機(jī)械合金化制備 AlN/Al 復(fù)合材料微觀組織與力學(xué)性能的研究前言 氮化鋁（AlN）因其出色的物理和化學(xué)性質(zhì)，在電子、光電子、航空航天等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。作為輕質(zhì)鋁基復(fù)合材料的理想增強(qiáng)材料，AlN能夠顯著提高復(fù)合材料的硬度和耐磨性。然而，AlN顆粒易團(tuán)聚，難以在鋁基體中均勻分散，這限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的效果。 機(jī)械合金化法作為一種有效的粉末冶金技術(shù)，通過(guò)高能球磨使粉末顆粒發(fā)生塑性變形、冷焊和斷裂，從而實(shí)現(xiàn)顆粒的均勻分散。因此，本研究采用機(jī)械合金化法制備AlN/Al復(fù)合材料，并探討其微觀組織與力學(xué)性能。 本文旨在探討機(jī)械合金化法制備AlN/Al復(fù)合材料的微觀組織與力學(xué)性能。通過(guò)行星式球磨法使AlN顆粒在鋁基體中均勻分散，并采用真空熱壓燒結(jié)的方法制備了不同AlN含量的復(fù)合材料。系統(tǒng)研究了機(jī)械合金化工藝、AlN含量等因素對(duì)復(fù)合材料顯微組織和力學(xué)性能的影響，并探討了復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制。 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)所用原材料為鋁粉和AlN顆粒。鋁粉純度為99.9%，粒徑為50μm；AlN顆粒純度為99%，粒徑為1μm。實(shí)驗(yàn)前，將鋁粉和AlN顆粒按比例混合均勻。 采用行星式球磨機(jī)進(jìn)行機(jī)械合金化處理。球磨罐為不銹鋼材質(zhì)，球磨介質(zhì)為硬質(zhì)合金球。球磨過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整球磨時(shí)間和轉(zhuǎn)速，控制粉末顆粒的變形和分散程度。球磨后，將復(fù)合粉末進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)，制備不同AlN含量的AlN/Al復(fù)合材料。 機(jī)械合金化工藝對(duì) 復(fù)合粉末及復(fù)合材料的影響 球磨時(shí)間對(duì)復(fù)合粉末形態(tài)的影響 隨著球磨時(shí)間的增加，粉末顆粒逐漸細(xì)化，并發(fā)生明顯的塑性變形。當(dāng)球磨時(shí)間達(dá)到一定程度時(shí)，AlN顆粒在鋁基體中實(shí)現(xiàn)均勻分散。然而，過(guò)長(zhǎng)的球磨時(shí)間會(huì)導(dǎo)致粉末顆粒過(guò)度細(xì)化，影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。因此，需要選擇合適的球磨時(shí)間。 球磨轉(zhuǎn)速對(duì)復(fù)合粉末形態(tài)的影響 球磨轉(zhuǎn)速的增加有助于加速粉末顆粒的變形和分散過(guò)程。然而，過(guò)高的轉(zhuǎn)速會(huì)導(dǎo)致粉末顆粒的過(guò)度破碎和嚴(yán)重的冷焊現(xiàn)象，不利于AlN顆粒在鋁基體中的均勻分散。因此，需要選擇合適的球磨轉(zhuǎn)速。 AlN含量對(duì)復(fù)合材料顯微組織的影響 隨著AlN含量的增加，復(fù)合材料中的AlN顆粒數(shù)量增多，顆粒分布更加均勻。同時(shí)，AlN顆粒的加入有助于細(xì)化鋁基體的晶粒，提高復(fù)合材料的硬度。然而，過(guò)高的AlN含量會(huì)導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象加劇，影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。 AlN含量對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響 通過(guò)測(cè)試不同AlN含量復(fù)合材料的硬度、抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)適量的AlN含量可以顯著提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。當(dāng)AlN含量達(dá)到一定值時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能達(dá)到峰值；繼續(xù)增加AlN含量，復(fù)合材料的力學(xué)性能反而下降。這主要是因?yàn)檫^(guò)高的AlN含量會(huì)導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚和界面結(jié)合不良等問(wèn)題，從而降低復(fù)合材料的力學(xué)性能。 復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制 AlN顆粒在鋁基體中起到釘扎作用，可以阻礙鋁基體晶粒的長(zhǎng)大和變形，從而提高復(fù)合材料的硬度和強(qiáng)度。同時(shí)，AlN顆粒的加入還可以增加復(fù)合材料的斷裂韌性，提高材料的抗疲勞性能。 AlN顆粒與鋁基體之間的界面結(jié)合是影響復(fù)合材料穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一。良好的界面結(jié)合可以提高復(fù)合材料的力學(xué)性能；而界面結(jié)合不良則會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料在受力過(guò)程中發(fā)生界面脫粘和顆粒脫落等問(wèn)題，從而降低復(fù)合材料的力學(xué)性能。因此，需要通過(guò)優(yōu)化制備工藝和添加界面改性劑等方法來(lái)改善AlN顆粒與鋁基體之間的界面結(jié)合。 結(jié)論 系統(tǒng)研究了機(jī)械合金化工藝、AlN含量等因素對(duì)復(fù)合材料顯微組織和力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)適量的AlN含量可以顯著提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。 參考文獻(xiàn)： 【機(jī)械合金化制備 AlN/Al 復(fù)合材料 微觀組織與力學(xué)性能的研究】 中 北 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 張浩 |
