采用OM和EDS研究不同扭轉(zhuǎn)圈數(shù)下高壓扭轉(zhuǎn)法制備SiC_P/Al復(fù)合材料的顯微組織和界面擴(kuò)散行為,并結(jié)合組織特點(diǎn)和界面特征分析扭轉(zhuǎn)圈數(shù)對復(fù)合材料拉伸性能和斷裂機(jī)理的影響。結(jié)果表明:扭轉(zhuǎn)圈數(shù)的增加可以有效提高SiC顆粒分布的均勻性,閉合孔隙,界面處Al元素?cái)U(kuò)散能力增強(qiáng),擴(kuò)散距離增大,Al擴(kuò)散系數(shù)實(shí)際計(jì)算值較理論值增大了10¹⁷倍,形成以元素?cái)U(kuò)散和界面反應(yīng)為主的強(qiáng)界面結(jié)合,試樣抗拉強(qiáng)度和伸長率不斷提高,少量的SiC顆粒均勻分布在斷口韌窩中,斷裂主要以基體的韌性斷裂為主;當(dāng)扭轉(zhuǎn)圈數(shù)較大時(shí),SiC顆粒在劇烈剪切作用下破碎加劇,顆粒"再生團(tuán)聚"導(dǎo)致孔隙率增大,潛在裂紋源增多,形成大量結(jié)合強(qiáng)度較低的斷裂新生界面,試樣抗拉強(qiáng)度和伸長率顯著降低,在團(tuán)聚位置易形成尺寸較大的深坑韌窩,復(fù)合材料斷裂呈現(xiàn)韌性斷裂與脆性斷裂的混合模式。 

【文章來源】：材料工程. 2017,45(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖１高壓扭轉(zhuǎn)試樣Ｆｉｇ．１Ｓａｍｐｌｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅｔｏｒｓｉｏｎ

對ＳｉＣ顆粒進(jìn)行高溫氧化處理，表面生成的ＳｉＯ２與Ａｌ的物理相容性好，可有效控制不良界面反應(yīng)。圖１高壓扭轉(zhuǎn)試樣Ｆｉｇ．１Ｓａｍｐｌｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅｔｏｒｓｉｏｎ對實(shí)驗(yàn)制得試樣進(jìn)行研磨、拋光，利用４ＸＢ－ＴＶ倒置顯微鏡對橫截面的顯微組織進(jìn)行觀察，并采用ＣＭＴ４１０４萬能試驗(yàn)機(jī)、掃描電鏡和Ｘ射線能譜儀（ＥＤＳ）對試樣進(jìn)行界面元素分布、拉伸性能和拉伸斷口形貌等測試。拉伸試樣標(biāo)距部分主要分布在ｒ＝７ｍｍ附近，取樣位置如圖２所示。圖２拉伸試樣取樣示意圖Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｅｎｓｉｌｅｓａｍｐｌｅ２結(jié)果與分析２．１顯微組織分析圖３為２００℃下，分別扭轉(zhuǎn)１，２，４，６，８圈時(shí)，試樣半徑ｒ＝７ｍｍ處的顯微組織。由圖３可以看出扭轉(zhuǎn)圈數(shù)（１～２圈）較小時(shí)，ＳｉＣ顆粒形狀完整，分布均勻性較差，局部區(qū)域存在顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象，在團(tuán)聚位置觀察到明顯孔隙缺陷。隨著扭轉(zhuǎn)圈數(shù)增大，ＳｉＣ顆粒分布均勻性有所提高，顆粒形狀更加圓潤，破碎顆粒增多，孔隙閉合明顯；扭轉(zhuǎn)６圈時(shí)，孔隙等缺陷幾乎不可見，ＳｉＣ顆粒間形成均勻、合理的分布狀態(tài)。一方面在高壓扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)剪和三向壓應(yīng)力作用下，剪切應(yīng)變的積累可以有效閉合孔隙，改善顆粒的分布狀況。同時(shí)增強(qiáng)顆粒由于硬度高、形狀不規(guī)則，變形協(xié)調(diào)流動(dòng)性差，高壓扭轉(zhuǎn)過程中ＳｉＣ顆粒在基體界面的切應(yīng)力作用下發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，尖角處易應(yīng)力集中發(fā)生破碎，形成尺寸不一的小顆粒，根據(jù)多粒徑最致密填充理論，這種多粒徑的顆粒填充有利于降低孔隙率。觀察發(fā)現(xiàn)在扭轉(zhuǎn)圈數(shù)達(dá)到８圈時(shí)，顆粒分

第４５卷第７期扭轉(zhuǎn)圈數(shù)對高壓扭轉(zhuǎn)ＳｉＣＰ／Ａｌ復(fù)合材料界面擴(kuò)散行為和組織性能的影響圖３高壓扭轉(zhuǎn)試樣ｒ＝７ｍｍ處的顯微組織（ａ）１圈；（ｂ）２圈；（ｃ）４圈；（ｄ）６圈；（ｅ）８圈Ｆｉｇ．３ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆＨＰＴｓａｍｐｌｅｓａｔｒ＝７ｍｍ（ａ）１ｔｕｒｎ；（ｂ）２ｔｕｒｎｓ；（ｃ）４ｔｕｒｎｓ；（ｄ）６ｔｕｒｎｓ；（ｅ）８ｔｕｒｎｓ度較低、ＳｉＣ表面ＳｉＯ２的隔離作用及反應(yīng)產(chǎn)物Ｓｉ的存在，使得Ａｌ與ＳｉＣ的進(jìn)一步反應(yīng)受到有效抑制。而較低溫度下Ｃ在Ａｌ基體中的溶解度低，形成Ａｌ４Ｃ３所需的臨界Ｃ的濃度值很小，在剪切能和摩擦絕熱效應(yīng)的作用下少量ＳｉＣ在Ａｌ基體發(fā)生固態(tài)擴(kuò)散，引起輕微不良反應(yīng)形成Ａｌ４Ｃ３，包覆在ＳｉＣ顆粒表面，這一現(xiàn)象有利于改善Ａｌ／ＳｉＣ的潤濕性，形成更為牢固的界面結(jié)合［１２－１４］�？梢娫�?cái)U(kuò)散不僅與界面結(jié)合強(qiáng)度直接相關(guān)，也影響著界面反應(yīng)的進(jìn)行。為了研究高壓扭轉(zhuǎn)過程中界面處元素的擴(kuò)散行為，利用能譜儀對扭轉(zhuǎn)半徑ｒ＝７ｍｍ處的Ａｌ／ＳｉＣ界面進(jìn)行線掃描，采用曲線上各點(diǎn)強(qiáng)度與該元素信號峰值強(qiáng)度的比值作為該元素濃度衡量依據(jù)。從圖４觀察到界面處存在Ａｌ，Ｓｉ元素的濃度梯度，且元素濃度分布具有一定對稱性，Ａｌ，Ｓｉ元素濃度均為５％時(shí)所對應(yīng)范圍內(nèi)的Ａｌ元素濃度隨擴(kuò)散距離的變化如圖５所示。根據(jù)擴(kuò)散第一定律，在一段時(shí)間ｔ（ｓ）內(nèi)，元素?cái)U(kuò)散距離ｘ（ｍ）與擴(kuò)散系數(shù)Ｄ（ｍ２／ｓ）之間

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本文編號：3247400