纳米Al2O3增强铝基复合材料的制备技术和发展方向

纳米颗粒具有极高的增强效率,能够显著提高铝基复合材料的综合性能.纳米Al2 O3/Al复合材料作为其中的代表,具有高弹性模量、高强度和低密度等优势,得到长期的关注和研究.详细介绍了纳米Al2O3/Al复合材料的制备方法,分析了各制备方法的优点和缺点,并对纳米Al2O3/Al复合材料的发展前景进行了展望.     

片状纳米Al2O3/环氧树脂复合材料的制备及性能

采用水热法制备片状纳米Al₂O₃,经过偶联剂改性后与环氧树脂复合,通过溶液混合法制备了不同填充量的片状纳米Al₂O₃/环氧树脂复合材料,研究了片状纳米Al₂O₃用量对片状纳米Al₂O₃/环氧树脂复合材料介电性能和热性能的影响,利用SEM对复合材料的断口形貌进行了表征。结果表明: 片状纳米Al₂O₃在环氧树脂基体中分散良好;随着片状纳米Al₂O₃填充量的增加,复合材料的起始热分解温度升高、介电强度增大,当片状纳米Al₂O₃的填充量为7wt%时,复合材料的介电强度为 29.58 kV/mm,比纯环氧树脂的介电强度提高了30%;复合材料的介电常数(3.8~4.5)和介电损耗(0.015)比纯环氧树脂稍有增大,但仍维持在较好的介电性能范围内。     

纳米Sb2O3增强聚丙烯基复合材料力学性能

通过球磨分散法和熔融共混法制得纳米Sb₂O₃/溴化环氧树脂-聚丙烯（BEO-PP）阻燃复合材料试样。采用XRD、DSC、拉伸和冲击性能测试,研究了纳米Sb₂O₃/BEO-PP阻燃复合材料的力学性能及其增强机制。研究结果表明：采用球磨法改性后的纳米Sb₂O₃颗粒在PP基体中的分散性和黏结性能得到明显改善;纳米Sb₂O₃颗粒的加入可改善PP基复合材料的强韧性;随着纳米Sb₂O₃质量分数的升高,纳米Sb₂O₃/BEO-PP复合材料的力学性能呈现出先升后降的趋势,PP基体的结晶度逐渐增高;当纳米Sb₂O₃颗粒添加量为2wt%时,纳米Sb₂O₃/BEO-PP复合材料表现出优异的综合性能。     

原位自生纳米Al2O3/Al-Zn-Cu复合材料的力学性能

将纳米ZnO粉末和Al粉球磨后冷压成Al-ZnO预制块,然后将其加到Al-Zn-Cu熔体中进行Al-ZnO原位反应,制备出纳米Al₂O₃颗粒增强Al-Zn-Cu基复合材料。能谱面扫描分析和透射电镜观察结果表明,复合材料由纳米Al₂O₃颗粒和Al₂Cu析出相两种颗粒/析出相组成。纳米Al₂O₃颗粒通过异质形核和晶界钉扎,细化了Al-Zn-Cu合金晶粒组织和Al₂Cu析出相。原位纳米Al₂O₃颗粒的生成提高了基体合金的拉伸性能,轧制+热处理使Al₂O₃/Al-Zn-Cu复合材料的拉伸强度比相同处理的基体合金提高约100%,总伸长率提高约98%。     

碳纤维表面改性增强Fe3Al-Al2O3复合材料的制备及组织性能

采用溶胶-凝胶分散和热压烧结制备了短切碳纤维（CF_s）/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料。分别通过电化学镀Cu和化学气相沉积SiC对CF_s表面修饰和改性,研究了Cu镀层和SiC涂层对CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料显微组织、相组成、力学性能及断裂行为的影响。结果表明,未修饰的CF_s在Fe₃Al-Al₂O₃基体中受到严重侵蚀,CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料致密度低,抗弯强度仅为239.0 MPa,与Fe₃Al-Al₂O₃强度相当;表面镀Cu可有效保护CF_s不被侵蚀,同时提高了CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料的烧结致密性和界面结合强度,从而明显提高了复合材料的断裂强度,但断裂过程中纤维拔出较短;CF_s表面沉积SiC的CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料组织均匀致密,表面涂层完整,且与纤维及基体之间结合力相当,断裂过程中,涂层既可随纤维一起拔出基体,也可与CF_s分离而留在基体之中,SiC涂层与纤维及基体之间的弱相互作用很大程度上促进了纤维脱黏和拔出,从而促进CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料韧化所需的渐进破坏机制。      

Ti/Al2O3复合材料制备及其力学性能

利用放电等离子烧结(SPS)制备了性能优异的40%(体积分数)Ti/Al2O3复合材料,其弯曲强度、断裂韧性、显微硬度和相对密度分别为897.29MPa、17.38MPa·m1/2、17.13GPa和99.24%.SEM和HREM对复合材料的微观结构分析发现,晶粒细化、位错环强化等是材料强度提高的主要原因;裂纹的偏转和桥联是材料韧性提高的关键所在.     

Al2O3@Y3Al5O12纳米短纤维对铝合金基复合材料的增强作用

采用一种具有芯-壳结构的复合纳米纤维增强铝合金复合材料,可以在提高抗拉强度的同时增加塑性。通过真空热压烧结技术制备了Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂复合纳米短纤维增强2024铝合金复合材料。研究了纤维添加质量分数对复合材料致密度、硬度、抗拉强度及延伸率的影响;并探究了芯-壳结构在复合材料增韧中的作用。结果表明:Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维具有良好的分散性,在超声分散及机械搅拌混粉后均匀吸附在铝合金颗粒表面,无分层及团聚现象;经热压烧结后,Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维以短纤维形态均匀分散在铝合金基体内,少量添加Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维起到了桥联和孔洞填充作用,使复合材料致密度和硬度提高;添加质量分数为1wt%时,抗拉强度和延伸率取得最大值,由铝合金的249.3 MPa、2.9%增加到299.1 MPa、4.3%。Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维的添加可以细化晶粒,阻碍裂纹扩展,且在拔出/断过程中Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维芯-壳结构的塑性变形起到了增强增韧作用。      

Fe3Al/Al2O3复合材料制备工艺研究

探索了一种新型复合材料的熔渗烧结制备工艺, 它不仅是新工艺的探索, 更重要的是为这种新型材料的无压烧结和开发利用进行了有益的探索。实验表明, 熔渗烧结法是一种可行的复合材料制备方法。      

多孔Al2O3f/Al2O3复合材料研究进展

作为20世纪90年代兴起的一类连续陶瓷纤维增强陶瓷基复合材料,连续氧化铝纤维增韧氧化铝(Al₂O_3f/Al₂O₃)复合材料已经发展为与C_f/SiC、SiC_f/SiC等非氧化物复合材料并列的陶瓷基复合材料。以多孔基体实现基体裂纹偏转成为Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料主要的增韧设计方法,形成的多孔Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料具有优异的抗氧化性能和高温力学性能,可在高温富氧、富含水汽的中等载荷工况中长时服役,是未来重要的热结构材料。经过近30年的发展,多孔Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料已被应用于航空发动机、燃气轮机等热端部件。本文综述了多孔Al₂O_3f...     

Al2O3/(纳米)Fe3Al复合材料位错形貌的TEM观测

利用TEM对Fe₃Al/Al₂O₃复合材料的位错形貌进行了观测分析,观察到Fe₃Al/Al₂O₃中丰富的位错组态。根据透射电镜观察,引入Fe₃Al后,Al₂O₃晶内产生大量位错,位错多产生于Fe₃Al于Al₂O₃相界面附近,亚界面的形成使基体晶粒再细化,使强度提高。在Fe₃Al中观察到超点阵位错,对材料起到"有序强化"作用。      

纳米Al_2O_3/聚酰亚胺复合薄膜的介电与力学性能

采用原位聚合与热亚胺化的方法,成功制备了一系列不同纳米Al_2O_3粒子质量分数的纳米Al_2O_3/聚酰亚胺(PI)复合薄膜。通过SEM、TEM、XRD、FTIR、LCR数字电桥、高压电源及电子万能材料试验机对纳米Al_2O_3/PI复合薄膜的微观结构、介电性能及力学性能进行了表征和测试。结果表明:纳米Al_2O_3粒子在均匀地分散在PI基体中;当纳米Al_2O_3粒子质量分数为8%时,纳米Al_2O_3/PI复合薄膜的击穿强度和拉伸强度均达到了最大值;纳米Al_2O_3/PI复合薄膜的介电常数随纳米Al_2O_3质量分数的增加而增加。     

聚酰胺胺改性碳纤维/尼龙复合材料制备及性能

为改善碳纤维增强尼龙复合材料(CFRPA)的加工流动性和力学性能,采用聚酰胺胺(PAMAM)树枝状高分子作为改性剂,通过熔融共混制备出碳纤维(CF)增强尼龙66(PA66)复合材料.采用DSC、万能试验机和SEM分别对改性后PA66的结晶行为、CFRPA的拉伸性能及微观组织形貌进行测试表征.结果表明,添加PAMAM可以...     

改性碳纤维增强尼龙6复合材料的制备及性能

通过硝酸酸化处理及尼龙溶液浸渍上浆处理对碳纤维(CF)进行表面改性,制备高强度、高模量,同时具有低熔指和优异加工性能的CF增强尼龙6(PA6)复合材料。采用扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)和熔融指数仪等方法,对复合材料的微观结构、力学性能和结晶行为进行测试和表征。结果表明,经过PA6溶液浸渍上浆处理后的CF表面形成了一层PA6薄膜覆盖层,大大增强了CF与PA6基体的结合力,改善了CF的分散性,提升了复合材料整体的强度与模量,改性CF加入量为8%(质量分数)时复合材料拉伸强度提升80.8%,弹性模量提升513.9%。进一步对复合材料结晶行为的分析表明,改性CF的加入能够促进PA6由γ晶型向更稳定的α晶型转变,提高其结晶温度及结晶速率,使复合材料的结晶更加均匀、完善,从而提高体系黏度,降低复合材料熔融指数,显著提升了复合材料的加工性能。     

三维网络Al2O3增强球墨铸铁基复合材料摩擦磨损性能

采用SRV摩擦磨损试验机研究了球墨铸铁及三维网络Al₂O₃增强球墨铸铁基复合材料的干摩擦磨损性能, 测量了球墨铸铁和复合材料在不同摩擦频率及载荷下的摩擦系数和磨损率; 用扫描电镜观察磨损表面形貌, 并分析了三维网络Al₂O₃对复合材料磨损机制的影响。结果表明: 陶瓷与金属基体之间具有良好界面结合的三维网络Al₂O₃/球墨鋳铁复合材料, 其摩擦系数随载荷和摩擦频率的变化保持稳定; 复合材料的耐磨性能远优于球墨铸铁, 而且随着摩擦频率和载荷的增加, 复合材料的抗磨损性能明显提高。这是由于复合材料中陶瓷与金属相之间三维空间结构和良好的界面结合有利于摩擦载荷的传递; 金属基体中的石墨减摩作用保持摩擦系数的稳定; 三维陶瓷骨架在磨损表面形成硬的微突体并起承载作用, 制约了基体的塑性变形和高温软化, 有利于磨损表面氧化膜的留存。     

多层陶瓷结构Al2O3-Fe2O3/3Y-TZP梯度复合陶瓷的制备及性能

为更好地实现口腔修复体的美学修复效果,采用掺杂不同含量Fe₂O₃（0.01wt%~0.09wt%）和Al₂O₃（0.1wt%）的3 mol% Y₂O₃稳定的ZrO₂（3Y-TZP）粉体为原料,经过铺粉、压制、烧结等工艺制得色度渐变的多层陶瓷结构Al₂O₃-Fe₂O₃/3Y-TZP梯度复合陶瓷。对该梯度复合陶瓷的色度分布、烧结性能和力学性能进行检测,同时研究了Fe₂O₃和Al₂O₃的掺杂对3Y-TZP陶瓷组织和性能的影响。结果表明,制得的Al₂O₃-Fe₂O₃/3Y-TZP梯度复合陶瓷色度由红黄向白色沿成分变化方向呈梯度变化,与天然牙齿色度分布规律一致;力学性能呈梯度变化并从无色端到有色端逐渐降低,但仍满足牙科使用需求（≥ 800 MPa）;在无色瓷层中掺杂微量Al₂O₃（0.1wt%）可以改善Al₂O₃-Fe₂O₃/3Y-TZP梯度复合陶瓷的烧结性能,避免在预烧结过程中发生开裂。微量Fe₂O₃和Al₂O₃的掺杂会促进其在烧结过程中的致密化及晶粒长大;微量Fe₂O₃（0.01wt%）和Al₂O₃（0.1wt%）的掺杂有助于提高3Y-TZP陶瓷的挠曲强度,然而随着Fe₂O₃掺杂量的继续增多（≤ 0.09wt%）挠曲强度降低。      

不锈钢基Al2O3/SiC双层薄膜的制备和性能

用磁控溅射法在奥氏体不锈钢上分别制备了SiC单层膜和Al2O3/SiC双层膜,研究了溅射气压,溅 射功率以及退火温度对性能的影响.对比了二者的结构、硬度以及耐腐蚀性.结果表明,Al2O3缓冲层降低了SiC薄膜与奥氏体不锈钢基底的热失配和晶格失配,减少了因其而产生的缺陷,从而改善了奥氏体不锈钢上SiC薄膜的结晶质量.     

Al2O3纤维对SiO2基陶瓷型芯的烧缩阻滞

向SiO₂基体粉料中添加Al₂O₃纤维,采用热压注法制备Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯。分析Al₂O₃纤维含量对陶瓷型芯性能的影响。研究结果表明：Al₂O₃纤维含量对Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯的线收缩率、体积密度和抗弯强度均有较大的影响。当Al₂O₃纤维含量大于1wt%时,Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯的线收缩率大幅度降低,稳定在0.335%左右,体积密度随之降低,稳定在1.790 g · cm^-3左右;当Al₂O₃纤维含量为1wt%时,陶瓷型芯抗弯强度达最大值20.48 MPa。分析了Al₂O₃纤维对Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯烧结收缩的阻滞作用机制。