属基复合材料的研究

研究了一种新型的Fe/SiC金属基复合材料的界面反应和烧结机理 ,并分析了工艺过程及参数对材料性能的影响。结果表明 ,在 1 0 50℃左右烧结时能有效控制界面反应 ;界面反应及材料的烧结以固相扩散为主 ;碳化硅粒子表面涂覆金属镀层及基体合金化既能有效改善界面结合又能提高材料的力学性能 ,尤其是耐磨性的提高最为显著。     

外军防弹衣系列报道之四:防弹材料万花筒

防弹衣最关键的一环是选用防弹性能优异的防弹材料。根据防弹衣有硬体、软体和软硬体复合式3种类型,目前采用的材料可分为硬质材料和软质材料两种。硬质材料有钢板、钛合金、铝合金及氧化铝防弹陶瓷等;软质材料则多为高分子聚合物,如:超高分子量聚乙烯、尼龙、高强聚乙烯、芳香族聚酰胺