【摘 要】
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本文选用多种国产市售磨料级SiC颗粒,采用流化床气流磨法对其进行多次整形,并测算整形前、后颗粒的3种形状参数以表征、评价整形效果;分别以整形前、后的SiC颗粒作为增强体,
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本文选用多种国产市售磨料级SiC颗粒,采用流化床气流磨法对其进行多次整形,并测算整形前、后颗粒的3种形状参数以表征、评价整形效果;分别以整形前、后的SiC颗粒作为增强体,采用无压浸渗法制备高体份SiCp/Al复合材料,并以三点弯曲法探究整形及颗粒粒径对其力学性能的影响规律;利用Halpin-Tsai方程探讨颗粒长径比及体积分数对复合材料弹性模量的影响规律;利用ABAQUS有限元软件,模拟并对比了复合材料在受到弯曲载荷时整形与未整形颗粒周围的应力应变分布情况。经测算,相比于原始态颗粒,4批整形后颗粒中值粒径(D50)均有所降低,幅度在10%~20%;整形后颗粒长径比减小、轮廓系数与圆度更趋近于1,即颗粒形状更趋近于球形。通过有限元模拟发现,颗粒存在尖锐棱角时,尖角处容易出现应力集中现象,整形态复合材料中的应力集中区域明显小于原始态复合材料。通过局部应力模拟实验,发现在整体载荷不高的情况下,颗粒尖角处的强度就已经达到甚至超过材料的屈服强度。通过分析三点弯曲试验数据结果,得出以下结论:相较于原始态复合材料,4批整形态复合材料抗弯强度及弹性模量均有所提高,幅度均为10%~15%,最高弯曲强度达到430 MPa。整形抑制了颗粒周围的应力集中现象,进而改善了复合材料的力学性能;整形还增加了 SiC颗粒的堆积密度及其在复合材料中的体积分数,进而使复合材料的弹性模量得以提高。对于同种形态的颗粒,颗粒平均粒径越大,其抗弯能力越弱。断口分析表明,原始态复合材料中很多颗粒在其尖锐棱角处发生了断裂,整形后这种情况得到明显改善。
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