《SiCp原位自生CNTs增強鋁基複合材料的製備與性能研究》是依託上海交通大學，由歐陽求保擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：SiCp原位自生CNTs增強鋁基複合材料的製備與性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：歐陽求保
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
傳統金屬基複合材料的強度和彈性模量提高的同時，塑性和韌性急劇下降，因此很大程度上限制了它的套用範圍。為了滿足高技術領域的需求，改善複合材料的塑韌性，本項目探索一種新型的金屬基複合材料，擬通過微米SiC顆粒表面原位自生CNTs，形成一種新型SiCp(CNTs)複合增強體，賦予複合材料新的力學與功能特性。採用原位自生工藝，在SiC顆粒表面獲得尺寸、形態和分布均可控的CNTs，並製備出增強相分布可控、界面結合良好、組織緻密的SiCp(CNTs)/Al複合材料。通過對微觀結構和性能的表征，及形變與斷裂行為的分析，研究SiCp(CNTs)複合增強體對裂紋的萌生與擴展、能量耗散、近界面微區力學性能的影響規律，以及複合增強體之間的協同、耦合和多功能回響機理，揭示新型複合材料的強韌化機制；構築SiCp(CNTs)/Al複合材料的製備技術原型，為新型高性能鋁基複合材料的設計和製備提供理論依據和實用途徑。
結題摘要
SiCp/Al複合材料具備的高比強度、高比模量以及結構功能一體化等特性，使其在航空航天、武器裝備及交通運輸等領域具有巨大的套用潛力。為了進一步提升該複合材料的性能，通常採用增加SiCp含量的方法，而這就使得材料強度和模量提升的同時，塑韌性急劇下降。而碳納米管（CNT）等超高性能增強體的發現，為我們提供了提升材料性能的新思路。由此，本項目提出了SiCp表面原位自生CNT協同混雜增強鋁基複合材料的製備技術路線，得出的主要研究結果如下： 1.在微米級SiCp表面包覆一層納米Ni催化劑顆粒，並通過化學氣相沉積（CVD）的方法，製備SiCp(CNT)微納混雜增強體。 2.以7μm的SiCp為載體製備的混雜增強體SiCp(CNT)和10μm的純Al粉末作為原材料，採用傳統粉末冶金工藝製備出組織緻密、增強體分布均勻的SiCp(CNT)/Al複合材料。並且，相同工藝下，SiCp(CNT)/Al複合材料較SiCp/CNT/Al複合材料而言，不僅在強度和模量上有了進一步的提高，還能獲得更好的塑性，表明SiCp(CNT)原位混雜增強體充分發揮了兩相協同混雜增強的效果。 3.SiCp(CNT)/Al複合材料中CNT含量為6wt.%時，混雜增強體保持良好的混雜結構，能在複合材料中分布均勻，與基體有良好的界面結合；製備的含有16wt.% SiCp和1wt.% CNT的 SiCp(CNT)/Al複合材料展現了最好的增強效果，模量、屈服強度和抗拉強度分別為96GPa、120MPa和201MPa，相對於基體分別提升了35%、52%和74%。 4.SiCp(CNT)/6061Al複合材料中，7μm的SiCp(CNT)增強6061Al複合材料的力學性能最佳，模量和抗拉強度分別為97GPa和428MPa，塑性也比單一SiCp增強時提高了10%。另外，CNT主要分布在SiCp與鋁基體的界面處，位錯強化和應變強化效果更明顯，並且還還提高SiCp與鋁基體的界面結合力，延緩界面開裂，阻礙裂紋擴展，改善塑性。 5.室溫下， SiCp(CNT)/6061Al複合材料表現出最佳的阻尼性能；隨溫度升高，複合材料的阻尼明顯提高；而且隨頻率的升高，材料表現出更好的阻尼性能。 綜上，本項目製備的SiCp(CNT)增強鋁基複合材料為改善顆粒增強鋁基複合強塑性匹配問題，提供了很好的解決途徑，進一步拓展了其套用範圍。
