论文部分内容阅读
三维连续拓扑结构陶瓷/金属基复合材料是一种双连续相复合材料，在三维连续拓扑结构中陶瓷相和金属相均连续分布，且两相相互交叉，界面结合强度较高。该双连续相复合材料结合了陶瓷相高硬度、高耐磨性与金属相良好延展性、高强度等优点，可在航空航天、摩擦磨损和防弹防护等领域应用。本文以碳化硅泡沫陶瓷为增强相，高硅铝合金Al-xSi（X=20~23）作为金属基体，通过挤压铸造工艺制备制备碳化硅泡沫陶瓷/铝基复合材料。本文主要研究碳化硅泡沫陶瓷制备工艺、复合材料的制备过程和复合材料耐磨性能。首先利用有机泡沫浸渍法和真空液相烧结技术实现碳化硅泡沫陶瓷的烧结。以Al2O3-SiO2作为烧结助剂，通过调节陶瓷粉料中碳化硅的比例和烧结工艺等合理控制碳化硅泡沫陶瓷的强度与孔隙率的变化。研究表明：添加剂CMC和PAM的加入使陶瓷浆料的粘度得到改善，使用0.06%PAM和0.2%CMC的效果最佳，浆料的固含量为65%时最适宜进行挂浆；有机泡沫的预处理对挂浆过程也至关重要；经过挂浆、干燥之后的素坯放置在真空烧结炉中烧结，通过分析陶瓷原料配比、烧结温度和保温时间，确定最佳配比中碳化硅含量为35%、烧结温度为1600℃和保温4h，样M35的抗压强度为4.63±0.2MPa，孔隙率76.19%。然后利用挤压铸造法制备复合材料，研究浇注温度、模具温度、压射压力对复合材料凝固组织的影响。研究表明：通过凝固组织金相图的分析，发现当浇注温度为750℃时，基体合金与陶瓷增强相的复合效果不佳，而浇注温度为750~780℃时，从金相图的结果上看，二者结合良好。因此，满足基体合金与陶瓷增强相良好复合的条件是浇注温度的范围为780~810℃，压射压力25~40MPa，模具预热温度为650~680℃，当浇注温度为780℃时，基体合金组织为少量细小等轴树枝晶和大量蔷薇柱状组织的混合体；浇注温度为810℃时晶粒的尺寸有增加的迹象。最后利用磨损试验机测试复合材料的耐磨性能力，通过改变负载、滑行距离和转速等实验参数来实现检测。结果表明碳化硅泡沫陶瓷/铝基复合材料的耐磨性能相比基体材料有大幅度的提升，其应用于刹车片领域的可能性很高。