石墨铝复合材料的制备及力学性能的研究-开题报告.doc

开题报告1、 选题依据1、选题的来源、目的和意义 石墨基复合材料是由石墨等材料作为基体或增强体，通过复合工艺组合而成的材料，属于无机非金属基复合材料，是耐温最高的材料，其强度随着温度升高而增加，在温度约为2500达到最大值，同时具有良好的抗腐蚀性能和抗热震性能。七十年代初，发展出一种新型的复合材料石墨铝。石墨颗粒的加入能显著提高材料的耐磨、减磨和自润滑性能，同时大大改善材料的吸震性和切削加工性能，降低材料的膨胀系数，因此使材料适于制造活塞、缸套、轴瓦、衬套等耐磨件，也可作刹车、传动零件或减震零件，有着广阔的应用前景。 铝合金具有低的密度、高的强度和良好的延展性，在航空、航天等领域得到广泛应用。作为结构材料，如何提高铝合金强度一直是其研究者的主攻方向。目前来看，利用改变合金熔炼方式、调控成分、调整热处理和变形工艺等方法在进一步提高铝合金性能难有突破，铝基复合材料应运而生。在铝合金中填加石墨、碳化硅、碳化硼和碳纳米管制备铝基复合材料来提高合金强度成为学者们研究方向。但增强效果不尽人意，且材料的塑性大幅降低。石墨烯纳米片具有高的强度，大的比表面积和较好的延伸率，将其添加到铝合金中形成铝基复合材料比传统基体合金具有更高的强度、刚度和优良的高温力学性能、低的热膨胀系数、优良的耐磨性，在航空、航天、汽车、电子和交通运输工业具有十分广阔的应用前景。 石墨烯是迄今为止世界上发现的最坚韧、导电和导热最好的材料。为尽快使石墨烯达到工程应用状态，欧盟在2012年启动石墨烯旗舰技术项目，美国也大力投入，并且在石墨烯作为超强电容器等应用研究已取得了突破性进展。湿化学还原法容易实现石墨烯纳米片的大批量制备，并且获得的石墨烯具有较好的亲水性和单分散性，是理想的复合材料纳米填料。因此，石墨铝复合材料的出现极大的改变了当前的格局，使材料在成本运用和损耗方面都有不错的改善。2、选题的国内外研究现状、发展趋势及存在问题 金属基石墨复合材料是在金属基体中均匀弥散一定量的石墨。在金属或合金中加入石墨，所得复合材料不仅具有基体材料的性能，而且还具有石墨的特性，如自润滑性、小的线膨胀系数、良好的减震性、导热性等，最重要的是还能明显进步材料的耐磨性和抗擦伤性，非常适用于制造活塞、轴承等耐磨减震的零件。现代研究材料科学的工作者们对该复合材料进行了多年的研究，研究成果是已经有部分复合材料成为商品或预成为商品而进入社会活动，同时由于该类商品性能的优越性，越来越多人的目光已被吸引。 美国Could公司在海军的部分资助下，将要为美国大型核潜艇研制新型蓄电池。在这种电池中采用了Cr/Pb复合材料电池板，这种电池板与铝酸蓄电池相比，不仅电池的寿命更长而且在相同容量的情况下，前者还可减轻重量，缩小体积。 DWA公司用石墨纤维增强铝复合材料为NASA和Lockheed公司制造卫星上的波导管，这种波导管不仅膨胀系数低、导电性能好、轴向刚度高，而且比原用石墨/环氧-铝层复合材料制成的波导管轻30%。20世纪70年代国际镍公司研制铝基石墨复合材料代替铸铁缸套，在一定程度上提高了耐磨性、抗咬合性、自润滑性和功率。 铝基石墨轴承已经成功替换了在机械工具、电风扇、水泵和连杆末端柴油机中的青铜和泡沫轴承，此外，还替换了铜合金轴承，并且成功应用在舰船柴油机上。石墨铝颗粒复合材料活塞在3.7KW柴油机实验中，活塞和活塞环的磨损降低，摩擦马力损失减少，同时燃料的消耗也减少。美国航天航空局已经采用石墨铝复合材料作为航天飞机中部长达20米的货舱架。二、选题研究方案1.选题研究目标、研究内容和拟解决的关键问题研究目标：石墨铝复合材料的制备及力学性能的研究研究内容： 本次研究的是在一定的工艺条件下，选择石墨和铝进行复合，首先确定出原材料的粒度和含量，制备出石墨铝复合材料。分析出最佳配比，然后对复合材料进行对强度、硬度等力学性能进行测试，将测试结果进行数据分析，最后对其作出系统的阐述，得出本研究课题的结论。拟解决的关键问题：选择不同粒度的石墨与铝粉混合添加不同的粘结剂来制备不同比例成分的试样选择一试样利用万能摩擦磨损试验机测试不同条件下的式样性能研究式样的硬度、抗压性能、摩擦磨损及利用电镜观察试样2.拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析（已有的研究工作基础和研究条件）研究方法：此次实验我们选用的是粉末冶金法获得试样，总共获得两组六个样品，分别为石墨铝硅的复合材料三个，其压制过程中又分别有、石墨含量、颗粒大小等变量，另一组为石墨铝钛的复合材料，变量同上。然后分别利用万能摩擦磨损试验机、扫描电镜等设备进行力学性能的实验。石墨预处理石墨烘干热压、冷压烧结石墨镀层实验流程：力学性能测试实验方案：第一步，先用98%浓硫酸稀释酸洗石墨（浓硫酸：石墨：水=1：2：6）；第二步，浸泡三天后过滤用蒸馏水漂洗三次，在鼓风干燥机中风干（两天）；第三步，筛选，先将石墨用40目筛筛选一次，将40目筛下再用60目筛筛选第二次，经过两次筛选区分出40目筛上、40-60目和60目筛下。第四步,选用第三步中三种不同颗粒大小的石墨与硅粉，铝粉进行球磨，球磨时间3小时，球磨机转速350转/分，每次球磨材料总质量100克。第五步：真空加压烧结，每次加料25克抽真空到40兆帕，2小时升温至800度，保温两小时后随炉冷到室温（或者第五步，用压片机压片，每个式样25克。第六步，真空烧结，抽真空到40兆帕，2小时升温至800度，保温两小时后随炉冷到室温。）最后将烧结好的式样进行摩擦磨损，抗弯，抗压等力学性能分析。可行性分析：相关研究工作积累：根据不同比例原料用粉末冶金法获得试验样品利用万能摩擦磨损试验机、扫描电镜等设备对每个样品进行力学实验，并对结果进行分析比较已具备的研究条件：经过查阅资料,本人对实验目标已经有了比较清晰的认识,对实验方法及流程也有了较为明确的认知，基本具备研究的能力。学校良好的科研环境为我们提供了鼓风干燥机、万能摩擦磨损试验机、罐磨机、真空碳管烧结炉、真空单向热压炉、扫描电镜等设备。3、选题研究及论文工作计划2016年2月25日-2016年3月15日确定选题、收集资料、拟定开题报告和研究方案。2016年3月15日-4月 25日实验并收集整理资料。完成设计论文的初稿 做实验测试及分析2016年4月25日-5月15日 做实验测试及分析2016年5月15日-5月28日 论文定稿并准备 答辩4、预期研究成果合成具有良好力学性能的石墨铝复合材料。对比不同比例成分样品的力学测试结果,确定最好的石墨铝复合材料的原料比及工艺方法。顺利完成论文工作。5、附主要参考文献【1】陈康华、王一平、刘红卫 铝-石墨复合材料的制备与性能及应用 轻合金加工技术 1999,VOI.27,施4【2】 张帆 碳-石墨-铝复合材料制备工艺及力学性能的研究 热加工工艺1999年第2期【3】颜长舒 石墨铝硅复合材料的制备及性能 中南工业大学学报第26卷第2期1995年4月【4】 齐天娇 石墨烯增强铝基复合材料制备及力学性能研究 哈尔滨理工大学学报 第20 卷第3 期2015 年6 月【5】 管仁国 石墨烯铝基复合材料的制备及其性能 第41 卷 增刊2 稀有金属材料与工程 Vol.41, Suppl.22012 年 9 月 【6】刘永正 金刚石-铝复合材料影响因素研究 超硬材料工程第21卷第5期2009年10月【7】张永振 材料干滑动摩擦磨损性能的研究进展 2005年7月摩擦学学报第25卷第4期【8】朱洪睿 石墨铝基自润滑材料的制备及性能表征 润滑与密封 2012 年1 月第37 卷第1 期【9】薛晨 金刚石-碳化硅-铝复合材料的热膨胀性能 中国有色金属学报 第21 卷第8 期【10】喻蒙 金刚石-铝复合材料的界面结构 复旦学报（自然科学版） 第卷第期年月【11】梁雄 提纯土状石墨对铝碳材料显微结构和力学性能的影响 硅酸盐学报第卷第期年月【12】 罗兵灰 铝硅合金-石墨复合材料的制备及阻尼性能 兵器材料科学与工程 1997年3月第20卷第二期 【13】蒲泽林 颗粒增强金属基复合材料的制备方法综述 现代电力 第19卷第6期【14】P.K,ROHATGI Production of cast aluminium-graphite particle composites using a pellet method JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE 13（1978）329-335P. K. ROHATGI【15】K. L. Juhasz, P. Baumli,