【摘 要】
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界面高度集中的热残余应力严重限制了SiCp/6061Al复合材料在航空航天等工业尖端领域的广泛应用。本文采用粉末冶金法制备了35vol.%SiCp/6061Al复合材料,揭示了成型工艺优化和增强体颗粒表面预处理等界面调控方式对复合材料残余应力的作用机制,同时结合有限元方法探讨了界面相对SiCp/6061Al复合材料残余应力水平及分布的影响规律,并且从热力学的角度分析了界面反应的热力学条件以及主要界
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界面高度集中的热残余应力严重限制了SiCp/6061Al复合材料在航空航天等工业尖端领域的广泛应用。本文采用粉末冶金法制备了35vol.%SiCp/6061Al复合材料,揭示了成型工艺优化和增强体颗粒表面预处理等界面调控方式对复合材料残余应力的作用机制,同时结合有限元方法探讨了界面相对SiCp/6061Al复合材料残余应力水平及分布的影响规律,并且从热力学的角度分析了界面反应的热力学条件以及主要界面产物的热稳定性和形成机理,系统地研究了界面调控与SiCp/6061Al复合材料残余应力的内在联系,为实现界面残余应力的有效松弛、复合材料机械性能的提高以及扩大它在工业尖端领域的应用提供理论依据和技术指导。本文的主要研究内容与结果如下所示:（1）优化成型工艺能够促使复合材料中的残余应力松弛释放。烧结温度750℃、保温2h,退火温度500℃、时间4h时,35vol.%SiCp/6061Al复合材料具有较高的相对致密度和显微硬度,分别为96.2%、152.7HV,此时复合材料中残余应力较低,仅为1.7MPa;增强体颗粒表面预处理能够有效缓解残余应力的集中程度。SiC颗粒在经历酸洗和高温氧化（1100℃/6h）预处理之后,制备成型的35vol.%SiCp/6061Al复合材料具有最低的残余应力,仅为1.1MPa。（2）在0.25～2μm的厚度区间范围内,SiCp/6061Al复合材料的最佳界面相厚度为1μm,增强体和界面相中最大残余应力分别为40.4MPa和152MPa。随着SiC颗粒的纵横比增加,界面相的尖角部分发生钝化,SiCp/6061Al复合材料的残余应力水平显著下降,且残余应力主要分布在界面相和增强体接触的表面层。当界面产物为Mg O时,复合材料中残余应力主要分布在界面相,并且具有较高的残余应力,为178.5MPa;当界面产物为Si时,界面具有相对较小的残余应力,为121.4MPa。（3）相较于其他界面产物而言,MgAl2O4和Al2O3具有更高的热稳定性,但Al2O3会在Mg元素的作用下通过化学反应形成MgAl2O4。在1023K时,界面反应:2Mg O（s）+4Al（l）+3Si O2（s）=2MgAl2O4（s）+3Si（s）具有最低的吉布斯自由能,反应发生的优先级最高,对应的MgAl2O4和Si是最易形成的界面产物。同时,由于界面反应:3SiC（s）+4Al（l）=Al4C3（s）+3Si（s）的吉布斯自由能ΔG>0,因此在1023K时SiCp/6061Al复合材料中未形成界面产物Al4C3。热力学计算与XRD物相分析的结果相对一致。图[39]表[13]参[113]
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