论文部分内容阅读
铝基复合材料因其具有轻质高强高韧等优良的性能而在许多工程领域得到广泛的应用。本论文选择Ti3AlC2作为铝基复合材料的增强相，拟解决目前复合材料制备过程中的陶瓷脆性难加工、陶瓷/金属润湿性差、陶瓷与铝热匹配性差导致微裂纹等问题。本文采用无压浸渗法制备了双连续相Ti3AlC2/Al基复合材料，通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、差热分析(DSC)等方法完成了对多孔陶瓷预制体及复合材料的表征、复合材料反应机理的研究，通过性能测试完成对复合材料的力学性能研究并探讨了制备工艺与陶瓷含量对复合材料显微结构及力学性能的影响，最后分析了Ti3AlC2/2024Al基复合材料的结构与性能。 研究结果表明: (1)采用原位反应烧结法，在1380℃、1450℃保温10min的条件下，以Ti、Al、TiC为原料，以Sn为反应助剂，制备出纯度较高气孔率可调的多孔Ti3AlC2预制体。预制体具有足够的强度与保形性，内部疏松多孔，符合无压浸渗法对预制体的要求。 (2)采用930℃的浸渗温度，分别保温1h、2h和3h都能获得结构致密、陶瓷相和金属相呈三维网络连续分布的Ti3AlC2/Al基复合材料。在浸渗过程中，Al与部分Ti3AlC2发生反应生成Al3Ti和TiC。随着保温时间的延长，复合材料中Al3Ti颗粒逐渐长大，Ti3AlC2颗粒尺度不断变小;保温3h后Ti3AlC2由最初的大颗粒团聚堆叠形态逐渐被一层层剥离成为细丝状小颗粒，在颗粒的四周分布着反应生成的TiC颗粒。 (3)制备的双连续相Ti3AlC2/Al基复合材料性能优良。其中，复合材料体积密度小于4g/cm3，相对密度高于95％;保温3h的58Ti3AlC2/Al基复合材料综合力学性能最佳，其维氏硬度达到约1.65GPa，抗压强度、抗压屈服强度和弯曲强度分别达到368MPa、359MPa和362MPa，断裂韧性KIC值达到7.1MPa·m1/2。 (4)选取2024铝合金作为金属基体制备了不同陶瓷含量的双连续相Ti3AlC2/2024Al基复合材料。该复合材料的力学性能优于相同工艺制备的Ti3AlC2/Al基复合材料，其中58Ti3AlC2/2024Al抗压强度、抗压屈服强度和弯曲强度分别达到414MPa、351MPa和417MPa;46Ti3AlC2/2024Al复合材料的断裂应变值达到12.6％。