新型SiCAl复合材料制备及其性能研究

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1、学校代码：10259学号：156081114密级：公开上海应用技术大学硕士学位论文题目：新型SiC/Al复合材料制备及其性能研究英文题目：StudyofPreparationandPerformanceofaNewTypeofSiC/AlCompositeMaterials专业：材料化学工程学院：材料科学与工程学院研究方向：材料化学工程姓名：涂添哲指导教师：江国健教授2018年4月12日新型SiC/Al复合材料制备及其性能研究摘要多孔陶瓷具有化学惰性、抗热震性、耐蚀性、耐磨性、低密度、高比表面积、低介电常数等优点，被广泛应用于熔融金属的过滤、高温隔热、对催化剂载体

2、、柴油机废气中微粒过滤和各种工业过程中热腐蚀性气体的过滤等社会面临的环境、生物和交通等相关问题领域。碳化硅多孔陶瓷增强铝基复合材料具有重量轻、强度高、模量高、热膨胀系数低、耐磨性好等特点，在汽车零部件、电子设备散热片、航空发动机和机体组件等领域被广泛应用。本文针对碳化硅多孔陶瓷力学性能较低、孔隙结构不可控的问题，重点研究了陶瓷浆料、多次挂浆、后处理工艺和间接3D打印法制备对多孔泡沫陶瓷性能的影响，并对金属合金组成、复合工艺和多孔陶瓷制备工艺对碳化硅多孔陶瓷增强铝基复合材料性能的影响进行了研究。主要研究结果如下：（1）采用有机泡沫复制法制备了碳化硅多孔陶瓷，对浆料的

3、流变性能、粒度匹配、力学性能和微观形貌进行分析。研究表明，采用PAA-NH4作为分散剂、pH值为11、粒度配比为d3=0.33D时浆料具有较好的稳定性和流动性，较为适宜浸渍涂覆，多次浸渍涂覆和钇溶胶处理能提高陶瓷浆料的厚度和填充多孔架中的孔隙。多次浸渍涂覆、钇溶胶后处理工艺对多孔陶瓷的力学性能有增强作用，制备的多孔陶瓷抗压强度从1.79MPa逐渐提升到2.28MPa。（2）采用间接3D打印方式成功制备了碳化硅多孔陶瓷，这一方法结合了3D打印、凝胶注模和液体干燥工艺。首先用3D打印的方式获得以PVA为原料的多孔结构模具，而后将碳化硅浆料以凝胶注模的形式注入多孔模具，

4、最后再用液体干燥工艺去除模板。制得的碳化硅浆料具有非常好的流动性（0.46Pa·s）和较高的固含量（57.5vol%）。制备的多孔陶瓷的致密度为97.6%，平均抗压强度为45MPa。这一方法呈现出制备多种高质量多孔或复杂结构陶瓷的潜力。（3）采用原位无压浸渗法将金属合金与两种不同工艺制备的多孔陶瓷复合，并对相对致密度、物相组成、力学性能、导热系数、微观形貌进行分析。研究表明，镁粉和硅粉添加量分别为8wt%和2wt%金属熔体具有较好的流动性和润湿性，保温温度为900℃、保温时间为6h是较为适宜的复合工艺。在与有机泡沫复制法制备的多孔陶瓷形成的复合材料的相对致密度为7

5、3.77%、抗压强度为685.8MPa、导热系数为112.36W/m·K。间接3D打印制备的多孔陶瓷的复合材料在力学性能明显要优于机泡沫复制法，其与金属形成的复合材料的相对致密度为92.3%、抗压强度为735.2MPa、导热系数为102.52W/m·K。关键词：网眼多孔陶瓷；铝基复合材料；有机泡沫浸渍法；碳化硅；凝胶注模。StudyofPreparationandPerformanceofaNewTypeofSiC/AlCompositeMaterialsAbstractPorousceramicshavemanyfeatures,includingchemica

6、linertness,thermalshockresistance,corrosionresistance,wearresistance,lowdensity,highspecificsurfacearea,lowdielectricconstant,etc.theyarebeingutilizedinabroadrangeofapplicationsinordertomitigateseveralenvironmental,biological,andtransportationrelatedissuessocietyfacing,suchapplication

7、sincludeforexamplethemoltenmetalfilter,heatinsulation,catalystcarrier,dieselengineexhaustparticlefilter.Accordingtothelowmechanicalperformanceofporousceramicsandtheporestructurewasdifficultcontrolled,theeffectsofceramicslurry,coatingtimes,reprocessingandindirect3Dprintingontheproperti

8、esofp