復(fù)合材料因其基體和增強(qiáng)體不同,可表現(xiàn)出不同的性能,具有廣泛的應(yīng)用空間,因此深受科研學(xué)者的關(guān)注。B₄C_P/Al復(fù)合材料強(qiáng)度高,密度小,同時(shí)能吸收中子,因此在交通運(yùn)輸、國防工業(yè)、核廢料運(yùn)輸與儲(chǔ)存等領(lǐng)域具有極為重要的地位。本文通過粉末冶金方法,以課題組自主設(shè)計(jì)制備的Al-Zn-Mg-Cu系合金粉末為基體,以粒徑為1μm的B₄C_P作為增強(qiáng)體,成功設(shè)計(jì)制備出了強(qiáng)度為1172 MPa的超高強(qiáng)度B₄C_P/Al復(fù)合材料,并通過SEM、OM和XRD等設(shè)備對(duì)球磨混粉、氬氣保護(hù)燒結(jié)/熱等靜壓燒結(jié)、熱擠壓、固溶時(shí)效等制備加工工藝和材料組織性能進(jìn)行了研究。具體研究?jī)?nèi)容及研究結(jié)果如下:（1）設(shè)計(jì)了B₄C_P/Al復(fù)合材料的增強(qiáng)體系,并對(duì)其制備工藝進(jìn)行了研究。研究表明,濕磨增強(qiáng)體（B₄C_P、Ti_P）—混合濕磨增強(qiáng)體顆粒和基體—干磨混合粉末的球磨方法得到的復(fù)合粉末中增強(qiáng)體分散均勻。... 

【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：112 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

實(shí)驗(yàn)方案

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文15沙天久金屬材料有限公司加工制備，制得的合金粉末粒度為75微米，下圖為合金粉末相關(guān)的SEM圖與XRD分析結(jié)果。圖2.2合金粉末SEM形貌Fig.2.2TheSEMmorphologyofalloypowder2030405060708090050010001500200025003000Intensity(a.u.)2(degree)Al圖2.3鋁合金粉末的XRD圖Fig.2.3TheXRDpatternofalloypowder2.1.3增強(qiáng)體材料考慮到要求制備的復(fù)合材料的彈性模量、強(qiáng)度、密度、基體與增強(qiáng)體的潤(rùn)濕性和應(yīng)用領(lǐng)域等因素，本文對(duì)增強(qiáng)體的要求較高。B4Cp具有強(qiáng)度、比模量高和密度低(與鋁相近)等突出的物理性能，在以B4Cp為增強(qiáng)體，鋁合金作為基體時(shí)，B4Cp不易發(fā)生沉積現(xiàn)象，因而易于分散在鋁合金中，此外B4CP/Al復(fù)合材料制備工藝簡(jiǎn)單，可通過粉末冶金及熱擠壓工藝生產(chǎn)。綜上本文選擇B4Cp作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體。一般而言，增強(qiáng)體材料粒徑越小，強(qiáng)化效果越好，但是過小的增強(qiáng)顆粒會(huì)使

粉末冶金B(yǎng)4CP增強(qiáng)超高強(qiáng)度鋁基復(fù)合材料制備加工及組織性能研究16得其與基體合金的潤(rùn)濕性變差，而增強(qiáng)體顆粒越多，其表面的雜質(zhì)和吸附的氣體相應(yīng)更多，這會(huì)影響增強(qiáng)體和基體的界面結(jié)合，所以增強(qiáng)體粒度不能過小[102-103]。此外粒徑較大的B4Cp還具有一定的尖角效應(yīng)，其會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度，且粒徑越大，尖角效應(yīng)越強(qiáng)，對(duì)材料的破壞越強(qiáng)，這也是增強(qiáng)材料粒徑越大，材料綜合性能往往越差的一個(gè)重要原因。但綜合考慮潤(rùn)濕性以及分散性的問題，本實(shí)驗(yàn)選擇的B4Cp粒度為1μm。B4Cp的含量的選擇對(duì)B4Cp/Al復(fù)合材料的性能也有著極大影響。如果增強(qiáng)材料體積分?jǐn)?shù)較低，則增強(qiáng)效果可能難以發(fā)揮，但是過多的增強(qiáng)體則會(huì)大大增加增強(qiáng)體分散難度，而增強(qiáng)體的團(tuán)聚會(huì)促使復(fù)合材料變得疏松，嚴(yán)重影響復(fù)合材料的使用性能。經(jīng)過理論計(jì)算及實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)為10%-15%的B4Cp便能達(dá)到項(xiàng)目的性能指標(biāo)，而通過對(duì)其燒結(jié)性能分析，本文最終選擇的B4Cp體積分?jǐn)?shù)含量為10%。B4Cp形貌對(duì)復(fù)合材料的微塑形變形有一定關(guān)系。有研究發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)體顆粒為球狀時(shí)，其產(chǎn)生的變形常為各向同性，當(dāng)增強(qiáng)體顆粒存在較多尖角時(shí)，材料微塑形變產(chǎn)生的應(yīng)力常為各向異性，這會(huì)使材料發(fā)生局部微位移，導(dǎo)致材料尺寸變化。實(shí)驗(yàn)使用的B4Cp是由上海允復(fù)納米提供，其具體的性能參數(shù)如表2.2所示，其實(shí)物圖和掃描電鏡圖如圖2.3所示。表2.2碳化硼性能參數(shù)Table2.2Theperformanceparametersofboroncarbide材料名稱硬度(GPa)密度(g·cm-3)彈性模量(GPa)熱膨脹系數(shù)(10-6K-1)碳化硼55-672.474504.5圖2.3(a)B4C粉末實(shí)物圖，(b)B4C粉末SEM形貌Fig.2.3(a)ThephysicalpictureofB4Cpowder;(b)TheSEMmorphologyofB4Cpowder

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