无压浸渗制备的SiC/Al复合材料的微观组织研究

利用SRD,OM,SEM,TEM等微观结构分析手段,对无压浸渗制备的SiCp/Al复合材料的微观结构进行了研究。结果表明,SiCp/Al复合材料中存在SiC,Al,MgAl2O4,Si和Mgi2Si诸相。在组织中没有粗大的铝硅共晶体针条,铝基体被众多SiC颗粒分割,成为细小的连续的空间网络。在铝基体中分布着Si相及Mg2Si相。透射电子显微镜高分辨像表明,在SiC与铝合金的界面上存在镁铝尖晶石（MgAl2O4）相,没有出现Al4C3相。     

C涂层对SiC纤维增强Ti基复合材料界面行为的影响

采用透射电镜和扫描电镜研究了SiC纤维增强Ti基复合材料的界面反应,重点分析了C涂层对界面行为的影响。结果表明,C涂层可以明显改善纤维和基体之间的界面结合状况;SiC／C／Ti-6A1-4V复合材料的界面反应产物是主要为TiC,而无C涂层SiC／Ti-6A1—4V的界面反应产物为TiC,Ti5Si3和Ti3SiC2界面反应层生长受扩散控制,其厚度增长满足抛物线生长规律,SiC／C／Ti-6A1—4V由于C涂层消耗完毕前后的不同情况,其界面反应层生长并不完全符合这一规律,C涂层的存在可以有效的抑制界面反应的进行。     

高导热金属基复合材料的热物理性能

分别采用无压浸渗、气压浸渗、内氧化技术制备了高导热Al/SiC、Al/C、Cu/Al2O3复合材料.研究了增强相和界面对这三种复合材料的热导率和热膨胀系数的影响,并对这些性能进行了理论分析和数值模拟.当颗粒尺寸与界面层厚度之比固定时,颗粒尺寸对Al/SiC复合材料热导率影响很小,但界面热导率对其影响很大;Al/SiC复合材料的CTE随温度的升高而增加,随SiO2层厚度的增加而减小;碳纤维中混杂3%SiC颗粒有利于改善纤维的分布,降低Al/C复合材料的缺陷,并提高其热导率;压力加工增加了Cu/Al2O3的致密度,也提高了其热导率;可用Schapery和Kerner模型计算复合材料的热膨胀系数,用Hasselman-Johnson模型计算热导率.     

Ti基复合材料界面反应扩散的微观分析

通过SiC连续纤维增强Ti基复合材料的制备及在不同条件下的热处理试验,利用TEM,SEM,EDS及XRD分析技术研究复合材料的界面反应以及产物相的形成.研究结果表明:SiC /Ti复合材料界面发生了反应扩散,反应元素C,Ti,Si在界面反应层中出现浓度波动;界面反应产物被确认为是Ti3SiC2 ,TiC和 Ti5Si3,在靠近SiC侧出现Ti3SiC2和Ti5Si3单相区,靠近Ti基体侧为Ti5Si3单相区,中间为TiC Ti5Si3双相区;SiC/Ti复合材料界面相序列为SiC┃Ti3SiC2┃Ti5Si3┃TiC Ti5Si3┃Ti5Si3┃Ti.     

SiC／Ni3Al界面固相反应区的相组成与显微结构

使用光学显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪等对1000℃×5h加热处理的SiC／Ni3Al界面固相反应区显微结构、相组成以及反应区中元素分布等进行观察、分析和测试。研究表明,SiC／Ni3Al界面固相反应形成Ni2Si、石墨态碳沉积物和Ni5.4AlSi2。SiC／Ni3Al界面固相反应形成两层结构的反应区,其厚度大约是16μm。其中,靠近SiC侧的反应区由Ni2Si,Ni5．4AlSi2和分布在其中的颗粒状的石墨颗粒构成,而靠近Ni3Al侧的反应区则由Ni2Si和Ni5．4AlSi2构成。     

凝固条件对Al-Si复合材料中共晶Si形貌的影响

为了优化压铸态Al2O3f／Al—15Si复合材料中Si相组织，利用金相和SEM分析了Al—15Si合金和Al2O3f/Al—15Si复合材料中Si相在不同冷却方式下的形貌特征．结果表明：压铸态和重熔后炉冷态的Al—15Si合金中共晶Si均为片状，而Al2O3f／Al—15Si复合材料内共晶Si由片状转变为棒状；Al2O3f／Al—15Si复合材料750℃重熔后在水淬、模具中冷却和炉冷冷却条件下分别获得了细小变质态、针状及棒状等形态的Si相；炉冷处理可作为优化压铸态复合材料组织的一种途径．     

无压浸渗法制备氧化态SiC颗粒增强铝基复合材料

研究了SiC颗粒在1000~1200℃的氧化行为, 其氧化增重率与保温时间符合抛物线规律, 氧化增重受扩散过程控制, 氧化激活能为219 kJ/mol. 采用预氧化处理的SiC颗粒为增强体, 含Si、Mg的铝合金为基体, 通过无压浸渗方法制备了SiC_p/Al复合材料, 分析了复合材料的微观组织与界面形貌, 探讨了无压浸渗机理. 复合材料中颗粒分布均匀, 无偏聚现象. 材料制备过程中存在界面反应, SiC颗粒表面的氧化层与铝合金中的Mg、Al反应形成了一定数量的MgAl₂O₄. 界面反应的存在提高了润湿性, 促进了无压自发浸渗.     

C涂层对SiC纤维增强Ti基复合材料界面的影响

采用透射电镜和扫描电镜研究了SiC纤维增强Ti基复合材料的界面反应,重点分析了C涂层对界面行为的影响.结果表明,C涂层可以明显改善纤维和基体之间的界面结合状况;SiC/C/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应产物是主要为TiC,而无C涂层SiC/Ti-6Al-4V的界面反应产物为TiC,Ti5Si3和Ti3SiC2界面反应层生长受扩散控制,其厚度增长满足抛物线生长规律,SiC/C/Ti-6Al-4V由于C涂层消耗完毕前后的不同情况,其界面反应层生长并不完全符合这一规律,C涂层的存在可以有效的抑制界面反应的进行.     

Fabrication of Tia SiC2 modified C/C - SiC composites by liquid silicon infiltration

采用浆料浸渗结合液硅渗透法原位生成高韧性Ti3SiC2基体,制备Ti3SiC2改性C／C—SiC复合材料。研究了TiC颗粒的引入对熔融Si浸渗效果的影响,分析了Ti3SiC2改性C／C-SiC复合材料的微结构和力学性能。实验结果表明：TiC与熔融si反应生成Ti3SiC2是可行的,而且c的存在更有利于生成Ti3SiC2;在含TiC颗粒的C／C预制体孔隙（平均孔径22．3μm）内,熔融si的渗透深度1min内可达10．8cm;Ti3SiC2取代残余Si后提高了C／C-SiC复合材料的力学性能,C／C-SiC-Ti3SiC2复合材料的弯曲强度达203MPa,断裂韧性达到8．8MPa·m^[1/2];对于厚度为20rllm的试样,不同渗透深度处材料均具有相近的相成分、密度和力学性能,无明显微结构梯度存在,表明所采用的浆料浸渗结合液硅渗透工艺适用于制备厚壁Ti3SiC2改性C／C-SiC复合材料构件。     

不连续界面相Al4C3对SiC/Al复合材料界面结合影响的第一性原理及实验

采用密度泛函理论的第一性原理及实验相结合的方法,探讨了不连续界面相Al₄C₃对SiC/Al复合材料界面结合的影响,并与无界面新相生成时进行对比。研究表明,当Al(111)表面吸附C原子时,在Bridge位置上吸附C原子最为稳定;随着C覆盖率的增加,C原子吸附能逐渐减小;当界面相呈不连续分布时,界面由原来的SiC/Al转变为(SiC+Al₄C₃)/Al,界面黏着功由原来的0.851 J/m2增加至1.231 J/m2,这主要由于当C原子在Al表面吸附时,C原子和Al原子间形成共价键和离子键,且与界面处的Si原子也形成共价键,从而促进界面结合。利用第一性原理计算的SiC/Al和(SiC+Al₄C₃)/Al体系黏着功与实验值较为接近,且变化规律相同,具有较高的参考价值。      

铝合金熔体氧化制备Al2O3 / SiC/ Ni/ Al-Si多相模糊界面陶瓷基复合材料

针对Al₂O₃ / Al 复合材料中金属相Al 对其高温性能的不利影响, 本试验在高温下将铝合金熔体氧化渗透到注浆成型的SiC/ Ni 多孔预制体中, 制备了Al₂O₃ / SiC/ Ni/ Al-Si 多相陶瓷基复合材料。借助光学显微镜、电子显微镜(SEM) 、X 射线衍射仪(XRD) 、波谱仪( EDS) 等手段分析了预制体和复合材料的相组成、微观结构及界面特征。结果表明, 复合材料的主晶相为Al₂O₃ 与SiC , 相间存在Al (Si) 复合氧化物、NiAl₂O₄ 及Ni 与Al-Si 合金相, 各相界面处成分呈连续过渡变化趋势, 构筑了具有模糊界面特征的多相复合材料。      

液态搅拌铸造颗粒增强Al－4％Mg复合材料的微观结构研究

本文以ＴＥＭ和ＥＤＳ为主要分析手段，研究了不同颗粒增强的Ａｌ－４％Ｍｇ复合材料的界面及其基体中的微观结构，探讨了它们的形成原因。结果表明：ＳｉＯ_２颗粒与基体间为反应结合，Ａｌ_２Ｏ_３和ＳｉＣ则基本上为机械结合。     

Mechanical properties and microstructure of SiC-reinforced Mg-(2,4)Al-1Si nanocomposites fabricated by ultrasonic cavitation based solidification processing

Nano-sized SiC enhanced magnesium matrix nanocomposites, Mg-2Al-1SiC with 2% SiC and Mg-4Al-1Si with 2% SiC, were successfully fabricated by ultrasonic cavitation based dispersion of SiC nanoparticles in Mg-(2,4)Al-1Si magnesium alloy melts. As compared to the magnesium alloy matrixes, the mechanical properties including tensile strength and yield strength of the Mg-2Al-1Si/2% SiC and Mg-4Al-1Si/2% SiC nanocomposites were improved significantly, while the ductility of magnesium alloy matrix castings was retained. While there were some SiC micro-clusters in the microstructure of nanocomposites, the SiC nanoparticles were dispersed well outside the areas of micro-clusters. Most micro-clusters were located along the grain boundaries while most separate SiC nanoparticles were embedded inside the grains. TEM study of the interface between SiC nanoparticles and Mg-(2,4)Al-1Si metal matrixes suggested that SiC bonds well with the metal matrixes without forming an intermediate phase.     

SiCP/ZL 109 复合材料中SiC 的界面行为

以常规TEM 为工具, 研究了SiCP/ ZL 109 复合材料中数十个SiC 颗粒及其界面,Si 优先在SiC 表面上形核、长大, 形成界面Si, 并形成大量SiC/S i 界面。靠近SiC 界面的Al 基体中, 普遍存在一层厚度小于1Lm 的“亚晶铝带”, 其内有大量位错。SiC 与Al、SiC 与Si 之间虽然没有固定的晶体学位向关系, 但是存在下列优先关系: (1103) _SiC//(111)_Al, [1120]_SiC//[110]_Al; (1101) _SiC//(111) _Si; [1120]_SiC//[112]_Si。      

碳化硅纤维增强铝基复合材料的界面组织研究EI

本文利用透射电子显微术（ＴＥＭ）和微区能谱分析（ＥＤＸ）对化学气相沉积碳化硅纤维增强ＬＤ２铝合金的界面结构进行了研究，并对显微组织与性能的关系进行了讨论。结果发现，用热压扩散工艺生产的ＳｉＣ／Ａｌ复合材料，其基体与ＳｉＣ纤维结合良好。界面处有棒状相Ａｌ＿４Ｃ＿３生成（该相是菱形结构，对纤维强度有较大破坏作用），且存在镁元素富集。     

晶格反演法构建SiC/Mg界面对势及其验证

通过分析SiC和Mg的晶体结构,构造了SiC与Mg的共格晶面。采用Chen-M9bius晶格反演法对SiC/Mg界面的原子对势进行了反演,分别推导了Si和Mg原子、C和Mg原子间作用势与界面结合能关系的解析表达式。在此基础上,从头计算了SiC/Mg界面的结合能曲线,结合反演公式得到了Si和Mg原子、C和Mg原子的对势函数,并对反演过程的自洽性进行了检验。此外,建立了其他6种不同的SiC/Mg界面构型,通过对比反演对势计算的界面结合能与从头计算的结果,对反演所得对势的可转移性进行了验证。结果表明:从头计算的界面结合能可以由反演对势精确地算出,整个反演过程和结果是自洽的,所得原子对势同样适用于其他界面构型,具有良好的可转移性。本文推导的反演公式同样适用于与SiC/Mg界面结构相似的其他界面原子对势的研究。     

多层喷射共沉积制备 SiCP/Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si复合材料

采用多层喷射沉积工艺制备SiC_P/Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si复合材料, 研究了雾化及沉积工艺参数对沉积坯状态及SiC颗粒捕获的影响。结果表明, 液流直径大、雾化气体压力小、喷射高度小会导致沉积坯组织恶化, 反之则造成收得率低、致密度低。雾化器扫描不均匀则会造成沉积坯形状不均匀, 而且会由于热量集中导致显微组织恶化。SiC颗粒输送压力的提高有利于SiC颗粒的捕获以及颗粒的均匀分布。多层喷射沉积制备SiC_P/Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si的优化工艺参数为: 液流直径3.6 mm, 雾化气体压力0.8 MPa, 喷射高度200 mm, SiC 颗粒输送压力0.5 MPa。 沉积坯存在两种SiC-Al界面: 晶态Si界面层与非晶态SiO₂界面层。     

SiCp/Al-Si复合材料中SiC/Si的晶体学位向关系

用TEM研究了离心铸造和挤压铸造的SiCp/ZL109复合材料,发现Si优先在SiC表面上形核、长大,并形成大量"界面Si"及SiC/Si界面.SiC与Si之间不存在固定的晶体学位向关系,但存在(1101)sic//(111)si,[1120]sic∥[112]si优先出现的位向关系,而(0001)sic∥(111)si不是优先出现的位向关系.     

Microstructure and mechanical properties of cast (Al–Si)/SiCp composites produced by liquid and semisolid double stirring process

Abstract

A stirring process containing two steps, i.e. liquid and then semisolid stirring, was used to produce SiC particle reinforced aluminium matrix composites. The major advantages of this process are that full wetting of SiC particles by molten aluminium can be readily achieved at relatively low stirring rates, and undesirable Al₄ C₃ is not formed at the Al/SiC interface due to lower processing temperatures. Cast Al–Si matrix composites reinforced with 15 and 20 vol.-%SiC particles were produced in the present work. The mechanical properties of the composites were evaluated under the conditions of investment mould casting and heat treatment. For the composites obtained without employing semisolid stirring, the aggregation of SiC particles observed in the microstructure of composites resulted in quite poor mechanical properties. Observations and analyses indicated that some Al/SiC interfaces were very clean, and a reaction product of spinel MgAl₂O₄ was also found at some Al/SiC interfaces. Silicon dioxide (SiO₂ ) was found to exist on the surface of as purchased and 250°C dried SiC powders. This SiO₂ is involved in the spinel reaction at the interface between the SiC particles and the matrix in the present Al/SiC composites.     

SiCw／Al—12Ti复合材料裂纹扩展的SEM原位观察

利用带缺口三点弯曲试样，原位观察了SiC品须含量不同的Al－12Ti基复合材料的裂纹扩展过程结果表明，随SiCw增加，裂纹由优先治Al3Ti颗粒／Al界面萌生与扩展转变成在Al3Tip内部和靠近SiCw端部的SiCw／Al界面萌生与扩展SiCw／Al-12Ti的强化机制以SiCw的桥接、拔出和诱导裂纹偏转强化为主，同时，SiCw与Al3Tip起到较好的互补强化作用