【摘 要】
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三维网络结构SiC/Al复合材料将SiC陶瓷良好的抗压强度与Al的韧性相结合,在空间上呈现出三维网络状的互通结构,陶瓷材料受到金属的约束,具有优良的抗冲击性与抗崩落性能,且两种材料本身足够轻质,在煤矿安全、军工装甲、航空航天领域具备广阔的应用前景,特别是在安全防护方面,具有更加明显的应用优势。但是三维网络结构SiC/Al复合材料的结构可控性与可成型性依然存在较大问题。本文针对复杂形状SiC陶瓷在不
【基金项目】
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国家重点研发计划课题“废旧重型装备智能再制造成形技术与成套装备”（项目号:2018YFC1902403）
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三维网络结构SiC/Al复合材料将SiC陶瓷良好的抗压强度与Al的韧性相结合,在空间上呈现出三维网络状的互通结构,陶瓷材料受到金属的约束,具有优良的抗冲击性与抗崩落性能,且两种材料本身足够轻质,在煤矿安全、军工装甲、航空航天领域具备广阔的应用前景,特别是在安全防护方面,具有更加明显的应用优势。但是三维网络结构SiC/Al复合材料的结构可控性与可成型性依然存在较大问题。本文针对复杂形状SiC陶瓷在不同结构下表现出的性能,将3D打印技术和陶瓷凝胶注模成型相结合,制备出结构可控的SiC陶瓷增强体,然后通过无压浸渗技术制备出三维网络结构SiC/Al复合材料,重点研究了陶瓷浆料、凝胶固化、脱模和烧结工艺对三维网络结构陶瓷性能的影响,分析陶瓷及复合材料的微观结构、组成以及力学性能,并通过仿真探究了不同空间结构复合材料的压缩性能及抗侵彻性能,为开发高性能防护材料奠定坚实的技术基础。主要研究内容如下:（1）高固相、低粘度、稳定分散的SiC浆料研究。主要分析了SiC浆料的分散剂含量、颗粒级配、pH值、固含量、单体含量、炭黑含量、球磨时间等因素对陶瓷浆料粘度的影响,通过优化工艺流程和组分配比,提升浆料的流动性和稳定性,当浆料固相含量高达56%时,浆料粘度也仅为300 mPa·s,坯体干燥收缩率为6.6%,适宜三维复杂模型注模。（2）三维网络结构SiC陶瓷成型工艺及性能研究。本论文将3D打印、凝胶注模、加热脱模和气相渗硅烧结工艺相结合,制得三维网络结构陶瓷增强体。制备的陶瓷增强体相对密度为87%、平均抗压强度为113 Mpa,此方法适合三维网络结构及其他复杂结构陶瓷的制备。（3）三维网络结构SiC/Al复合材料制备及性能研究。对不同结构的陶瓷增强体进行准静态压缩仿真分析,三维网络圆柱结构SiC/Al复合材料具有较好的强度和失效应变,因此采用无压浸渗法制备了三维网络圆柱结构SiC/Al复合材料。对冲击体高速侵彻三维网络结构SiC/Al复合材料的过程进行有限元数值模拟,发现三维网络结构SiC/Al复合材料具有良好的防侵彻能力,且复合材料密度仅为2.746 g/cm~3,在轻质防护方面具有广阔的应用前景,对实现装备防护轻量化具有重要意义。本论文共有图64幅,表12个,参考文献97篇。
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