B4C/Al抗毁伤复合材料的制备和性能

论文摘要

1800℃下无压烧结骨架预置体,在真空中或压力为一个大气压的氩气气氛中对骨架熔渗金属Al,可以制备出密度小于2.6g/cm3的复合材料,致密度均超过96%,相对于1atm高纯氩气气氛,真空下铝的熔渗效果更佳。通过调整颗粒级配能够控制复合材料中各物质相的含量从而控制力学性能。有机添加剂采用PVB作为粘结剂,PEG2000为增塑剂以及无水乙醇为溶剂,通过轧膜成型制备表面无缺陷的B4C大规模陶瓷薄片。实验表明,选择粘结剂时避免其因为氢键或缩聚交联是关键。B4C/Al复合材料的抗弯强度主要决定于陶瓷骨架预置体的烧结强度,而陶瓷骨架的强度主要由烧结质量控制。复合材料的弹性模量受烧结质量影响较小,主要与物质相含量有关。实验显示,该工艺下制备的复合材料的断裂韧性随着抗弯强度水平的提高而提高。同时也由于复合材料具有的宏观均匀,微观非均匀的结构,给传统的硬度测量带来较大的偏差,矛盾集中在要求硬度测量时尽可能用较低载荷,同时也要求硬度测量时试样和压头具有大的面积接触从而保证选取点的代表性。B4C/Al复合材料裂纹的起源为内部气孔,断裂过程受裂纹的扩展控制。随着载荷的增加,裂纹的扩展行为经历四个阶段:裂纹在脆性陶瓷相中的快速扩展;裂纹尖端接触金属增韧相钝化;在相界面裂纹偏转或者沿扩展面绕开金属增韧相向后方扩展;形成韧性相桥架,材料失效但保留了韧性相的残余强度。在后三个阶段,增韧相起提高裂纹扩展阻力的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 碳化硼物质特性
• 1.3 国内外发展现状
• 1.4 主要研究解决的问题
• 4C/Al复合材料制备'>2 具有三维连通相结构的B₄C/Al复合材料制备
• 2.1 路线方案与工艺选择原则
• 4C/Al 复合材料制备工艺'>2.2 B₄C/Al 复合材料制备工艺
• 2.3 本章小结
• 3 复合材料性能测试与表征
• 3.1 骨架预置体及金属Al 熔渗后复合材料的表征
• 3.2 复合材料力学性能测试
• 3.3 轧膜成型探索实验结果分析
• 3.4 本章小结
• 4C/Al 复合材料力学性能研究'>4 B₄C/Al 复合材料力学性能研究
• 4C/Al 复合材料的弹性模量'>4.1 B₄C/Al 复合材料的弹性模量
• 4C/Al 复合材料的断裂行为及增韧机制'>4.2 B₄C/Al 复合材料的断裂行为及增韧机制
• 4.3 本章小结
• 5 全文总结
• 致谢
• 参考文献