SiCp/2024Al泡沫复合材料的制备与性能研究

论文摘要

本文以CaCO3为发泡剂采用粉末冶金发泡法制备SiCp/2024Al泡沫复合材料,重点研究材料的制备工艺和准静态压缩性能与阻尼性能。在SiCp/2024Al泡沫复合材料的制备过程中,首先通过差热分析（DSC）研究CaCO3的高温热分解特性,然后分析发泡先驱体热挤压变形、发泡剂含量、发泡温度、发泡时间及SiC颗粒含量对材料孔隙率、平均孔径和孔洞分布均匀性的影响,确定最佳工艺参数。在Gleeble 1500热模拟试验机上进行SiCp/2024Al泡沫复合材料的准静态压缩试验,阐述孔的结构和SiC颗粒含量对材料准静态压缩性能的影响规律。采用动态机械分析仪（DMA Q800）测试SiCp/2024Al泡沫复合材料的阻尼-应变谱和阻尼-温度谱,研究阻尼性能的变化规律及影响因素。通过DSC测试发现,CaCO3在600℃左右开始分解,并且分解速度随着温度的升高越来越快,CaCO3在660、680、700和720℃完全分解的时间分别为24、19、8和6分钟。对利用粉末冶金法制备出的包含有SiC颗粒和CaCO3的发泡先驱体进行热挤压变形,微观组织观察发现热挤压改善了SiC颗粒和CaCO3的分布情况,对气泡的形核和长大起到促进作用。当CaCO3的体积分数较小时,材料的孔隙率较低,当CaCO3的体积分数过大时,气孔结构均匀性变差。随着温度的升高和时间的延长,孔隙率呈现出先增大后减小的趋势,而孔径却一直增大,孔结构的均匀性变差,更多的孔洞相互连接成缝。SiC颗粒增大了铝液的粘度,导致气液界面推移的阻力变大,SiC颗粒体积分数从0变化到10%过程中,相同发泡条件下,泡沫材料的孔隙率略所下降,而平均孔径显著减小。在准静态压缩过程中,SiCp/2024Al泡沫复合材料应力-应变曲线表现出明显的三阶段:弹性变形阶段、屈服平台阶段和密实化阶段。泡沫铝压缩应力-应变曲线屈服平台段是光滑的,SiC颗粒的加入增大了基体的脆性,使得屈服平台段出现锯齿状波动。SiC颗粒的含量几乎不改变屈服平台的长度,但增大了泡沫材料压缩屈服强度,材料吸收能量的能力得到加强,吸能量从22.1MJ/m3增大到26.8MJ/m3。随着孔隙率的增大,SiCp/2024Al泡沫复合材料压缩屈服强度减小,屈服平台长度增大,材料吸收能量的能力有所降低。SiCp/2024Al泡沫复合材料的阻尼-应变谱表现出典型的位错型阻尼特征。随着孔隙率的增大,SiCp/2024Al泡沫复合材料的阻尼性能呈现出先上升后下降的趋势,孔的存在提高了材料的阻尼性能。SiCp/2024Al泡沫复合材料阻尼-温度谱在250280℃和330385℃两个温度区间内存在阻尼峰,分别记为P1和P2。经过证实,P1峰为位错内耗峰,P2峰为晶界内耗峰。P2峰随着孔隙率的增大峰值不断减小,峰位向高温移动。相同孔隙率下,随着SiC颗粒含量的增加,泡沫材料的阻尼性能不断增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 泡沫铝材料的研究进展
• 1.2.1 泡沫铝材料的制备方法
• 1.2.2 泡沫铝材料的结构特征
• 1.2.3 泡沫铝材料的性能特点
• 1.2.4 泡沫铝材料的应用
• 1.2.5 目前存在的问题
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第2章 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 2024Al 基体合金
• 2.1.2 SiC 颗粒增强体
• 3 发泡剂'>2.1.3 CaC0₃发泡剂
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 差热分析试验
• 2.2.2 X 射线衍射分析
• 2.2.3 孔隙率的测量
• 2.2.4 材料微观组织的观察
• 2.2.5 准静态压缩试验
• 2.2.6 阻尼试验
• 第3章 SiCp/2024Al 泡沫复合材料制备工艺的研究
• 3.1 引言
• 3 发泡剂热分解特性'>3.2 CaC0₃发泡剂热分解特性
• 3.3 发泡先驱体的制备
• 3.3.1 机械混粉工艺
• 3.3.2 真空热压烧结工艺
• 3.3.3 热挤压工艺
• 3.4 SiCp/2024Al 泡沫复合材料发泡工艺的研究
• 3.4.1 热挤压对发泡行为的影响
• 3 含量对发泡行为的影响'>3.4.2 CaC0₃含量对发泡行为的影响
• 3.4.3 温度对发泡行为的影响
• 3.4.4 时间对发泡行为的影响
• 3.4.5 SiC 含量对发泡行为的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 SiCp/2024Al 泡沫复合材料准静态压缩性能
• 4.1 引言
• 4.2 泡沫铝材料的压缩变形机制
• 4.3 SiCp/2024Al 泡沫复合材料准静态压缩性能的研究
• 4.3.1 孔隙率对准静态压缩性能的影响
• 4.3.2 SiC 含量对准静态压缩性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 SiCp/2024Al 泡沫复合材料阻尼性能
• 5.1 引言
• 5.2 阻尼产生机理及表征和测量方法
• 5.2.1 阻尼产生机理和表征参数
• 5.2.2 动态机械分析仪（DMA）
• 5.3 SiCp/2024Al 泡沫复合材料阻尼-应变谱的研究
• 5.3.1 孔隙率对SiCp/2024Al 泡沫复合材料阻尼-应变谱的影响
• 5.3.2 SiC 含量对SiCp/2024Al 泡沫复合材料阻尼-应变谱的影响
• 5.4 SiCp/2024Al 泡沫复合材料阻尼-温度谱的研究
• 5.4.1 孔隙率对SiCp/2024Al 泡沫复合材料阻尼-温度谱的影响
• 5.4.2 SiC 含量对SiCp/2024Al 泡沫复合材料阻尼-温度谱的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果
• 致谢