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SiC/Al复合材料具有低密度、高刚性、高强度、抗疲劳性能好、耐磨性好、使用寿命长与成本低等特点,使得这种材料在航空、航天、汽车运输、体育、建筑、电子等领域具有广泛得应用前景。目前,世界上已经成功研制出SiCp增强6061铝合金基复合材料并投入应用,但是SiC/Al之间的润湿、界面反应等界面结合问题一直没有得到完全解决。 本研究采用Cu包裹到SiC颗粒与Al复合的方法来解决SiC/Al的界面结合问题。首先,采用非均相沉淀方法将Cu包裹到SiC颗粒表面;并分析了原始SiC颗粒尺寸及其分布、反应温度、CuSO4溶液饱和度等对颗粒包裹效果的影响。通过DSC-TG技术了解复合粉体在加热过程中的物理和化学变化行为,然后,利用粉末冶金的方法制备了致密的、结构均匀的SiC(Cu)/Al复合材料;分别采用XRD、SEM、等手段对样品进行表征。对SiC(Cu)/Al界面结构及其影响因素进行了探讨;并对检测了制品的硬度和致密度,分析了其影响因素。最后,讨论了Al在凝固过程中的热力学及动力学机理和Al晶粒的生长模式以及SiC(Cu)/Al复合材料界面的反应。 结果表明,采用非均相沉淀方法,可以将Cu包裹到纳米SiC颗粒表面,获得的复合粉体中SiC和Cu两相之间的混合均匀。原始SiC颗粒的大小、形状均对包覆效果有影响,小颗粒的碳化硅颗粒比大颗粒的包覆效果好,球形颗粒比其他形貌的颗粒包覆效果好。包裹的复合粉体中的相分布与包裹过程中的反应温度有关。随着反应温度的提高,Cu2O的含量逐渐降低。CuSO4溶液的饱和度对包裹粉体的结构和相分布没有影响。根据DSC-TG的测试结果,在常压加热过程中,SiC(Cu)/Al复合粉体的最佳烧成温度控制在700~750℃比较合适。制得的烧结体显微结构随温度变化明显,在低于铝的熔点下650℃温度下,铝—包裹增强SiC颗粒结合界面因为没有发生化学反应,SiC颗粒的包裹形貌基本上也没有改变。随着烧成温度的升高,发生界面反应形成CuAl2相,造成晶界处与晶粒互相交融的图像特征,在更高烧结温度下出现SiC颗粒富集区域。SiC(Cu)/Al材料的断裂面呈现出凹凸不平,裂纹沿扩展方向弯曲、偏转,SiC(Cu)/Al复合材料界面结合比较复杂,即存在着强界面结合区域的同时,也存在着弱界面结合区域。得到SiC(Cu)/Al复合材料的致密度大致分布在2.70g/cm3左右,Al含量增多致密度增摘要高,LaZO3有助于提高制品致密度。显微硬度随着烧结温度的升高而呈现先升高再降低后升高趋势,最大值可达到79.67Hv。常压烧结下,SIC/Al复合材料的致密化通过单个包裹粉体颗粒单元的球状体生长过程来实现。SIC(Cu)/A1复合材料结合界面处低烧结温度下不发生界面反应,在高烧结温度下发生界面反应生成A1203、CuA12。