發(fā)布時間：2017-09-13 08:59

第 2 章 實驗材料與研究方法

2.1 實驗材料

實驗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、純度和來源如表 2.1 所示。本實驗中選用高強度鑄造鋁合金 ZL205A (Al–Cu合金)和 Al–Si–Mg合金。采用瑞士產的 ARL4460 光譜分析儀測定合金成分，測定結果如下:

2.2 研究方法及技術路線

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 復合材料，其制備工藝可分為兩個步驟：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，然后通過真空–氣壓浸滲法或無壓浸滲法向多孔 SiC 坯體的孔隙中填充 Al 合金，最終制出復合材料。圖 2.1 為制備多孔陶瓷坯體所需的冷凍鑄造實驗裝置示意圖，圖 2.1（a）為常見的單向冷凍，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，，實現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 SiC 多孔陶瓷坯體 ..... 49
3.4 冷凍溫度對多孔陶瓷微觀結構的影響......... 55
3.5 固相含量對層狀多孔陶瓷骨架微觀結構和性能的影響.....58
第 4 章 壓力浸滲法制備層狀互通結構 ZL205A/SiC 復合材料及其力學性能···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 ZL205A/SiC 復合材料力學性能的影響規(guī)律及機制............. 76
第 5 章 無壓浸滲法制備層狀互通結構 Al–Si–Mg/SiC 復合材料及其力學性能················101
5.1 引言......101
5.2 無壓浸滲動力學研究......101

第 6 章 層狀互通結構 ZL205A/SiC 復合材料的干摩擦磨損性能

6.1 引言

眾所周知，機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（人造關節(jié)）等領域的迅速發(fā)展，對輕質材料的耐磨性能提出了更高的要求[206, 207]。像鋁合金等傳統金屬輕質材料雖然具有高比強度、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域的更廣泛應用[208]。在金屬中添加陶瓷相，不僅使材料具有高比強度、高比模量、耐高溫、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點，而且還具有比基體更好的耐磨性。在陶瓷顆粒增強金屬基復合材料中 Al/SiCp復合材料是優(yōu)秀的代表，其成本低廉、來源廣泛、綜合性能優(yōu)良，因此前人對 SiCp均勻布的 Al 基復合材料進行了大量的研究[209-217]。

6.2 層狀互通結構 ZL205A/SiC 復合材料的摩擦磨損行為

在本實驗中獲得的層狀復合材料呈現梯度結構，結合圖 3.6 所給出的坯體微觀結構可知，復合材料底部的片層較細小致密，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，研究不同取向對層狀互通結構 ZL205A/SiC 復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 方向標記了片層的不同取向，如圖 6.1 所示。
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第 7 章 結 論

發(fā)現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構。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構波長均增大；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構波長均增大。隨著冷凍溫度的降低，單向冷凍的冰晶前沿凝固速度增加，液相燒結后的層狀多孔 SiC坯體中片層厚度和冷凍波長均減小。對無助燒劑體系，當漿料初始固相含量增加至 40 vol.%時，由于漿料粘度大，層狀結構不明顯，氧化燒結的坯體強度較低。對助燒劑體系，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，抗壓強度增大。

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參考文獻（略）

本文編號：842728