基于高通量制备技术的铝基复合材料用SiC颗粒适用性研究

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本文选择14种国内不同厂商所生产的市售磨料级碳化硅颗粒,粒度范围均在60~80μm,借助自主研发的无压浸渗高通量制备工艺平台经过四次微小试样(20mm×20mm×10mm)高通量实验,共制备出338个SiC/Al复合材料。通过对它们的浸渗成功率、密度和微观组织等综合分析,快速筛选出浸渗工艺性良好的29种颗粒进行第五次常规尺寸复合材料(80mm×80mm×20mm)高通量制备。通过TG、SEM、XRD以及三点弯曲等测试方法着重研究了不同清洗状态和不同氧化程度的碳化硅颗粒对SiC/Al复合材料制备工艺过程和材料强度的影响规律。对于不同清洗态SiC而言,SEM分析显示颗粒表面或多或少都附着着微小的颗粒物,其成分主要为碳化硅和少量的游离碳。通过去离子水超声清洗工艺能够有效清除颗粒吸附质,而丙酮清洗与去离子水清洗效果通过SEM观察区别不大。通过TG分析发现,去离子水清洗颗粒加热至1200℃的失重率为0.24%,而同等条件下丙酮清洗的颗粒失重率仅为0.14%,该现象表明丙酮清洗不仅能去除无机吸附质,还能够去除颗粒表面污染的油脂等有机物。对于氧化态SiC颗粒来说,由SEM可以观察到1200℃保温4h的氧化态碳化硅颗粒表面相较于1100℃与1300℃的氧化态颗粒所生成的二氧化硅更加连续和平滑。由复合材料强度测试结果可以看出,去离子水清洗和丙酮清洗态复合材料强度水平相当,均值分别为347.48MPa和348.39MPa,但是从数据离散系数来看(分别为8.60%和1.26%),丙酮清洗态的强度数据稳定性更好。对于三种氧化态复合材料而言,1200℃保温4h的氧化态颗粒由于其表面氧化膜层最连续和平滑,所得的复合材料强度也最好,高达379.86MPa。断口分析观察表明,清洗态颗粒和1200℃保温4h颗粒对应的复合材料界面结合良好,孔洞缺陷和界面脱粘现象明显少于原始态颗粒及1100℃、1300℃氧化态颗粒所对应的复合材料,这也是后者强度表现不佳的主要机制。其次是SiC颗粒过度氧化产生较厚氧化膜,浸渗过程中与基体中的Mg发生反应产生较多Mg Al2O4反应层,从而给复合材料带来较大脆性。
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