挤压铸造法制备双连续β-Si3N4增强铝基复合材料

100材料导报B研究篇2015年4月下第29卷第4期挤压铸造法制备双连续SI3N4增强铝基复合材料鲁元，负柯，杨旭，吕恒，丁勇西安特种设备检验检测院，西安710065摘要通过碳热还原法制备了气孔率为5347O2的PSI。N多孔预制体，利用挤压铸造法制备双连续SI。N4增强铝基复合材料。随着P_SI。N4陶瓷增强相体积分数的增加，复合材料的弯曲强度由3839MPA增加到5848MPA，显微硬度由1627HV增加到2415HV，断裂韧性由119MPAML下降到95MPAMI2。铝合金基体的断裂模式是韧性断裂，SI。N棒状晶的断裂模式受到晶粒取向的影响。复合材料强韧化机制主要有负荷传递、位错增殖、裂纹桥联、裂纹偏转和微裂纹增韧。关键词挤压铸造法复合材料强韧化机制中图分类号TB331文献标识码ADOI1011896JISSN1005023X201508022FABRICATIONOFCOCONTINUOUSSIAN4REINFORCEDAIMATRIXCOMPOSITESTHROUGHSQUEEZECASTINGLUYUAN，YUNKE，YANGXU，LUHENG，DINGYONGXIANSPECIALEQUIPMENTINSPECTIONINSTITUTE，XIAN710065ABSTRACTTHESI3N4REINFORCEDA1MATRIXCOMPOSITESWEREFABRICATEDTHROUGHTHESQUEEZECASTINGOFPOROUSSI3N4PREFORMSTHEPOROSITYWAS5340A一7O2OBTAINEDBYCARBOTHERMALREDUCTIONWITHANINCREASEINTHESN4CONTENTOFCOMPOSITES，THEFLEXURALSTRENGTHOFTHECOMPOSITEINCREASEDFROM3839MPATO5848MPA，THEVICKERSHARDNESSOFTHECOMPOSITEINCREASEDFROM1627HVTO2415HVANDTHEFRACTURETOUGHNESSDECREASEDFROM119MPAMTO95MPAM1THESTRENGTHENINGANDTOUGHENINGMECHANISMOFCOMPOSITESINCLUDEDLOADTRANSFERING，DISLOCATIONSTRENGTHENING，CRACKBRIDGING，CRACKDEFLECTIONANDMICROCRAEKTOUGHENINGKEYWORDSSQUEEZECASTING，COMPOSITES，STRENGTHENINGANDTOUGHENINGMECHANISM随着科技工作者对陶瓷增强金属基复合材料研究的逐步深入，陶瓷增强金属基复合材料从传统的陶瓷颗粒增强金属基复合材料发展到现在的双连续陶瓷增强金属基复合材料1。双连续陶瓷增强金属基复合材料是近年来出现的一种具备新型组织结构的金属基复合材料，陶瓷增强体和金属基体在三维空间双连续呈交织网络结构。双连续陶瓷增强金属基复合材料具有以下优点优良承载能力和抗冲击能力，整体增韧效果增强，增强体与基体结合得到大幅度改善，结合了陶瓷高硬度、高模量、高强度和金属韧性好等优点一。本工作通过碳热还原法制备了JSI。N多孔预制体，利用挤压铸造工艺制备了性能优异的双连续TSI。N陶瓷增强铝基复合材料。此种工艺与传统的陶瓷增强铝基复合材料的制备工艺相比，挤压铸造法通过机械压力使熔融铝合金液强行进入13SI。N多孔预制体内的气孔，此方法不但可以克服PSI。N和铝合金润湿性差的不足，提高了熔融铝合金液对多孔B_SN预制体微小气孔的填充能力，并且浸渗时间短，凝固速度快，避免了PSI。N在复合材料制备过程中与熔融铝合金液发生不良反应，使复合材料致密度大幅度升高，力学性能优异。1实验11试样制备以USI。N晶种、二氧化硅和碳黑为原料，Y。O。为烧结助剂。起始原料的配比如表1，质量分数所示，P7O2、P607、P534分别代表气孔率为702、607、534的13SI。N多孔预制体。SI02和碳黑的物质的量比为12。使用的铝合金为ZL104MG01703，SI801O5，AL8989183。在配好的原料中加入乙醇，以氮化硅球作为球磨介质在尼龙罐中湿磨48H，使粉料混合均匀。接着把混合好的浆料在旋转蒸发器中干燥后过4O目筛，模压成46MMX5MM5MM的长条形试样，放在涂有BN的石墨坩埚中，接着放人多功能炉HIGHMULTI一5000FIJIDEMPA中，在约50510PA国家自然科学基金51272205；51072157；A3前瞻计划一51161140399；51071123；51101126；凝固技术国家重点实验室西北工业大学自主研究课题资助43一QP2009；31一TP2009；863计划2011AA030102；国家教育部博士点专项基金2