第 2 章 實(shí)驗(yàn)材料與研究方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用材料包括商用碳化硅粉體、氧化鋁粉體、氧化鎂粉體、羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）和去離子水，各種材料的粒度、純度和來(lái)源如表 2.1 所示。本實(shí)驗(yàn)中選用高強(qiáng)度鑄造鋁合金 ZL205A (Al–Cu合金)和 Al–Si–Mg合金。采用瑞士產(chǎn)的 ARL4460 光譜分析儀測(cè)定合金成分，測(cè)定結(jié)果如下:

2.2 研究方法及技術(shù)路線

采用冷凍鑄造法和熔體浸滲法制備層狀或均勻分布的 Al/SiC 復(fù)合材料，其制備工藝可分為兩個(gè)步驟：首先采用冷凍鑄造法制備層狀或均勻分布的多孔 SiC 陶瓷坯體，然后通過(guò)真空–氣壓浸滲法或無(wú)壓浸滲法向多孔 SiC 坯體的孔隙中填充 Al 合金，最終制出復(fù)合材料。圖 2.1 為制備多孔陶瓷坯體所需的冷凍鑄造實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，圖 2.1（a）為常見(jiàn)的單向冷凍，而圖 2.1（b）為快速冷凍。在單向冷凍裝置中，將銅棒下端置入盛有液氮的保溫容器中，其上端裝有加熱圈以及頂部與隔熱性能良好的聚四氟乙烯模具連接。通過(guò)下端的冷卻和上端的加熱，使銅棒頂部處于恒定低溫狀態(tài)。將陶瓷漿料倒入模具內(nèi)，，實(shí)現(xiàn)漿料從下而上的定向凝固。

第 3 章 冷凍鑄造法制備層狀多孔 SiC 陶瓷坯體.....47

3.1 引言....... 47
3.2 SiC 漿料流變性....... 47
3.3 液相燒結(jié) SiC 多孔陶瓷坯體 ..... 49
3.4 冷凍溫度對(duì)多孔陶瓷微觀結(jié)構(gòu)的影響......... 55
3.5 固相含量對(duì)層狀多孔陶瓷骨架微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響.....58
第 4 章 壓力浸滲法制備層狀互通結(jié)構(gòu) ZL205A/SiC 復(fù)合材料及其力學(xué)性能···71
4.1 引言....... 71
4.2 真空-氣壓浸滲工藝研究............ 72
4.3 陶瓷顆粒的分布狀態(tài)對(duì) ZL205A/SiC 復(fù)合材料力學(xué)性能的影響規(guī)律及機(jī)制............. 76
第 5 章 無(wú)壓浸滲法制備層狀互通結(jié)構(gòu) Al–Si–Mg/SiC 復(fù)合材料及其力學(xué)性能················101
5.1 引言......101
5.2 無(wú)壓浸滲動(dòng)力學(xué)研究......101

第 6 章 層狀互通結(jié)構(gòu) ZL205A/SiC 復(fù)合材料的干摩擦磨損性能

6.1 引言

眾所周知，機(jī)器零件的大部分失效是由于摩擦磨損造成的，為此更換或修復(fù)磨損件而消耗了大量的能源、資源和人力。隨著航空航天、交通、生物制造（人造關(guān)節(jié)）等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，對(duì)輕質(zhì)材料的耐磨性能提出了更高的要求[206, 207]。像鋁合金等傳統(tǒng)金屬輕質(zhì)材料雖然具有高比強(qiáng)度、耐腐蝕和良好的鑄造性能，但摩擦狀態(tài)不穩(wěn)定，抗咬合性能較差，耐磨性能不理想，這阻礙了其在摩擦領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用[208]。在金屬中添加陶瓷相，不僅使材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，而且還具有比基體更好的耐磨性。在陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中 Al/SiCp復(fù)合材料是優(yōu)秀的代表，其成本低廉、來(lái)源廣泛、綜合性能優(yōu)良，因此前人對(duì) SiCp均勻布的 Al 基復(fù)合材料進(jìn)行了大量的研究[209-217]。

6.2 層狀互通結(jié)構(gòu) ZL205A/SiC 復(fù)合材料的摩擦磨損行為

在本實(shí)驗(yàn)中獲得的層狀復(fù)合材料呈現(xiàn)梯度結(jié)構(gòu)，結(jié)合圖 3.6 所給出的坯體微觀結(jié)構(gòu)可知，復(fù)合材料底部的片層較細(xì)小致密，隨著離底部的高度，片層變粗大。我們選擇片層較厚位置（取復(fù)合材料離底部 15 mm左右高的區(qū)域）的縱、橫截面，研究不同取向?qū)訝罨ネńY(jié)構(gòu) ZL205A/SiC 復(fù)合材料的磨損性能的影響，其橫截面為垂直于片層方向；縱截面為平行于片層方向；另外，采用三維的 X、Y 和 Z 方向標(biāo)記了片層的不同取向，如圖 6.1 所示。
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第 7 章 結(jié) 論

發(fā)現(xiàn)采用快速冷凍法制備的 SiC 多孔陶瓷中，孔隙均勻分布；而采用單向冷凍鑄造法制備的 SiC 多孔陶瓷呈從下至上梯度變化的層狀結(jié)構(gòu)。揭示出隨著離冷端距離的增加，漿料凝固速度降低，陶瓷骨架片層厚度和結(jié)構(gòu)波長(zhǎng)均增大；隨著漿料中陶瓷初始固相含量的增加，漿料粘度增大，凝固速度增加，陶瓷骨架片層厚度和結(jié)構(gòu)波長(zhǎng)均增大。隨著冷凍溫度的降低，單向冷凍的冰晶前沿凝固速度增加，液相燒結(jié)后的層狀多孔 SiC坯體中片層厚度和冷凍波長(zhǎng)均減小。對(duì)無(wú)助燒劑體系，當(dāng)漿料初始固相含量增加至 40 vol.%時(shí)，由于漿料粘度大，層狀結(jié)構(gòu)不明顯，氧化燒結(jié)的坯體強(qiáng)度較低。對(duì)助燒劑體系，隨著助燒劑含量的增加，SiC 水基漿料的粘度減小，漿料的凝固速度降低。隨著漿料中陶瓷初始固相含量和助燒劑含量增加，坯體孔隙率減小，抗壓強(qiáng)度增大。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：842728