石墨/鋁復(fù)合材料一般需要在高溫下制備,石墨顆�；蚶w維與鋁基體均會(huì)發(fā)生不同程度的潤(rùn)濕作用和界面反應(yīng),形成不同結(jié)構(gòu)的界面。兩相之間的潤(rùn)濕性和界面反應(yīng)對(duì)復(fù)合材料最終的性能起重要的作用,深入研究潤(rùn)濕機(jī)理及有效控制界面反應(yīng)是獲得高性能石墨/鋁復(fù)合材料的關(guān)鍵。本文對(duì)石墨/鋁復(fù)合材料的發(fā)展概況、制備工藝,制備過程中出現(xiàn)的界面問題、氣孔缺陷等進(jìn)行了分析與討論,探討了解決對(duì)策,展望了這種新型復(fù)合材料的應(yīng)用前景。 

【文章來源】：材料開發(fā)與應(yīng)用. 2016,31(02)

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

鋁基與鍍鎳石墨接觸的界面微觀結(jié)構(gòu)

材料開發(fā)與應(yīng)用2016年4月覆了一層均勻的銅鍍層，如圖2所示。研究發(fā)現(xiàn)，鍍覆銅后可以有效改善石墨與鋁之間較差的潤(rùn)濕性，并且避免了有害的界面反應(yīng)。圖2短石墨纖維表面銅鍍層的微觀結(jié)構(gòu)［8］Fig.2SEMimageofcoppercoatingstructureSingh等［18］為了提高碳纖維與鋁基的潤(rùn)濕性和避免兩者直接接觸產(chǎn)生有害的界面反應(yīng)，利用化學(xué)鍍方法在碳纖維表面鍍覆了一層銅。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在鍍銅碳纖維分散的過程中形成了AlCu2，這種相作為吸熱物質(zhì)可以降低界面周圍流動(dòng)性，一些未溶解的銅仍然殘留在界面，可以防止纖維與熔融的鋁液直接接觸，從而避免了Al4C3的形成。銅與鋁本身有相同的晶格結(jié)構(gòu)，化學(xué)相容性較好，一定溫度下，鍍銅石墨與鋁基體可以形成固溶體，因而改善了石墨與鋁液的潤(rùn)濕性，有效地提高了復(fù)合材料的性能。(2)陶瓷涂層陶瓷涂層主要分為碳化物和氧化物涂層，常見的碳化物涂層主要包括SiC、TiC、B4C、ZrC等，氧化物涂層主要為MgO、Al2O3、TiO2、ZrO2、SiO2等［10］。石墨表面鍍覆的陶瓷涂層可以在兩相之間充當(dāng)一個(gè)擴(kuò)散阻擋層，有效地阻止嚴(yán)重的界面反應(yīng)。董志國(guó)等［19］針對(duì)不同氧化物包覆石墨顆粒做了研究，包覆在石墨表面的二氧化硅、二氧化鋯與鋁熔體發(fā)生了微弱的反應(yīng)性潤(rùn)濕，二氧化鈰與鋁熔體發(fā)生了強(qiáng)烈的反應(yīng)性潤(rùn)濕，證明采用氧化鈰鋯復(fù)合包覆既可以與鋁熔體發(fā)生反應(yīng)性潤(rùn)濕，改善石墨與鋁熔體之間的潤(rùn)濕性，又可以保證石墨不被鋁熔體侵蝕。華中勝等［20］利用溶膠-凝膠法在短石墨纖維表面成功地涂覆了一層厚度約為1—2μm的Al2O3涂層，涂層表面光滑平整，厚度均勻，與石墨結(jié)合緊密，且有涂層的石墨纖維的抗氧化性有了顯著的提高。碳化物涂層與石墨表

第31卷第2期楊毅文，等:石墨/鋁復(fù)合材料制備中的關(guān)鍵問題及其對(duì)策4Al(l)+3C(s)→Al4C3(s)(5)反應(yīng)生成的Al4C3是一種堅(jiān)硬的陶瓷相，但對(duì)復(fù)合材料是一種有害產(chǎn)物。其含量取決于滲浸溫度和在此溫度下的時(shí)間，溫度越高，時(shí)間越長(zhǎng)，Al4C3含量越多［24］。圖3Al-2%Mg合金液表面氧化膜的破裂［23］Fig.3Al-2%MgcomingupthroughtheoxidelayerbeforeinfiltrationEtter等［25］研究了石墨/鋁復(fù)合材料界面處Al4C3的形成，研究發(fā)現(xiàn)，Al4C3是一種具有低的熱傳導(dǎo)系數(shù)、易吸濕而降解的脆性相。Al4C3在潮濕環(huán)境下會(huì)逐漸降解:Al4C3(s)+12H2O(l)→4Al(OH)3(s)+3CH4(g)(6)Al4C3(s)+6H2O(l)+3O2(g)→4Al(OH)3(s)+3C(s)(7)在這些腐蝕過程中，將伴隨體積變化，比如反應(yīng)(7)中體積將增長(zhǎng)到136%，這將是非常有害的，這會(huì)加劇疲勞損傷產(chǎn)生的裂縫擴(kuò)大，造成應(yīng)力集中，對(duì)材料性質(zhì)造成傷害，如圖4所示。最后，Al4C3在界面成細(xì)小棒狀，而且非常脆，這將使界面強(qiáng)度大大降低，對(duì)材料的力學(xué)性能不利。圖4石墨/鋁復(fù)合材料碳化物結(jié)晶中裂痕的SEM照片［25］Fig.4SEMimagesshowingcracksinacarbidecrystalofagraphite/aluminummatrixcompositeLalet等［26］在文中提到，當(dāng)形成Al4C3的含量超過3%時(shí)，Al–CF復(fù)合材料的拉伸性能將會(huì)降低。Sanctis等［27］研究證明了Al4C3的形成原因是石墨的表面損傷使得在與鋁基體的邊界面發(fā)生了異質(zhì)成核。在此基礎(chǔ)上，Etter等［25］研究發(fā)現(xiàn)，石墨的結(jié)晶化程度越高，代表基底面高度取向，且邊緣暴露少，石墨表面平滑且缺陷少，越有利于抑制Al4C3的形成。黃浩等［2

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本文編號(hào)：3231659