分級(jí)結(jié)構(gòu)碳化硼-鋁基復(fù)合材料的制備與力學(xué)性能研究.pdf

1、申請(qǐng)上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文申請(qǐng)上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文分級(jí)分級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)碳化硼碳化硼鋁基復(fù)合材料的鋁基復(fù)合材料的制備制備與力學(xué)性能研究力學(xué)性能研究專業(yè)：材料學(xué)姓名：名：怯喜周導(dǎo)師：師：呂維潔研究員張荻教授上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2013年12月上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文摘要第I頁(yè)分級(jí)結(jié)構(gòu)碳化硼分級(jí)結(jié)構(gòu)碳化硼鋁基復(fù)合材料的制備與力學(xué)性能研究鋁基復(fù)合材料的制備與力學(xué)性能研究摘要碳化硼（BoncarbideB

2、4C）不僅具有高強(qiáng)度、高模量和低密度等輕量化優(yōu)勢(shì)，而且具有超高的硬度和優(yōu)良的中子吸收性能；因此，B4C與Al（AluminumAl）復(fù)合獲得的B4CAl輕質(zhì)多功能復(fù)合材料，在航空航天、交通運(yùn)輸以及核能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，同其它顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料（ParticulatereinfcedmetalmatrixcompositesPMMCs）一樣，隨著增強(qiáng)體的引入和含量的提高，B4CAl復(fù)合材料的塑韌性大幅度降低，對(duì)其成形加工

3、和服役安全不利。PMMCs塑韌性低的一個(gè)重要原因是：高溫制備的復(fù)合材料在冷卻過程中，由于增強(qiáng)體和基體的熱膨脹系數(shù)失配和模量失配，使增強(qiáng)體周圍基體發(fā)生大范圍塑性變形而產(chǎn)生加工硬化，進(jìn)而使基體的塑性變形能力降低。同時(shí)這種基體的硬化也是PMMCs得以強(qiáng)化的最重要原因。為克服這種“強(qiáng)韌性矛盾”，傳統(tǒng)的韌化方法通過“增強(qiáng)體空間分布調(diào)控”，在PMMCs中產(chǎn)生大的未強(qiáng)化的基體塑性區(qū)域，通過塑性區(qū)的變形來鈍化和偏轉(zhuǎn)裂紋達(dá)到提高韌性的目的。然而該方法不僅

4、工藝復(fù)雜、而且會(huì)引起增強(qiáng)體的局域集中，往往以犧牲強(qiáng)度和塑性為代價(jià)。本文利用具有超細(xì)晶納米晶（UltrafinegrainedNanocrystallineUFGNC）基體的PMMCs中增強(qiáng)體對(duì)UFGNC基體加工硬化區(qū)域小，和引入納米彌散相可使UFGNC強(qiáng)塑性同時(shí)提高的現(xiàn)象，采用粉末冶金工藝，以表面具有納米Al2O3薄膜的微納米片狀A(yù)l(Al2O3)粉末和微米B4C粉末為原料，制備高強(qiáng)韌的分級(jí)B4CUFGAl(Al2O3)復(fù)合材料。其中“

5、納米Al2O3彌散UFGAl”為第一級(jí)，并與B4C增強(qiáng)體構(gòu)成兩級(jí)復(fù)合材料。然后對(duì)其制備工藝、結(jié)構(gòu)演變、力學(xué)特性進(jìn)行研究，并探索其強(qiáng)韌化機(jī)制和熱加工性能。主要內(nèi)容和結(jié)果如下：1.通過“濕法球磨”制備微納米片狀A(yù)l粉，研究球磨時(shí)間對(duì)粉末厚度、形貌和結(jié)構(gòu)的影響。通過氣氛熱處理在片狀A(yù)l粉末表面生成納米Al2O3薄膜，并研究燒結(jié)溫度對(duì)其結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：球磨使Al粉迅速片狀化，其中[200]晶向擇優(yōu)與粉末片狀化水平一致，氣氛熱處理可在片狀A(yù)