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本课题采用热爆反应合成法,以Al-ZrO2-B2O3为反应体系,成功合成(α-Al2O3+ZrB2)微-纳米复相陶瓷颗粒增强的铝基复合材料。利用SEM、XRD、EDS、TEM等手段分析反应产物微观组织及其分布状况。对反应体系进行热力学计算,结合DSC曲线,并运用XRD分析Al-ZrO2-B2O3系反应机理。当B2O3与ZrO2的摩尔比为1,Al率先与B2O3反应生成B与非晶态Al2O3,之后大部分B与Al结合形成AlB2,很少一部分B固溶在ZrO2的表面形成Zr(O,B)2,随着温度的升高,体系获得能量增加,Zr(O,B)2将与Al反应生成ZrB2与非晶态Al2O3,最后Al与ZrO2和AlB2反应生成α-Al2O3与ZrB2,之前的非晶态Al2O3经过一系列相变转化为α-Al2O3。整个反应过程中的中间产物为AlB2、Zr(O, B)2和非晶态Al2O3。分析不同参数对体系反应过程的影响,活化能计算表明增强相体积分数为100%的体系反应活化能(392.4kJ/mol)明显要高于增强相体积分数为30%的活化能(292.6 kJ/mol),这说明随着铝含量的减少,体系的反应难度要增大。对复合材料的微观组织进行观察,颗粒在基体中均匀分布,粒径由数十纳米到数微米不等,颗粒的形态随着球磨时间与保温时间的增加愈加规则,分布愈加均匀,EDS分析表明相对较亮趋于球形的颗粒是α-Al2O3,相对趋于灰色、棱角清晰的颗粒是ZrB2。内晶相在α-Al2O3中被发现,分析表明内晶相为纳米级的ZrB2颗粒。内晶颗粒的形成主要是升温阶段,氧化铝在相变的过程中表面积缩小,密度增大,部分细小的ZrB2被包裹其中,另外在保温过程中,由于两种增强相与基体的润湿性差异,也会导致少量内晶颗粒的形成。(α-Al2O3+ZrB2)/Al复合材料随着球磨时间的增加,其致密性有所提高,硬度也呈增加趋势。烧结态的复合材料拉伸力学性能测试结果表明,增强相体积分数为20%与30%的体系的抗拉强度与延伸率分别为188MPa、2.38%与166MPa、1.60%,这要高于工业纯铝的抗拉强度,断口分析表明孔洞的存在是制约烧结态复合材料拉伸性能的主要因素。磨损实验表明(α-Al2O3+ZrB2)/Al复合材料的磨损量随载荷的增加不断增大,干摩擦系数随载荷的增加先增后减。磨损量随滑动速度的增加呈先增后减的趋势,而干摩擦系数一直减小。复合材料的磨损机制以粘着磨损为主兼有磨粒磨损与氧化磨损机制。30%体系的复合材料耐磨损性能要优于20%体系,表明(α-Al2O3+ZrB2)颗粒的引入,起到强化基体,提高耐磨损性的作用。