高压扭转制备的SiCP/Al基复合材料颗粒破碎现象及力-热性能

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cm603
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SiCP/Al基复合材料具有高比模量、高比强度、高导热、低膨胀性等优异性能,在航空航天、交通运输、电子封装等领域有着广泛的应用,但一些传统工艺制备的SiCP/Al基复合材料因组织不均匀、界面结合较差等问题常需进行二次加工。高压扭转(high pressure torsion)工艺具有高的静水压力和较大的剪切变形能力,可直接将SiC颗粒和Al粉末固结成高性能的SiCP/Al基复合材料,具有较高的应用价值。但HPT法较高的静水压力和极大的剪切变形易导致SiC颗粒发生破碎,破碎后SiC颗粒的分布及碎后颗粒与Al基体的新生SiC-Al界面直接影响SiCP/Al基复合材料的力学、热学性能。本课题采用HPT法制备出不同压力、扭转圈数的SiCP/Al基复合材料试样,结合相关测试分析手段,研究工艺参数对SiC颗粒破碎及分布的影响规律,分析颗粒破碎后组织内新生的SiC-Al界面,并研究颗粒破碎对力学、热学性能的影响。  压力越大组织内颗粒破碎程度越大,颗粒数目越多,但是破碎后的细小颗粒分布不均匀。扭转圈数的增大,不同半径处的SiC颗粒整体呈现颗粒粒径减小,小颗粒数目不断增多的趋势,圈数越大试样组织内颗粒破碎程度越明显。颗粒破碎后组织内形成了新生的SiC-Al界面,新生界面平直清晰,不存在界面反应产物,界面处Al、Si原子相互扩散。新生界面附近Al基体组织内出现了大量晶格缺陷,圈数越大,晶格畸变越严重,扩散区域宽度增加。  虽然组织内颗粒破碎严重,但试样的力学性能并未降低反而升高。随着压力增大,显微硬度不断增大。随着扭转圈数的增大,显微硬度不断增大,抗拉强度不断升高,延伸率提高,断口形貌中韧窝数量增多,基体撕裂棱更加明显,试样塑性更好。  较大压力试样的热膨胀系数(coefficient of thermal expansion)较低,尺寸稳定性更好,其中1Gpa试样的尺寸稳定性最好。扭转圈数增大,CTE值降低,尺寸稳定性更好。不同压力试样的热导率随着压力增大呈先增大后减小的趋势,1 Gpa试样导热性最好。随着扭转圈数增大,试样的热导率先大幅增长后小幅降低,再结晶温度不断下降,形变储存能不断升高。
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