本文關(guān)鍵詞：碳化硅表面氧化處理與鋁基復合材料可控制備，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：液態(tài)攪拌法是制備碳化硅顆粒增強鋁基復合材料(SiCp/A1)的主要方法之一,為了解決碳化硅顆粒分布均勻性問題,必須改善兩者界面反應(yīng)和潤濕結(jié)合情況,實現(xiàn)SiCp/A1復合材料的可控制備。本文研究了碳化硅表面高溫氧化處理的工藝方案與機理,用高真空潤濕角測定設(shè)備測量不同溫度氧化的碳化硅與鋁的接觸角,通過分析軟件統(tǒng)計計算其表面張力、附著功以及浸潤功,并研究了在潤濕過程中接觸角隨時間變化的關(guān)系,采用了機械攪拌方式制備復合材料,通過水力模擬實驗優(yōu)化了攪拌葉片結(jié)構(gòu),創(chuàng)新設(shè)計并實施了“兩步法”制備SiCp/Al復合材料工藝,研究了攪拌工藝參數(shù)對復合材料組織與性能的影響規(guī)律。主要的研究成果如下：(1)SiC顆粒在850℃以上的氧化過程中,SiC氧化增量和氧化層的體積分數(shù)隨高溫保溫時間延長呈現(xiàn)先增長較快后趨于穩(wěn)定的趨勢,且氧化溫度越高,氧化增重越快,氧化層的體積分數(shù)占總體積越大,在1100℃氧化4h得到的SiO2氧化層厚度約為252nm。要獲得晶態(tài)的SiO2,SiC的氧化溫度應(yīng)控制在1100℃以上,氧化時間應(yīng)至少大于2h,在氧化2h-4h內(nèi),SiC表面發(fā)生了由無定型SiO2向晶態(tài)SiO2轉(zhuǎn)化的過程,其晶型為高溫型方石英。高溫氧化后的SiC在不同冷卻速率下冷卻到室溫,表面的SiO2晶型沒有發(fā)生變化,表明冷卻速率對經(jīng)過氧化的SiC表面晶型結(jié)構(gòu)沒有影響。為控制較好的復合材料界面,SiC氧化的優(yōu)化工藝為1100℃、4h。(2)SiC經(jīng)過高溫氧化處理后能明顯改善與鋁的潤濕性,在850℃、6h下氧化處理的SiC與鋁的潤濕性沒有提高,在1100℃、6h下兩者的潤濕性有所改善,接觸角降低了30.64°。由于SiC表面已生成了大量晶態(tài)SiO2,改善了兩者的潤濕性。SiC與鋁的潤濕經(jīng)過三個階段,初始階段,接觸角較大；反應(yīng)階段,接觸角迅速減小；穩(wěn)定階段,接觸角不再變化。表明在液態(tài)攪拌法制備SiC增強鋁基復合材料的過程中,至少需兩者接觸7min以上才能實現(xiàn)反應(yīng)潤濕。(3)液態(tài)攪拌法制備鋁基復合材料的優(yōu)化工藝為：攪拌溫度應(yīng)控制在680℃左右,攪拌速度為950r/min,采用雙級葉片間距H=30mm,SiC的加入量為5%～10%時,比較容易實現(xiàn)SiC顆粒與鋁基復合材料的結(jié)合。高速攪拌的攪拌速度為6OOOr/min,攪拌溫度為700℃,攪拌時間為5min,制備的復合材料中SiC顆粒分布均勻。通過氧化處理的SiC顆粒制備的增強鋁基復合材料在界面上,形成了一個SiC/SiO2 MgAl2O4/Al界面組織,使SiC與Al的界面實現(xiàn)了良好的潤濕性結(jié)合。
【關(guān)鍵詞】：鋁基復合材料 SiC高溫氧化 潤濕性 液態(tài)攪拌 分布均勻性 界面
【學位授予單位】：西安工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 選題背景10-11
• 1.2 鋁基復合材料概述11-13
• 1.2.1 鋁基復合材料簡介11-12
• 1.2.2 鋁基復合材料應(yīng)用領(lǐng)域與展望12-13
• 1.3 碳化硅增強鋁基復合材料制備技術(shù)13-15
• 1.3.1 粉末冶金法13
• 1.3.2 攪拌鑄造法13-14
• 1.3.3 壓力鑄造法14
• 1.3.4 共噴射沉積技術(shù)14
• 1.3.5 原位自生成技術(shù)14-15
• 1.4 碳化硅增強鋁基復合材料開發(fā)應(yīng)用的問題15
• 1.4.1 復合材料制備工藝方法缺陷15
• 1.4.2 復合材料加工性能缺陷15
• 1.4.3 材料的回收與利用15
• 1.5 本課題主要研究內(nèi)容15-17
• 2 實驗材料及制備方法17-23
• 2.1 實驗材料17-18
• 2.2 制備方法18-22
• 2.2.1 碳化硅表面高溫氧化過程18
• 2.2.2 鋁基復合材料制備方法18-22
• 2.3 組織觀察與分析22-23
• 2.3.1 金相顯微鏡(OM)觀察22
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)觀察22
• 2.3.3 透射電子顯微鏡(TEM)觀察22
• 2.3.4 X射線衍射(XRD)分析22-23
• 3 碳化硅表面高溫氧化行為研究23-32
• 3.1 研究背景及方案23
• 3.2 碳化硅氧化模型的建立23-26
• 3.2.1 理論推導23-25
• 3.2.2 具體計算25-26
• 3.3 SiC顆粒的氧化特征26-27
• 3.4 SiC顆粒的SEM分析結(jié)果27
• 3.5 碳化硅氧化狀態(tài)對二氧化硅晶型的影響27-31
• 3.5.1 碳化硅氧化時間對二氧化硅晶型的影響27-28
• 3.5.2 碳化硅氧化溫度對二氧化硅晶型的影響28-29
• 3.5.3 不同冷卻速率對二氧化硅晶型的影響29-31
• 3.6 本章小結(jié)31-32
• 4 碳化硅與鋁潤濕性研究32-45
• 4.1 實驗材料與測定方法32-37
• 4.1.1 實驗材料32
• 4.1.2 實驗測定方法32-34
• 4.1.3 實驗測定設(shè)備34-35
• 4.1.4 實驗數(shù)據(jù)處理35-36
• 4.1.5 實驗誤差校準36-37
• 4.2 實驗結(jié)果與分析37-44
• 4.2.1 接觸角測定結(jié)果與分析37-40
• 4.2.2 表面粗糙度對潤濕性的影響40-42
• 4.2.3 SEM微觀結(jié)果分析42-44
• 4.3 本章小結(jié)44-45
• 5 碳化硅顆粒增強鋁基復合材料可控制備45-62
• 5.1 實驗目的45
• 5.2 實驗研究方案45
• 5.3 實驗工藝流程45-46
• 5.4 攪拌模擬實驗46-49
• 5.4.1 葉片形狀的選擇46-48
• 5.4.2 葉片結(jié)構(gòu)的選擇48-49
• 5.5 碳化硅增強鋁基復合材料的制備49-51
• 5.5.1 碳化硅增強鋁基復合材料工藝設(shè)計49-50
• 5.5.2 碳化硅增強鋁基復合材料二次攪拌實驗50-51
• 5.6 實驗樣品分析51-52
• 5.6.1 金相試樣的制備及觀察51-52
• 5.6.2 掃描電鏡分析52
• 5.7 實驗結(jié)果分析52-61
• 5.7.1 鋁基復合材料組織分析52-58
• 5.7.1.1 攪拌法制備鋁基復合材料組織分析52-56
• 5.7.1.2 二次攪拌鋁基復合材料組織分析56-58
• 5.7.2 實驗現(xiàn)象及問題分析58-60
• 5.7.3 復合材料制備工藝小結(jié)60-61
• 5.8 本章小結(jié)61-62
• 6 鋁基復合材料界面分析62-66
• 6.1 SEM分析結(jié)果62-63
• 6.1.1 碳化硅顆粒微觀形貌62
• 6.1.2 SiC_p/Al復合材料界面線掃描分析62-63
• 6.2 TEM分析結(jié)果63-66
• 6.2.1 實驗方法與分析63
• 6.2.2 SiC_p/Al復合材料界面分析63-66
• 7 結(jié)論66-68
• 參考文獻68-73
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文73-74
• 致謝74-76

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;日本研制開發(fā)出高強鋁基復合材料[J];鋁加工;2001年06期

2 白蕓,韓恩厚,譚若兵,畢敬;鋁基復合材料性能的研究現(xiàn)狀[J];材料保護;2003年09期

3 劉衛(wèi)紅,孫大謙,賈樹盛,邱小明;非連續(xù)增強鋁基復合材料連接新工藝[J];沈陽工業(yè)大學學報;2003年03期

4 張啟勝;淺談鋁基復合材料的研究及應(yīng)用[J];青海科技;2004年05期

5 呂一中;;鋁基復合材料在交通運輸工具中的應(yīng)用[J];北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院學報;2006年01期

6 鐘宇;熊計;趙國忠;王鈞;賴人銘;;鋁基復合材料的研究現(xiàn)狀[J];輕合金加工技術(shù);2008年12期

7 侯麗麗;尹志新;樊新波;;鋁基復合材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J];熱加工工藝;2008年10期

8 ;新型鋁基復合材料填補國內(nèi)空白[J];鋁加工;2008年03期

9 ;首屆鋁基復合材料技術(shù)及應(yīng)用研討會征文啟事[J];上海有色金屬;2008年03期

10 張蜀紅;劉炳;;鋁基復合材料熱處理的研究及發(fā)展應(yīng)用[J];熱加工工藝;2009年22期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 羅洪峰;符新;李粵;廖宇蘭;;新型綠色材料-粉煤灰顆粒增強鋁基復合材料[A];2009海峽兩岸機械科技論壇論文集[C];2009年

2 彭麗平;王兆松;李劍鋒;呂世功;王春;李國卿;;鋁基復合材料表面多層復合厚膜的研究[A];TFC’09全國薄膜技術(shù)學術(shù)研討會論文摘要集[C];2009年

3 羅洪峰;符新;李粵;廖宇蘭;;新型綠色材料-粉煤灰顆粒增強鋁基復合材料[A];十三省區(qū)市機械工程學會第五屆科技論壇論文集[C];2009年

4 朱秀榮;童文俊;費良軍;王榮;;陶瓷纖維增強梯度鋁基復合材料研究[A];西部大開發(fā) 科教先行與可持續(xù)發(fā)展——中國科協(xié)2000年學術(shù)年會文集[C];2000年

5 歐陽求保;王文龍;張曾祜;張國定;李瑞祥;;鋁基復合材料太陽能桁架部件的研制[A];復合材料的現(xiàn)狀與發(fā)展——第十一屆全國復合材料學術(shù)會議論文集[C];2000年

6 陳國欽;孫東立;張強;姜龍濤;武高輝;;冷熱循環(huán)處理對鋁基復合材料熱膨脹行為的影響[A];復合材料：生命、環(huán)境與高技術(shù)——第十二屆全國復合材料學術(shù)會議論文集[C];2002年

7 佟林松;樊建中;肖伯律;;低熱膨脹鋁基復合材料的研究進展[A];中國有色金屬學會第十二屆材料科學與合金加工學術(shù)年會論文集[C];2007年

8 丁偉;修子揚;張東華;;5A06鋁合金及鋁基復合材料薄板的高速撞擊行為研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

9 王黎東;費維棟;姚忠凱;;含β-鋰霞石顆粒和硼酸鋁晶須的鋁基復合材料研究[A];復合材料：生命、環(huán)境與高技術(shù)——第十二屆全國復合材料學術(shù)會議論文集[C];2002年

10 張文毓;;熱噴涂用鋁基復合材料的制備工藝[A];第九屆全國粉體工程學術(shù)會暨相關(guān)設(shè)備、產(chǎn)品交流會論文專輯[C];2003年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 孔祥海 趙秀娟;新型鋁基復合材料填補國內(nèi)空白[N];中國有色金屬報;2008年

2 記者史愛萍;增強鋁基復合材料前景看好[N];中國有色金屬報;2009年

3 王迅;江蘇省鋁基復合材料中心獲準建立[N];中國有色金屬報;2004年

4 市科發(fā);我市“鋁基復合材料工程技術(shù)研究中心”建設(shè)成效顯著[N];鎮(zhèn)江日報;2007年

5 北京航空材料研究院高級工程師 桂滿昌;東西好還得做得精[N];科技日報;2001年

6 本報通訊員 吳奕 張明平;他的發(fā)明為何成群結(jié)隊？[N];科技日報;2013年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王智;非陶瓷不連續(xù)體增強鋁基復合材料的制備、組織和力學性能研究[D];華南理工大學;2015年

2 劉一雄;Ti顆粒與SiC_p協(xié)同增強鋁基復合材料組織性能與強化機理研究[D];華南理工大學;2015年

3 李曉普;放電等離子燒結(jié)制備SiC_p/6061鋁基復合材料及其熱變形行為的研究[D];燕山大學;2016年

4 劉衛(wèi)紅;鋁基復合材料瞬間液相擴散連接[D];吉林大學;2004年

5 許志武;液態(tài)釬料與鋁基復合材料超聲潤濕復合機理及其應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2008年

6 劉崇宇;累積疊軋焊法制備鋁基復合材料的研究[D];燕山大學;2013年

7 劉江;攪拌反應(yīng)合成Al-Fe金屬間化合物強化鋁基復合材料[D];重慶大學;2003年

8 范國華;添加BaPbO_3顆粒的鋁基復合材料的組織性能與高溫變形研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

9 楊旭東;均勻分散的碳納米管增強鋁基復合材料的制備與性能[D];天津大學;2012年

10 聶存珠;B_4C顆粒增強Al基復合材料的制備及焊接性研究[D];上海交通大學;2008年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李艷鵬;氬弧熔化制備TiC_P/Al復合材料中TiC的形成過程及影響因素研究[D];鄭州大學;2015年

2 李建新;網(wǎng)狀(CNTs+SiCw)/2024Al基復合材料的制備與性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

3 高振增;激光沉積制備WC_p/Al復合材料微觀組織及增強相調(diào)控研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

4 聶希;納米SiC_p增強7075鋁基復合材料半固態(tài)觸變成形研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

5 方頌;網(wǎng)狀(Al_3Zr+Al_2O_(3np))/6061復合材料制備及力學性能[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

6 熊俊杰;原位顆粒增強ADC12鋁基復合材料的制備及研究[D];南昌大學;2015年

7 趙振興;短碳纖維增強鋁基復合材料的制備工藝及性能研究[D];河南科技大學;2015年

8 胡東甫;高潔凈度原位TiB_2增強鋁基復合材料的制備[D];大連理工大學;2015年

9 湯煈;原位自生6063/TiB_2鋁基復合材料攪拌摩擦加工的研究[D];上海交通大學;2015年

10 但承益;TiB_2顆粒對鋁基復合材料變形過程的影響[D];上海交通大學;2015年

  本文關(guān)鍵詞：碳化硅表面氧化處理與鋁基復合材料可控制備，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號：253070