双尺寸颗粒sical复合材料的无压渗透制备及性能研究

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1、双尺寸颗粒SiC／AI复合材料的无压渗透制备及性能研究摘要高增强体含量SiC／Al复合材料具有高的力学性能和好的热学性能，作为一种新材料具有很大的发展潜力，而探求低成本的制造工艺是该材料当前研究的热点。与诸多制造工艺相比，SiC预成形坯无压渗透工艺具有近净成形能力强、设备投入少等优点，因而成为一种极具经济竞争力的制备技术。本文首先研究了SiC粉体氧化条件下的液态铝合金无压渗透现象及其机理。而为了获得高增强体含量的SiC／A1复合材料，作者采用双尺寸颗粒的SiC粉体进行配比后低温自氧化烧结，并首次采用Fe(N03)y9H20作为造孔剂制备SiC预成形坯，在氮气气氛中

2、将自制液态铝合金无压渗入SiC预成形坯内，成功制备出不同增强体粒度及含量的SiC／AI复合材料。应用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)等测试手段对复合材料进行成分、结构与形貌分析，并研究SiC粒度配比和造孔剂的添加量对复合材料力学和热学性能的影响。在1000℃低温烧结时，SiC自身发生氧化反应，Fe(N03)3因受热分解而去除；SiC粉体由其自身缓慢氧化产生的Si02膜、水玻璃的硬化作用形成硅酸凝胶以及Fe(N03)3·9H20的分解形成的Fe203的共同作用而聚合在一起，形成SiC陶瓷骨架。SiC粉体间的本征孔

3、隙和Fe(N03)3去除后留下的孔隙一起构成一个三维相互连通的、开放的孔隙网络；Fe(N03)3去除在SiC预成型坯中留下的孔隙分布均匀，没有偏聚现象。SiC预成型坯在烧结过程中产生2—2．5％左右的线膨胀，膨胀量随Fe(N03)3含量的增加而增大，通过调整Fe(N03)3含量，能获得不同孔隙率的SiC预成形坯，对于85“m+28“m和46I-tm+149m粒度的SiC配比的双尺寸SiC预成型坯，均能获得35—46％的孔隙率：预成型坯的抗压强度随着造孔剂含量的增加而增大，当硝酸铁含量在10％时，其抗压强度高达180MPa。在助渗剂镁的作用下，液态铝合金与SiC表面

4、的Si02膜生成MgO和MgAl204，且液态铝合金中的基体Al与Fe(N03)3热分解后形成的Fe203发生铝热反应，放出反应热，使熔渗前沿温度升高，有效改善了SiC与Al液之间的润湿性，诱发Al液自发向SiC粉体间隙中渗透。在900℃的氮气气氛中，液态铝合金能无压渗入SiC预成形坯内颗粒间的孔隙，获得接近全致密的SiC／AI复合材料。液态铝无压渗入后，SiC预成形坯无任何形状和尺寸的变化，易于实现近净成形。SiC／A1复合材料的断裂方式以脆性断裂为主。其裂纹走向主要沿着SiC—A1分界面、SiC与SiC间较脆弱的烧结颈扩展。延性的金属在裂纹扩展过程中产生少量的

5、塑性变形后被撕裂。铝基体中引入高体积分数的SiC增强体后强度显著提高，抗弯强度均在300MPa以上，最高达381MPa。其抗弯强度并不随着造孔剂Fe(N03)3添加量的增加单调增加，而表现出先增后减的趋势。且粗颗粒配比预成型坯渗透得到的复合材料强度略高于细颗粒配比。但总体上，对高增强体含量SiC／AI复合材料，其强度随增强体含量改变而波动的幅度不大。当SiC预成型坯中的孔隙率从35％增加到．46％时，85斗m+281am双尺寸SiC颗粒增强AI．Mg．Si复合材料的导热系数从116W·m-1．Ku增至131W·m-1．K～，而46／．tm+141．tm双尺寸SiC

6、颗粒增强AI。Mg．Si复合材料的导热系数从114W·m～·K以增至132W·m-1．K～。总体来说在相同体积含量下粗颗粒SiC增强铝基复合材料的导热率比细颗粒略高。关键词：SiC／AI复合材料，预成型坯，无压渗透，抗弯强度，导热系数，硝酸铁ResearchonPreparationandPropertiesbyPressurelessInfiltrationProcessofSiC／AICompositeswithDoubleSizeDistributionAbstractSiC／Alcompositesreinforeedwithhighvolumefract

7、ionofSiCpowdershaveexcellentmechanicalandthermalproperties．Nowadays，seekingforlowCOStmanufactureprocessesforSiC／A1compositeshaveattractedconsiderableattentionfrommaterialresearchers．Incomparisonwithotherpreparationmethods，pressurelessinfiltrationprocessisthemosteconomicalonebecauseiti

8、sanea