[00147878]非连续相强韧金属—陶瓷复合材料的机理研究

本项目属金属－陶瓷复合材料领域的制备技术基础理论研究。 本项目于2008年12月结束,课题组提交研究报告一份。课题研究培养三名硕士,课题组发表论文38篇。课题组从2006年以来,系统研究了通过加入Al2O3-TiC陶瓷颗粒、SiC晶须、短碳纤维等非连续相形成金属－陶瓷复合材料的增韧机理。首先采用工艺简单、成本低的熔铸法原位自生Al2O3-TiCp/Al和TiCp/Ti复合材料。通过对反应热力学、反应动力学及颗粒长大机制的研究,建立Al-TiO2-C体系熔铸法制备原位自生Al2O3-TiCp/Al基复合材料的动力学模型。课题组还开展了SiCw/Al复合材料、C/SiC的强韧化机理研究,同时拓展了对柱状晶复合增韧Al2O3陶瓷的机理研究。 本项目研究的主要研究内容包括： （1）深入分析Al-TiO2-C体系的反应热力学和动力学过程,并建立了熔铸法制备原位自生Al2O3-TiCp/Al复合材料的反应动力学模型,提出了熔化、扩散、反应和冷却的反应机制。 （2） 系统研究了原位自生Al2O3-TiCp/Al复合材料高温压缩变形参数对其塑性变形行为的影响,提出了不同压缩温度范围内复合材料存在的不同高温压缩变形机制,并阐述了复合材料的摩擦磨损机制。 （3）建立了SiCw/Al复合材料热膨胀系数与材料基体内热错配应力关系的物理模型;提出了一种有效降低该复合材料热残余应力、提高拉伸性能的热处理新理论－内应力松弛。 （4） 研究了四种烧结助剂系统下热压Cf/SiC 复合材料中助剂比例和力学性能之间关系。这四种材料体系下都能获得相对密度较高的复合材料,并研究了Cf/SiC 复合材料的增韧机理。通过热处理后生成的SiC纳米线的强化晶界作用,来提高该复合材料的韧性。 （5） 研究了原位自生TiC/Ti复合材料过程中TiC的生长规律,提出了通过控制含碳量、加入合金元素以及热处理来调整TiC增强相从钛熔体中的析出方式,进而控制自生TiC的形态、细化初生TiC,提高TiC/Ti复合材料的性能。 本课题的研究可为陶瓷－金属复合材料的研究提供了可借鉴的理论依据,对促进陶瓷－金属复合材料向实际应用转化起到积极的推动作用,具有重要的科学意义和实际应用价值。