AlN/Al-Si复合材料的制备与性能研究

论文摘要

采用Si3N4微米粉与Al粉混合,经压制成形一反应烧结制备AIN/Al-Si复合材料的技术,研究了AlN的反应转变机理与AlN/Al-Si复合材料的制备原理。在此基础上,发展了一种用熔融Al浸渗Si3N4预制体,并进行反应烧结制备AlN/Al-Si复合材料的技术方法。采用XRD、SEM、光学电镜、能谱成分分析以及硬度测试等手段,研究分析了AlN/Al-Si复合材料的相组成、显微组织、力学性能及复合材料中AlN与Al的界面情况。结果表明:AlN的反应生成机制是属于一种连续渐进式反应形成过程,即于高温下液相Al中的Al原子渗入SiaN4的晶体点阵取代Si原子而逐渐使之向AlN晶体点阵转化的过程。被取代的Si原子从固相Si3N4中析出,扩散溶入液相Al中,冷却后·形成Al-Si合金固溶体,一般呈网状分布于AlN晶体相的周围。新生成的AlN与Al-Si合金相之间表现出很好的界面亲和性。通过对浸渗反应烧结法制备AlN/Al-Si复合材料的工艺、组织分析,以及对相应复合材料的硬度与抗弯强度的测试,发现采用该技术制备的AlN/Al-Si复合材料,其力学性能与其反应烧结程度有密切关系,使Si3N4充分反应转变成AlN是获得此类材料优良力学性能的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 研究背景、目的及意义
• 1.1 AIN的结构、性能特点与用途
• 1.2 制备AlN陶瓷基复合材料的传统技术方法
• 1.2.1 制粉
• 1.2.2 AlN粉体和增强体的烧结
• 1.3 原位反应合成技术制备AlN陶瓷基复合材料
• 1.3.1 原位反应合成技术
• 1.3.2 原位反应合成技术制备AlN陶瓷基复合材料
• 1.3.3 原位反应合成AlN陶瓷基复合材料的动力学
• 1.4 课题的研究目的
• 2 主要研究内容及技术路线
• 2.1 主要研究内容
• 2.2 技术路线
• 3N₄/Al反应烧结转变及机理分析'>3 Si₃N₄/Al反应烧结转变及机理分析
• 3.1 实验内容及方法
• 3.2 正交实验方案设计
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 正交实验的结果与分析
• 3.3.2 复合材料的相结构分析
• 3.3.3 复合材料的显微组织
• 3.4 本章小结
• 4 浸渗反应烧结制备AlN/Al复合材料
• 4.1 实验内容及方法
• 3N₄预制体的制备'>4.1.1 Si₃N₄预制体的制备
• 3N₄预制体的熔体浸渗及反应烧结'>4.1.2 Si₃N₄预制体的熔体浸渗及反应烧结
• 4.2 实验结果与讨论
• 3N₄反应浸渗机理'>4.2.1 Al/Si₃N₄反应浸渗机理
• 4.2.2 气孔率的测定
• 4.2.3 复合材料的形成和显微结构
• 4.2.4 AlN/Al-Si复合材料的力学性能
• 4.3 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在硕士论文期间撰写和发表的论文