低膨胀铝硅基复合材料的制备及性能研究

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高硅铝基复合材料具有密度小、比强度高、热膨胀系数低和优异的耐磨性能等优点,广泛应用于航空、航天、电子封装、精密仪器等行业,目前已成为复合材料研究的热点。本文以Al-Si体系作为研究对象,以高硅铝合金粉为原料,采用粉末冶金法制备了铝基复合材料。利用光学显微镜、扫描电镜及XRD技术对复合材料微观组织及物相进行了表征,测定了复合材料的致密度、膨胀系数、抗拉强度、硬度,系统研究了烧结方法、热压烧结温度,烧结时间及压制压力对复合材料组织和性能的影响规律,讨论了粉体处理方法及工艺参数对复合材料组织及性能的影响,讨论了复合材料的烧结成型过程和机理,优化了制备工艺方法及工艺参数。结果表明:热压烧结制备的复合材料综合性能较冷压法制备的性能高。采用湿法高能球磨粉体处理,显著细化组织中硅颗粒,避免干磨时引入的Fe杂质,使复合材料抗拉强度提高;随着硅含量从30%增加到50%,材料的热膨胀系数从14.7×10-6K-1降到10.3×10-6K-1,同时复合材料的硬度逐渐提高,密度逐渐增大,而抗拉强度逐渐下降;烧结时间从1.5h增加到3.5h,试验材料空洞和缺陷减少,抗拉强度从85MPa增加到110MPa,烧结时间进一步增加,复合材料组织中析出的硅颗粒长大,使其抗拉强度降低;压制压力从20MPa增加到60MPa,样品的物理、机械性能逐渐提高,当进一步增大压制压力达到80MPa时,组织中出现脆性相硅颗粒断裂,复合材料性能下降;烧结温度从530℃增加到570℃,样品的物理、机械性能逐渐提高,进一步增加烧结温度,会导致复合材料过烧,性能降低。最佳制备方法为高能球磨预处理后热压烧结,其工艺参数为:以酒精为溶剂12h湿磨,烧结温度为570℃,烧结压制压力60MPa和保温时间3.5h。
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