Al复合材料性能研究.pdf

《Al复合材料性能研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、中国航空学会2007年学术年会材料专题39轻质、低膨胀Sip/Al复合材料性能研究修子扬姜龙涛武高辉哈尔滨工业大学金属复合材料与工程研究所哈尔滨150001摘要本文以航空用仪表材料为应用背景，开发了低膨胀、高导热、低密度可再生型Sip/Al复合材料，其增强体为10mu高纯Si粉、基体采用LD11铝合金，体积分数为70%。由于Sip/Al复合材料具有轻质、低膨胀、高导热、易加工和可回收再利用等特性而在航空仪表上有着广泛的应用前景。本研究对Sip/Al复合材料的微观组织、热膨胀性能、导热性能和密度等性能进行了研究，试验结果表明：Si颗粒呈现尖

2、角形不规则形状，均匀弥散的分布在铝合金中，没有明显的团聚和偏聚；复合材料组织致密，没有气孔、夹杂等缺陷。材料均匀致密的组织不但能提高复合材料的热导率还能提高材料的强度和弹性模量，有利于提高材料的尺寸稳定性，从而增加材料的使用寿命；大量的观察表明，Si-Al界面干净、平滑，洁净的界面对于复合材料的物理性能是有利的。随着温度的升高，Sip/Al复合材料的热-6膨胀系数也呈现增加的趋势，复合材料20℃~50℃的平均热膨胀系数为7.6×10/℃，很好的满足航空仪表材料的使用要求。导热性能是航空仪表材料的一个重要的考察指标，Sip/Al导热率可达1

3、60W/(m·℃)，能够迅速而有效的将仪表上产生的热量迅速的传出，而保护了仪表使用的可靠性。Sip/Al复合材料有着较高的强度、比模量和较低的密3度，弯曲强度和弹性模量分别达到293.9MPa和121.1GPa，比强度和比模量分别为122.46MPpa·cm/g和49.6533GPa·cm/g。由于复合材料的密度较低，仅为2.4g/m，导致其比模量较高。对于常用的金属材料Cu和Kovar合金，其3比模量分别只有13.1和18.5Gpa·cm/g，仅仅为本文材料的1/4和1/3，较高的比强度和比模量有利于降低器件的质量，对于航空仪表器件的减

4、重具有很大的意义。关键词Si/Al复合材料仪表材料热膨胀热导率材料是一切工业之母，而先进复合材料是近代材料工业的主流，航空、航天用的先进复合材料[1]又起着应用领域中的先驱及主导作用。长期以来，铝、镁、铜、钛等合金一直是航空产品的重要[2]结构材料，但是目前，单一金属材料已经很难满足日益发展的航空技术对材料的需求。而颗粒增强铝基复合材料具有热膨胀系数（CTE）低且可调、导热性好、密度小等优点，在航空领域得到了[4-6]-6广泛的应用。最新发展起来的Si颗粒增强铝基复合材料，更是因为具有较低的热膨胀系数(7.6×10/3℃)、较高的导热率(

5、100~180W/(m·℃))、较低的密度(2.4g/cm)、优异的加工性能和可回收再利用特[7-13]性而受到了广大研究者的青睐，在航空仪表材料中有着广泛的应用前景。因此本研究选用平均粒径为10um的高纯Si粉为增强体，以LD11铝合金为基体，采用专利技术制备了体积分数为70%Sip/Al复合材料，研究了其微观组织特征、热膨胀性能、导热等性能，并与现行的材料进行了比较。1材料与试验方法增强体选择平均粒径为10um的高纯Si颗粒。基体选用LD11铝合金，其主要化学成分(质量分数/%)为：12%Si,0.5%~1.3%Cu,0.8%~1.3

6、%Mg,1.0%Fe,0.5%~1.3%Ni,其余为Al。Sip/Al复合材料采用专利压力浸渗技术制备。复合材料进行退火处理，工艺如下：410℃保温3h后炉冷。使用OLYMPUSPME3照相机拍摄金相照片，以观察复合材料的光学显微组织；利用PhilipsCM-12透射1中国航空学会2007年学术年会材料专题39电镜(TEM)进一步观察与分析高体积分数复合材料微观组织，加速电压分别为100kV~120Kv;试验材料的热膨胀系数采用德国NETZSCH公司的DIL402型膨胀测试仪测定，考察温度范围为20℃~490℃,试样尺寸φ6×25mm，升

7、温速率为5℃/min,氦气保护。热导率测试是在德国NETZSCH公司生产的TCT416型热导率测试仪上进行的，测试温度范围为20~60℃，力学性能采用三点弯曲试验测试，跨距为30mm，设备为Instron5569万能电子拉伸试验机。2试验结果与讨论2.1微观组织图1为Sip/Al复合材料金相显微组织照片，从图中可以看出：Si颗粒呈现尖角形不规则形状，均匀弥散的分布在铝合金中，没有明显的团聚和偏聚；复合材料组织致密，没有气孔、夹杂等缺陷。材料均匀致密的组织不但能提高复合材料的热导率还能提高材料的强度和弹性模量，有利于提高材料的尺寸稳定性，从

8、而增加材料的使用寿命。界面及界面效应的存在是影响复合材料性能发挥的重要因素。图2为Sip/Al复合材界面TEM照片。大量的观察表明，Si-Al界面干净、平滑。[8]一般认为在界面附近发生以下反