發(fā)布時間：2020-03-22 09:11

【摘要】：傳統(tǒng)金屬基復(fù)合材料中,增強體均勻無序分布,此類復(fù)合構(gòu)型在提高材料強度的同時也較大幅度地犧牲材料的塑韌性,制約其進一步發(fā)展與應(yīng)用。反觀自然生物材料(如骨頭、木和貝殼)經(jīng)過長期的進化而擁有精細的復(fù)合構(gòu)型,充分發(fā)揮構(gòu)型與復(fù)合的雙重效益,具有優(yōu)異的強韌化匹配。啟迪于貝殼珍珠層疊層結(jié)構(gòu)及其強韌匹配的構(gòu)效關(guān)系,本論文在仿生納米疊層構(gòu)型石墨烯(還原氧化石墨烯,reduced graphene oxide,rGO)增強Al基復(fù)合材料制備的基礎(chǔ)上,進一步研究了仿生復(fù)合材料中石墨烯片徑對于復(fù)合材料力學(xué)性能的影響,探討實現(xiàn)復(fù)合材料強度與塑性匹配的優(yōu)化條件。本論文的主要研究結(jié)果如下:1.優(yōu)化和制備不同橫向片徑大小的氧化石墨烯。利用超聲分散實現(xiàn)小片徑氧化石墨烯的單層分散。選擇大片徑的氧化石墨作為起始材料,通過精確調(diào)控化學(xué)氧化的時間與溫度,以及后續(xù)超聲處理的功率等參數(shù),制備出較大片徑的氧化石墨烯。三種氧化石墨烯的橫向片徑范圍從亞微米到十幾個微米,涵蓋由剪切延滯理論所估算的臨界值,可作為增強體模塊并為后續(xù)制備復(fù)合模塊奠定基礎(chǔ)。2.實現(xiàn)石墨烯在鋁基體中的有效均勻分散,采用改進的粉末冶金技術(shù)路線,實現(xiàn)塊體仿生納米疊層rGO/Al基復(fù)合材料的制備。首先利用濕法球磨制備具有高徑厚比的微納米片狀A(yù)l粉作為基體模塊,基于靜電吸附機制的混合工藝以及后續(xù)熱還原處理實現(xiàn)rGO/Al基復(fù)合模塊的制備。采用冷壓-真空燒結(jié)-熱軋制等工藝實現(xiàn)rGO/Al基復(fù)合模塊的自組裝和致密化,制備致密且高度有序的rGO/Al基疊層復(fù)合材料。rGO/鋁基復(fù)合材料的微觀組織表征顯示了高度有序的精細納米疊層結(jié)構(gòu)以及界面處rGO的分布與形貌。3.分析不同橫向片徑rGO對仿生納米疊層構(gòu)型rGO/Al基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響,探究實現(xiàn)石墨烯/Al基納米疊層復(fù)合材料強度與塑性匹配的優(yōu)化條件。實驗結(jié)果表明,石墨烯片徑顯著影響了仿生納米疊層復(fù)合材料的力學(xué)性能。當(dāng)石墨烯片徑較小時,復(fù)合材料的強度隨著片徑增大而增大,但妥協(xié)了延展性。當(dāng)石墨烯的片徑足夠大時,其強度略有下降,但其延展性恢復(fù)到與純Al基體相當(dāng)。大橫向片徑的石墨烯有利于實現(xiàn)仿生納米疊層復(fù)合材料的強度與塑性的良好平衡。本研究顯示了增強體的尺寸效應(yīng)和復(fù)合材料的構(gòu)型設(shè)計對實現(xiàn)金屬基復(fù)合材料強韌化的重要意義,為高性能金屬基復(fù)合材料的發(fā)展提供實驗基礎(chǔ)和理論依據(jù)。
【圖文】：

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文引入可有效阻礙位錯長程運動，加上其有效傳遞載荷的作用，使得復(fù)合材料的（服）強度相對于基體有較高的提升。而也可能是基體晶界處引入的增強相增大形變過程中界面處的應(yīng)力集中，進而使復(fù)合材料在界面處容易先產(chǎn)生裂紋并且有有效阻止后續(xù)的裂紋擴展，最終導(dǎo)致復(fù)合材料韌（塑）性降低。

有分離高含量增強體的不均勻結(jié)構(gòu)的示意圖。(b)Al2O3短纖維團結(jié)構(gòu)[16]。具有分級混雜增強體 50 vol.% SiCp/6061Al 復(fù)合材料的(c) 團聚復(fù)合顆粒的均勻分布和 (d) 團聚相與基體的良好結(jié)合。chematic illustrations of microstructural inhomogeneity with isolated rse. (b) The microstructure of the 6061Al composites reinforced fromAs[16]. Microstructure of 50 vol.% SiCp/6061Al composite with hybrid ]: (c) homogeneous distribution of composite agglomerate particles anbonding between the agglomerate and matrix.棒狀/層狀/環(huán)狀高含量增強體的不均勻結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其或二維是連續(xù)的, 如圖 1-3(a)所示。 Zhang 等[18, 19]通過結(jié)合真空壓力浸漬法和擠壓工藝成功制61Al 復(fù)合材料。它是由 45vol.%SiCp-6061Al 復(fù)合芯棒作為l 作為基體，如圖 1-3(b-c)所示。直徑 560 μm 的 45 vol.%有效地承載應(yīng)力，，同時，相鄰芯棒間的基體區(qū)域最大距離地承受應(yīng)變和鈍化裂紋，甚至在芯棒斷裂后承擔(dān)部分載荷1Al 復(fù)合材料相比，這種 MMCs 的斷裂韌性提高了 35.1Al（見圖 1-3(d)）。實驗數(shù)據(jù)還表明了這種多芯復(fù)合材料顯
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB333

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