一、金属基复合材料的自发浸渗制备工艺(论文文献综述)
郑瀚森[1](2021)在《高强耐磨层状铝基复合材料流变模锻工艺及组织性能研究》文中研究指明层状复合材料保持了单一组元材料的优点且克服了各自组元材料的不足,具有更优异的综合性能和广泛的工业应用前景。近年来,轨道交通、航空航天、国防军工等领域制动系统轻量化日趋迫切,开发结构功能一体化、短流程低成本制备技术,研制高强耐磨层状铝基复合材料制动部件,实现以铝代钢,具有重要的理论意义和应用价值。本论文以有工程应用背景的制动毂为研究对象,设计了外层耐磨层为SiCp/A357铝基复合材料、内层为7050高强铝合金材料的PAMC/Al层状复合材料制动毂;建立了 PAMC/Al层状复合材料制动毂固液复合流变铸造仿真模型;采用模拟仿真与实验研究相结合的方法,发展了高强耐磨层状铝基复合材料流变模锻成型新技术;研究了工艺参数对组织与性能的影响规律,揭示了异种材料固液复合机理,实现了层状复合材料的固液复合,制备了结构功能一体化的高强耐磨层状铝基复合材料铸件。本文的主要研究结果如下:(1)通过模拟仿真与实验验证,研究了流变模锻工艺参数对7050高强铝合金铸件成型性与缺陷的影响。研究表明:铸造热节存在于制动毂轮辐和轮辋交界处,浇铸温度升高、成型比压降低和模具温度升高均会使热节存在时间上升;优化后的流变工艺参数为浇铸温度660℃、成型比压100 MPa、模具温度200℃,7050铝合金制动毂铸件成型良好,无缩孔缩松缺陷。(2)研究了电磁均匀化熔体处理及微合金化对7050高强铝合金流变模锻制动毂铸件组织与性能的影响。研究表明:对7050铝合金熔体施加电磁均匀化熔体处理及0.15 wt.%Sc微合金化处理后,流变模锻7050高强铝合金制动毂铸件组织明显细化,力学性能显着提升,与普通液态模锻相比,平均晶粒尺寸从136.9 μm降低至42.7 μm,抗拉强度由559MPa提升至597MPa,屈服强度由464MPa提升至518MPa,延伸率由6.1%提升至13.7%。(3)通过模拟仿真与实验研究,优化了耐磨环的结构参数,研究了固液复合铸造工艺关键参数对固液结合界面的影响,揭示了实现良好界面结合的规律:确保熔体与耐磨环表面润湿,耐磨环表面需产生一定程度的重熔并与熔体产生熔合结合,且熔合结合处液相共晶区尽量窄。本文实验条件下获得良好界面结合的工艺为:采用化学法去除表面氧化层,耐磨环结构参数为厚度5 mm、高度60 mm,耐磨环预热温度为200℃,加压前等待时间10 s。(4)分析表征了 PAMC/Al层状复合材料制动毂固液结合界面的组织形貌、元素分布、相组成及其力学性能。结果表明,固液界面耐磨环表层组织由细晶区、球化区和枝晶区构成;固液界面SiCp/A357铝基复合材料层存在约250 μm厚的过渡层,界面处存在大量T相和Mg2Si相;T6热处理后固液界面处T相消失生成了新相W相;经过T6热处理后,固液界面处维氏硬度从121.5 HV提升至172.0 HV,界面剪切强度由83.3 MPa提升至124.6 MPa,相比铸态提高了约50%。(5)在上述研究基础上制备了外径470 mm、高度120 mm的大型PAMC/Al层状复合材料制动毂铸件。铸件组织呈细小等轴晶,宏观偏析程度较小,固液界面结合良好。铸件经T6热处理后的力学性能为:轮辋轴向抗拉强度582MPa,屈服强度512 MPa,延伸率7.9%;轮辐的径向抗拉强度590MPa,屈服强度530MPa,延伸率6.4%;轮辐的径向抗剪强度304 MPa。摩擦性能为:摩擦系数0.5776,磨损率3.99×10-7 cm3/(N.m)。台架试验验证结果良好,性能优异,具有较好的工业应用前景。
王晓杰[2](2021)在《ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料的制备及其组织结构研究》文中认为本文使用不同规格的ZTA(氧化铝增韧氧化锆)陶瓷作为增强颗粒、以高铬铸铁作为金属基体,对ZTA陶瓷颗粒表面镀金属或包覆金属及化合物微粉,采用粘结剂粘结制备成陶瓷颗粒预制体,采用负压铸造技术成功制备出ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料。成功制备出ZTA颗粒表面镀Ni、Cu、Co以及包覆Cr、Al、B4C、Fe2O3、Cr2O3等微粉的复合材料,采用SEM、EDS、XRD等方法实验分析了上述复合材料界面的组织结构、元素分布以及相结构组成,探究镀层元素和活性物质对复合材料组织结构的影响,以及对铸渗和界面结合的影响。得出以下结论:(1)镀镍复合材料界面过渡层存在Si、Na的显着聚集和Al的扩散进入,以及Fe、Cr、C、O、Ni、Zr等元素扩散,并且形成多种化合物,如Al2Cr、Ni Si3P4、Al3Zr2、Zr3Ni O等。含Ni的Ni Si3P4、Zr3Ni O等降低陶瓷润湿性,提高铸渗效果。(2)镀钴复合材料界面过渡层形成Al、Si、Na显着聚集,C、O、Fe、Cr、Co等元素扩散,并且形成Co Al2O4、Co Cr2O4、Fe Co Cr O4、Co3O4、Co C等多种化合物。这些化合物可以改善ZTA陶瓷的润湿性,促进陶瓷与高铬铸铁的铸渗与结合。(3)镀铜复合材料界面过渡层形成Si、Na的显着聚集和Al的扩散进入,以及Fe、Cr、Cu、C、O、Zr等元素扩散;并且形成Cu Al O2、Al Cu2Mn、Cu Cr O4、Al5Fe2、Fe Zr2、Na Si Al O4等多种化合物,降低陶瓷润湿性,提高铸渗效果。(4)包覆Al,Cr+B4C,Al+Cr2O3,Al+Fe2O3等活性物质,在界面过渡层形成不同化合物,能够不同程度的改善润湿性,促进铸渗,加强陶瓷与高铬铸铁结合。
何佳容[3](2020)在《前驱体法制备三维网络Ti2AlC/AZ91D复合材料及其阻尼性能研究》文中认为目前,武器装备、飞行器及高速列车等都朝着轻量化、高速化及大功率的方向发展,其振动和噪声问题日益突出。镁基阻尼复合材料由于其低的密度、良好的力学性能和优异的阻尼性能而受到人们的广泛关注。本文以AZ91D合金为基体,以MAX相Ti2AlC为增强相,采用前驱体法及熔融浸渗方式制备出三维网络Ti2AlC/AZ91D复合材料,对复合材料的制备工艺、显微组织、力学性能及阻尼性能进行了研究。主要研究结果如下:添加10%(陶瓷粉末的)的Ti粉为烧结助剂配制陶瓷浆料,经多次挂浆干燥,在氩气保护气氛环境下无压烧结,可得到具有三维网络结构的多孔陶瓷预制体;采用辅助压力浸渗工艺可制备出组织致密的三维网络互贯通的Ti2AlC/Mg基复合材料。通过观察陶瓷预制体的微观组织发现,预制体骨架内部存在分布弥散的大、小两种孔径尺寸的孔洞。该孔洞结构对后面的熔融浸渗提供良好的结构基础。通过XRD分析发现,复合材料主要由AZ91D相及Ti2AlC相组成,Ti C以少量第二相存在,Al2O3以微量杂质相存在。对复合材料进行三点抗弯性能测试,测得复合材料的抗弯强度为215±17MPa,相比AZ91D镁合金基体提高了约18%。引入增强相Ti2AlC不仅能提高AZ91D合金的硬度,还能提高其弯曲强度。Ti2AlC颗粒可以通过剥离及扭折变形、分层开裂及晶间撕裂等变形行为重新调整裂纹扩展过程中的局部应力场,从而消耗裂纹扩展的部分能量,抵抗变形,起到增韧的作用。通过复合材料阻尼性能损耗正切的测试结果表明,复合材料的温度与损耗正切tanφ曲线的变化趋势与AZ91D合金的温度与损耗正切tanφ曲线出现相似的三段式变化趋势。当温度低于100℃时,复合材料样品的损耗正切tanφ随温度的增加而缓慢增加,在100℃附近达到最高,随后一段时间内,其损耗正切随着温度增加有一段时间内的降低,直至在150℃附近降至最低点。当温度高于150℃时,复合材料损耗正切tanφ又随温度的增加而快速增加,且在300℃附近达到最高值,出现最高阻尼峰。复合材料的阻尼机制与基体合金的位错阻尼机制不同。采用前驱体法结合压力浸渗制备出的复合材料具有最好的阻尼本领,同时亦具有较高的储能模量,尤其是在10Hz的测试条件下,其表现出更为突出的阻尼-强度综合性能。
王文龙[4](2020)在《ZTA/高铬铸铁复合材料组织结构及浸渗行为研究》文中研究说明陶瓷/金属耐磨复合材料兼备了陶瓷的高比强度、高耐磨性、高热稳定性以及金属的抗冲击、塑韧性好的特点,陶瓷/金属复合材料已逐渐在矿山机械、水泥设备等耐磨行业推广应用。例如,陶瓷/金属复合材料制备的磨辊、磨盘耐磨件,使用寿命可以达到传统高铬铸铁耐磨件的2.5~3倍,不仅节省了成本,还大大的提高了生产效率。然而,由于陶瓷与金属之间润湿性较差,在使用浸渗法制备耐磨陶瓷/金属复合材料时存在较大困难。尽管我国研究者已经在该领域进行了大量的研究工作,但仍然没有取得理想成果,大型复合磨辊、锤头等耐磨复合材料零部件主要依托国外进口。关于陶瓷/金属复合材料的制备,复合材料组织结构,以及润湿性决定的浸渗行为等方面尚需要进行深入研究,从而为金属基陶瓷耐磨复合材料的制造及应用提供有意义的试验参考和理论指导。本文使用ZTA(氧化铝增韧氧化锆)陶瓷作为增强颗粒、高铬铸铁作为金属基体,使用无机高温粘结剂将ZTA陶瓷颗粒制备成陶瓷预制体,在氩气环境中使用无压浸渗法制备ZTA/高铬铸铁复合材料。对复合材料的制备、复合材料的组织结构、B4C和Cr对高铬铸铁浸渗行为的影响等方面进行分析研究。本文使用了10目的ZTA陶瓷颗粒,颗粒经过B4C粉和Cr粉的包覆处理后获得均匀的包覆层,通过硅酸钠粘结剂将陶瓷颗粒制成预制体,预制体在浸渗过程中不发生溃散;预制体的孔隙率在44%~50%之间,并且孔隙率随着B4C含量增加、Cr含量减少呈现下降的趋势;B4C和Cr的加入实现了高铬铸铁对预制体的浸渗,成功制备了复合材料;ZTA陶瓷颗粒均匀的分布在复合材料中。复合材料中的B4C能够与ZTA陶瓷和高铬铸铁反应生成新相,界面附近存在明显的元素扩散现象,并且B4C含量的不同复合材料中的物相也不尽相同,B4C含量较低时,复合材料中生成Zr B、Fe3B、C等新相,随着B4C含量的增加,复合材料中的Zr B、Fe3B逐渐变为Zr B2、Fe2B,继续增加B4C的含量,复合材料中出现B2O3和未反应完全的B4C;复合材料中的Cr会溶解到高铬铸铁中,一部分Cr与C结合形成碳化物,另一部分Cr形成固溶体存在基体中;此外,包覆层中的部分Cr存在氧化的现象,并且扩散进入到ZTA陶瓷中与Al2O3形成固溶体。B4C和Cr通过不同的方式促进了高铬铸铁对预制体的浸渗。B4C在无压浸渗过程中与ZTA中的Zr O2反应生产Zr B2,液态基体与Zr B2之间的附着功远大于其与Al2O3间的附着功,液态基体和Zr B2之间存在更小的润湿角,B4C通过生成的Zr B2间接促进了高铬铸铁的浸渗;Cr溶解进入高铬铸铁中,通过降低铁液的表面张力提高润湿性,进而促进高铬铸铁的浸渗。高铬铸铁液对预制体的浸渗分为两个过程,首先铁液对预制体间的孔隙进行填充,填满孔隙后铁液与陶瓷颗粒之间的连接颈作用,使连接颈发生断裂,颗粒之间彼此分离,最终陶瓷颗粒镶嵌在金属基体中。
叶治洲[5](2020)在《电热储存系统中多孔基复合相变储热体研究》文中研究说明解决可再生能源的充分利用、高温工业余热和清洁供暖问题,需要解决能源在空间上和时间上的供需不均衡问题。高性能电热储存系统的研发应用不仅可解决时间差和强度差等问题,对于电力网络的稳定运行也有积极的调节作用。当前电热储存系统性能提升的关键途径之一是要找寻一种不同于水和镁铁蓄热砖的新型复合相变材料来替代储热单元中的传统储热材料。本文从材料宏观结构的观察和压汞仪分析出发,采用熔融浸渗法,以平均孔径为1,406.39nm,孔隙率为86.35%的SiC-Si3N4多孔陶瓷复合材料为基体,NaCl作为熔体,成功制备了 SiC-Si3N4/NaCl新型多孔基复合相变储热体。通过控制变量法和Boltzmann S拟合,对储热体的最佳制备工艺流程进行了研究,得出经真空处理的SiC-Si3N4多孔陶瓷复合材料在840℃中采用浸液浸渗方式浸渗90分钟制备得到的储热体浸渗率最高,可达79.37%。采用SEM、EDS、XRD、DSC对SiC-Si3N4/NaCl新型多孔基复合相变储热体的显微结构、物相组成、热物理性能和力学性能进行分析,发现储热体中NaCl重结晶均匀,与SiC-Si3N4多孔陶瓷基体化学相容性良好。研究表明,新型多孔基复合相变储热体综合性能优异,高温抗压强度可达7.28Mpa,在50K的相变温度区间内储能密度可达429.5kJ/kg,热扩散率为4.404mm2/s,导热系数3.304W/(m·K)。
李忠[6](2020)在《新型SiC/Cu复合材料的制备与性能研究》文中研究表明随着高铁运行速度的增加,人们对制动材料的性能要求越来越高。近年来,三维网络多孔陶瓷/金属双连续相复合材料因其能够保留陶瓷和金属两相的优点而获得人们的广泛关注,有望成为新一代的刹车材料。然而,在制备复合材料过程中,目前制备的陶瓷力学性能不够好、孔隙结构存在缺陷以及陶瓷与金属两相的润湿性问题制约着这种材料的性能及应用。为了改善复合材料的性能,本文分别采用有机泡沫法和3D打印结合凝胶注模工艺制备了三维网络SiC多孔陶瓷,研究了陶瓷浆料、处理工艺对三维网络SiC多孔陶瓷性能的影响。采用原位无压浸渗工艺制备了三维网络SiC多孔陶瓷/Cu基复合材料,对金属相的组成、热处理工艺和多孔陶瓷制备工艺对三维网络SiC多孔陶瓷/Cu基复合材料的力学性能和热性能的影响进行了研究。主要得到如下研究结果:(1)以碳化硅粉体、氧化铝和氧化钇为起始原料,分散剂为PAA-NH4(1wt%)、pH为10、粒度配比为d0.5/d1.5=0.5时浆料的稳定性和流动性较好。对海绵进行NaOH溶液预处理,采用有机泡沫模板法制备,三维网络SiC多孔陶瓷的强度达到2.21MPa。(2)以线材PVA为原料,通过FDM3D打印成型技术制备出具有多孔结构的预制体,再采用凝胶注模工艺制备三维网络SiC多孔陶瓷前驱体,然后通过液体干燥、排胶一体化工艺去除陶瓷生坯中水分和模板,获得三维SiC多孔陶瓷。通过此方法制得的浆料固含量可达56vol%,烧结后得到多孔陶瓷的相对致密度为95.53%,陶瓷密度和抗压强度分别为3.03g/cm3和39.23MPa。(3)以金属合金粉末为原料,铁粉与镍粉的添加比为8:3,采用原位无压浸渗法,在保温温度为1050℃、时间为6h下,制备了三维网络SiC多孔陶瓷/Cu基复合材料。在有机泡沫模板法制备的多孔陶瓷上制得的复合材料抗压强度为740.61MPa,导热系数为220.43W/m·K,相对致密度为88.31%。以3D打印结合凝胶注模工艺制备的多孔陶瓷上制得的复合材料相对致密度为92.82%,力学性能为815.33MPa,导热系数为188.97W/m·K。
李润丰[7](2019)在《铁尾矿多孔陶瓷/石蜡复合相变储能材料的制备与性能研究》文中研究说明钢铁生产中产生的铁尾矿是一种工业废弃物,其中泥状细颗粒铁尾矿是尾矿中目前基本无法利用的部分,大多筑坝堆存,造成了经济、环境和健康等多方面的问题。本论文以北京密云地区泥状细颗粒铁尾矿为原料制备多孔陶瓷,再以其为载体,成功制备了铁尾矿多孔陶瓷/石蜡复合相变储能材料以及添加石墨烯的导热增强型复合相变储能材料,并对相变储能材料的制备工艺、力学性能、热物理性能及传热过程等应用基础问题进行了深入的研究。全文分七章分别阐述了尾矿资源化利用现况和相变储能材料的研究背景与发展现状、实验材料及方法、铁尾矿的烧结过程及机理、铁尾矿多孔陶瓷的制备及性能测试、铁尾矿多孔陶瓷/石蜡复合相变储能材料的制备及其热物理性能分析、添加石墨烯的导热增强型复合相变储能材料的制备与性能研究以及全文总结。以铁尾矿为原料制备高性能相变储能材料对于节能环保、减少工业污染具有重要的意义。本文通过X射线衍射分析、扫描电镜等手段探究了北京密云地区细颗粒铁尾矿的化学成分、物相组成、粒度分布以及高温下的物相变化过程与机理。结果表明,密云细颗粒铁尾矿的物相组成十分复杂,其主晶相为石英,其余包括黏土矿物相蒙脱石、斜绿泥石、伊利石以及少量的长石、方解石等。在低于963℃的烧结前期,α-石英转变为β-石英,黏土矿物绿泥石、伊利石转变为非晶态,蒙脱石分解;900℃时有正长石、微斜长石和赤铁矿生成;在963℃以上的烧结阶段,正长石、微斜长石与石英、铝硅酸盐首先形成低共熔液相,促进坯体的烧结致密化,在1000℃~1120℃区间生成透辉石、普通辉石、钙长石等新相,石英相含量则随烧结温度升高而减少。该铁尾矿适宜的烧结温度区间为1070℃-1120℃。以泥状细颗粒铁尾矿为原料,采用泡沫注凝成型技术,制备出孔隙率可控、机械强度高的铁尾矿多孔陶瓷,并研究了制备工艺对铁尾矿多孔陶瓷物相组成、微观结构和力学性能的影响。结果表明,烧结温度、球磨时间和保温时间对多孔陶瓷的孔隙率、抗压强度和微观结构有显着影响,且在较低的烧结温度下延长保温时间可在保持相同孔隙率的同时有效提高多孔陶瓷的抗压强度。另外,本文建立了可准确描述铁尾矿多孔陶瓷孔隙率与热导率之间相互关系的通用模型。以铁尾矿多孔陶瓷为载体,研制了一种可用于能量存储的铁尾矿多孔陶瓷/石蜡新型复合相变材料(Composite Phase Change Materials,CPCMs),并采用 XRD、SEM和DSC对CPCMs的物相组成、微观结构和稳定性进行了分析。结果表明,铁尾矿多孔陶瓷与熔融石蜡之间具有良好的润湿性和化学相容性,且多孔载体能有效地防止熔融石蜡的泄漏。CPCMs的导热率随载体孔隙率不同在0.30~0.45 W/(m·K)范围内变化,明显高于石蜡材料的热导率0.23W/(m·K),且实测导热率与通用模型预测结果吻合较好;新型复合相变材料的储能密度可在71~123 kJ/kg的范围内调节,100次熔化/凝固循环后其熔化潜热仅下降约4%并趋于稳定,具有良好的应用前景。在石蜡中添加高导热石墨烯,采用熔融自发浸渗工艺将混有石墨烯的石蜡液渗入铁尾矿多孔陶瓷载体,开发了一种导热增强型铁尾矿多孔陶瓷/石蜡复合相变材料(Nanoparticle-enhanced Composite Phase Change Materials,NCPCMs)。通过调整制备工艺参数,获得了导热率为0.40~0.60 W/(m·K)、潜热为69.5~121.3 kJ/kg的复合相变储能材料。经过25次熔融/凝固循环后,石墨烯在NCPCMs中仍保持良好的分散性,且当多孔载体孔隙率<85%时,复合相变材料的质量损失小于2%,表明复合相变材料具有良好的稳定性。导热增强型复合相变储能材料具有优异的热物理性能、化学稳定性以及在热能储存系统中快速充能/释能的特点。本文首次探索以大宗工业废弃物中目前基本无法利用的泥状细颗粒铁尾矿为原料制备孔隙率可调、力学性能优良的铁尾矿多孔陶瓷,并以其为载体研发了一种可应用于室内太阳能热水地板采暖系统的复合相变储能材料,开辟了铁尾矿资源化利用的新技术和新方向,在建筑节能等领域有着广阔的应用前景。
郭海建[8](2019)在《Ni基非晶纤维增强镁基复合材料的制备及界面研究》文中研究表明本文围绕Ni基非晶纤维增强镁基复合材料的制备及界面研究。制备了满足力学性能的Ni60.96Nb19.26Ta19.78非晶纤维,分析了不同工艺参数对Ni基非晶纤维增强镁基复合材料浸渗质量的影响,优化了工艺参数,制备了Ni基非晶纤维增强镁基复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、电子万能试验机等分析测试手段,对镁基复合材料的微观组织及力学性能进行研究,分析了界面结合状态对镁基复合材料力学性能的影响机制。采用真空电弧熔炼及熔体抽拉法制备了Ni60.96Nb19.26Ta19.78纤维。利用SEM、TEM、XRD、DSC、万能试验机等分析测试手段,确定了制得的Ni60.96Nb19.26Ta19.78纤维为非晶态,纤维直径约为50μm,截面圆度高,表面光滑,无明显瑞利波和沟槽。其玻璃转变温度Tg=661℃,初始晶化温度Tx1=704℃,其过冷液相区ΔTx=43℃。Ni60.96Nb19.26Ta19.78非晶纤维的平均断裂强度为2894.96 MPa,延伸率为1.68%。利用自行设计的设备,采用挤压铸造法制备了Ni基非晶纤维增强镁基复合材料。研究了不同工艺参数对Ni基非晶纤维增强镁基复合材料致密度的影响。结果表明,镁基复合材料的致密度随保压时间的延长、熔体温度的升高及熔体温度与非晶纤维预热温度差减小而逐渐增大。其中,保压时间对镁基复合材料致密度的影响最大,其次是熔体温度,最后是熔体温度与非晶纤维预热温度差。得出制备Ni基非晶纤维增强镁基复合材料最优工艺参数为:熔体温度T1=680℃、非晶纤维预热温度T2=680℃、保压时间t=10min。应用SEM、TEM分析了Ni基非晶纤维与镁基体的界面结合状态。温度适中,Ni基非晶纤维与镁合金基体界面处出现厚度约为4μm的Al/Ni化合物界面反应层;纤维边缘内形成了2μm厚的扩散层,扩散层内形成少量的Mg/Ni化合物,Ni基非晶纤维仍然保持非晶态。温度过高,界面处出现厚度约为15μm的Al/Ni化合物界面反应层;纤维边缘内形成了4μm厚的扩散层,扩散层内形成少量的Mg/Ni化合物,Ni基非晶纤维部分晶化。应用电子万能试验机对镁基复合材料进行力学性能分析。熔体浇注温度为680℃时,添加了4vol%的Ni基非晶纤维后镁基复合材料抗拉强度由129MPa增加到到227MPa,提高了76%;熔体浇注温度为700℃时,添加了4vol%的Ni基非晶纤维后镁基复合材料抗拉强度由134MPa增加到到199MPa,提高了48.5%;温度适中,界面结合强度适中,使镁基复合材料在加载时,裂纹萌生后可以通过界面传递载荷,应力集中因为界面脱粘及镁基体塑性变形而得到松弛,让裂纹能够停止扩展,断口表现界面脱粘及纤维拔出现象。从而充分发挥了Ni基非晶纤维的增强作用,使镁基复合材料的抗拉强度得到提高。温度过高,界面反应物增多,纤维晶化,反而降低了Ni基非晶纤维增强镁基复合材料性能,断口平整。
周谟金[9](2019)在《ZTAp/高铬铸铁基蜂窝构型复合材料反应型界面过渡区构建及性能研究》文中提出陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料主要作为高效耐磨材料应用于冶金、矿山、水泥、电力、机械和煤炭等工业领域。其中,氧化锆增韧氧化铝(ZTA)陶瓷的价格低廉、韧性较好、耐高温磨损性能优异且与钢铁基体的热膨胀系数较为匹配,因此开发高性能低成本ZTA颗粒(ZTAp)增强钢铁基复合材料得到广泛关注。然而,ZTAp与钢铁液的润湿性差,导致无压铸渗制备ZTAp/钢铁基复合材料相当困难。此外,ZTAp/钢铁的界面基本为机械结合,结合强度低,造成复合材料在抗磨损服役过程中的可靠性和耐磨性较差,限制了该材料的应用发展空间。为解决上述问题,本文首先在蜂窝构型预制体中的ZTA颗粒表面包覆活性陶瓷微粉,使其在无压铸渗时与ZTA颗粒和铁液发生化学反应形成反应型界面过渡区,促进铁液对预制体的浸渗。然后,深入研究反应型界面过渡区的微观组织和性能,实现增强颗粒与基体间性能的过渡。最后,通过压缩、冲击韧性和磨料磨损性能测试,探索具有反应型界面过渡区和蜂窝构型的复合材料工艺稳定性和耐磨性。研究阐明复合材料反应型界面过渡区设计原理和形成机理,揭示反应浸渗过程的浸渗机制,从而优化复合材料界面,提高其耐磨性。采用热力学的方法对基体、颗粒和微粉之间的化学反应进行计算,优选出Al2O3、B4C、SiC及TiO2等活性陶瓷微粉,结合实际浇注结果,表明在ZTA颗粒表面包覆以上微粉后制备的复合材料具有反应型界面过渡区。利用XRD、SEM、EPMA、TEM、HRTEM及纳米压痕等手段对ZTAp/高铬铸铁基复合材料反应型界面过渡区的组织和性能进行了表征和测试。结果表明,粘结剂在高温下形成的非晶组织为界面过渡区的基体,其上分布着陶瓷微粉、高铬铸铁和ZTA颗粒中各元素交互作用形成的金属间化合物。在Al2O3、B4C、SiC和TiO2等活性陶瓷微粉中,Al2O3粉包覆ZTA颗粒制备的复合材料综合性能最佳。该界面过渡区中的主要物相为3Al2O3·2SiO2、FeAl2O4尖晶石、非晶相Na4SiO4和纳米SiO2,其硬度值为7.1GPa,弹性模量为202.7GPa。界面过渡区的性能介于陶瓷颗粒和铁基体之间,可有效传递载荷。从热力学和动力学的角度研究了反应浸渗的浸渗机制。即高铬铸铁熔体在浸渗预制体的过程中,粘结剂首先发生反应形成非晶组织,然后高铬铸铁中的Fe、Cr、Mn等元素在高温下向非晶组织中扩散。这些扩散的合金元素与活性陶瓷微粉接触后发生化学反应形成金属间化合物,导致界面过渡区中合金元素的浓度差增大,从而促使高铬铸铁基体中的金属元素进一步扩散,最终增大高铬铸铁熔体的浸渗深度。对具有反应型界面过渡区和蜂窝构型的ZTAp/高铬铸铁基复合材料进行了压缩、冲击韧性和磨料磨损性能测试,结果表明,反应型界面过渡区可有效提高陶瓷颗粒“微观阴影效应”的效果,同时避免颗粒在外力作用下的脱落。蜂窝构型的结构则可提供“宏观阴影效应”,有效的保护基体,从而显着提高复合材料的力学性能和磨损性能。本论文通过构建反应型界面过渡区并研究反应浸渗机制,为解决非浸润型的ZTAp/高铬铸铁基复合材料浸渗问题和改善其界面结合提供新思路和新方法,丰富了复合材料浸渗理论,为陶瓷颗粒增强钢铁基耐磨复合材料的工业应用奠定实验基础和理论依据。
姜凤阳[10](2018)在《苎麻织物遗态陶瓷及其Cu基复合材料的制备与研究》文中研究表明陶瓷/金属基复合材料集成了硬度、模量、强度、导热、导电、耐高温及耐磨性能等各方面的优势,从而在汽车、高速列车、轨道交通、航空航天、子弹防护材料、核电工程及电子封装等领域表现出潜在的应用价值。在自然界生物材料精细结构的启发下,研究开发出新型的具有天然生物结构陶瓷/金属基复合材料,通过增强金属相与陶瓷相之间的协同作用、耦合效应及多功能响应机制,提高金属基复合材料的强度和刚度,并降低其塑韧性和损伤容限,解决传统金属基复合材料增强效率低等问题成为新的研究热点,尤其是将构型设计与具有天然纤维结构的陶瓷结合作为增强体更具优势。为此从人为重构模板结构,开发构型增强金属基复合材料为目标,基于苎麻纤维“遗态结构可调‖和―网状织构可控‖思想,采用纺织技术制备苎麻织物骨架,分别通过模板原位转化法和模板替代法制备苎麻织物遗态SiC及苎麻织物遗态Al2O3陶瓷。并以制备的遗态陶瓷为增强体,通过控制浸渗气氛、金属体积分数、浸渗温度、浸渗时间及冷却方式等工艺参数,无压浸渗Cu制备遗态陶瓷/金属基复合材料。采用SEM、XRD、TEM、EDS、TG、比表面仪等测试分析方法,对苎麻织物遗态陶瓷进行相成分、显微结构、比表面积、孔径分布等进行研究,探讨遗态转化反应机理;同时对无压浸渗制备的苎麻织物遗态陶瓷/Cu基复合材料进行物相组成及微观组织研究,揭示Cu在氧元素辅助下的无压浸渗机理,以期为制备高性能的陶瓷/金属基复合材料奠定基础。主要研究内容及成果如下:通过纺织技术和模板原位转化法制备苎麻织物遗态SiC陶瓷,研究遗态转化工艺参数对其显微结构及物理性能的影响规律,并探讨薄壁模板的遗态转化机理。结果表明制备的遗态陶瓷保持了织物的宏观结构并复制了苎麻的微观管状结构,织物空隙、苎麻管状及颗粒孔隙的分级孔隙结构赋予遗态陶瓷高孔隙率和低密度属性;其遗态转化机理是碳在硅熔体溶解反应生成SiC的固-液-固(SLS)机制,最终颗粒尺寸及形核长大与液硅含量及模板的壁厚相关。对遗态转化工艺参数研究说明通过控制烧结温度、保温时间及C/Si质量比等遗态转化工艺参数可降低复合前驱体的体积收缩率,最大程度减少模板的重排过程,从而抑制热解过程中复合前驱体的开裂和翘曲,并能调控苎麻织物遗态SiC陶瓷的显微结构、遗态转化机理、电阻率及弯曲强度。结合纺织技术和模板替代法制备苎麻织物遗态Al2O3陶瓷,研究组织结构转变规律,提出无机聚合物浸渍转化机理。制备的苎麻织物遗态Al2O3陶瓷具有高孔隙率(76.5-78.8%)、低热导率(0.070-0.087 W·m-1·K-1)及稳定的介电性能;该模板替代遗态转变过程包括无机聚合物在苎麻纤维上的吸附、网络化、有机体氧化挥发及聚铝化合物的分解、遗态结构的收缩、Al2O3相变及长大等;其中浸渍无机聚合物中的铝含量影响遗态陶瓷的形貌、颗粒尺寸、孔隙结构和显气孔率、比表面积、孔径分布及热导率等性能。无压浸渗制备苎麻织物遗态Al2O3陶瓷/Cu基复合材料,研究其显微组织结构及Cu合金快速无压浸渗分级多孔遗态陶瓷的浸渗工艺参数,揭示氧含量、浸渗温度、浸渗时间、冷却方式等无压浸渗工艺参数对增强体结构完整性、复合材料的致密化程度及理化性能的影响规律;探讨了不同工参数作用下苎麻织物遗态Al2O3陶瓷/Cu基复合材料结构重组、组织转变及性能变化。结果发现氧含量决定金属Cu的浸渗速度,浸渗温度及浸渗时间影响浸渗速率、致密化程度和组织结构,而冷却速度决定复合材料的组织结构及增强体分布状态;对苎麻织物遗态Al2O3/Cu基复合材料的性能测试发现硬度表现出分区特性,快速冷却、高浸渗温度及长浸渗时间可以提高复合材料的硬度,其主要断裂方式为沿晶断裂,而机械结合的弱界面及孔隙缺陷导致较低的弯曲强度,并受Cu体积分数和浸渗时间影响。研究Cu-O-Al体系的反应热力学和动力学,揭示氧元素作用机理及浸渗机理。Cu-O-Al化学反应热力学计算表明氧元素通过吸附扩散降低铜熔体黏度,增强熔体的流动能力,同时参与Cu与Al2O3之间的化学反应改善两相润湿性,降低毛细润湿力,提高其渗透能力。采用Cu-O-Al反应浸渗体系的修正模型估算氧元素辅助下金属Cu无压浸渗速率,其实验值与理论值的不一致说明毛细润湿浸渗并非金属浸渗非均匀分布孔隙结构增强体的唯一方式。最后提出氧元素辅助下金属Cu的快速浸渗模型,浸渗过程包括氧化润湿阶段、熔体填充、快速浸渗阶段和结构重组阶段。快速浸渗过程中Cu-O熔体以渗流方式填充大孔隙,以毛细浸渗方式渗入小孔隙,其中孔隙临界尺寸为6γ1/3/πρ1/3,随后的闭孔结构或小孔隙-大孔隙结构,均以毛细润湿方式渗入,渗入速率受毛细润湿孔隙的尺寸决定。
二、金属基复合材料的自发浸渗制备工艺(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、金属基复合材料的自发浸渗制备工艺(论文提纲范文)
(1)高强耐磨层状铝基复合材料流变模锻工艺及组织性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 高强铝合金的铸造成型 |
1.2.1 7xxx系铝合金的研究现状 |
1.2.2 7xxx铝合金的铸造工艺 |
1.2.3 7xxx铝合金流变成型研究进展 |
1.3 层状复合材料的成型方法 |
1.3.1 离心铸造法 |
1.3.2 浸渗法 |
1.3.3 铸造复合法 |
1.4 层状复合材料的界面结合机理 |
1.4.1 固液界面的复合机理 |
1.4.2 固液界面的过渡层 |
1.4.3 元素扩散及化合物生长对固液界面结合性能的影响 |
1.5 本论文研究目的与意义 |
1.6 本论文的难点、关键技术及创新点 |
1.7 本论文研究内容及技术路线 |
2 研究方法 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 SiCp/A357复合材料 |
2.1.2 7050铝合金 |
2.2 实验装置 |
2.2.1 SiC颗粒预处理装置 |
2.2.2 真空搅拌铸造装置 |
2.2.3 固液复合铸造装置 |
2.2.4 熔体处理装置 |
2.2.5 热处理装置 |
2.3 有限元模拟仿真 |
2.3.1 模拟仿真软件及内容 |
2.3.2 几何模型的建立及计算参数 |
2.4 分析测试方法 |
2.4.1 化学成分分析 |
2.4.2 微观组织观察 |
2.4.3 室温力学性能分析 |
2.4.4 X射线衍射分析(XRD) |
2.4.5 摩擦磨损性能分析 |
3 7050铝合金流变模锻工艺研究 |
3.1 7050铝合金流变模锻工艺仿真优化 |
3.1.1 模型建立及计算参数设定 |
3.1.2 计算结果及分析 |
3.2 实验中各工艺参数对成型性的影响 |
3.2.1 模具温度的影响 |
3.2.2 浇铸温度的影响 |
3.2.3 比压对成型性的影响 |
3.3 各工艺参数对微观缺陷的影响 |
3.4 本章小结 |
4 7050铝合金流变模锻组织性能调控研究 |
4.1 流变模锻成型工艺对组织的影响 |
4.1.1 浇铸温度对微观组织的影响 |
4.1.2 比压对晶粒形貌的影响 |
4.2 7050铝合金组织调控方案 |
4.3 7050铝合金制动毂调控前后的组织与性能 |
4.4 7050铝合金组织调控优化机理 |
4.4.1 微合金化对7050铝合金铸件微观组织与力学性能的影响 |
4.4.2 IC-AEMS熔体处理对7050铝合金铸件微观组织和性能的影响 |
4.5 7050铝合金层的拉伸断口分析 |
4.6 本章小结 |
5 PAMC/Al层状复合材料制动毂固液复合铸造工艺研究 |
5.1 PAMC/Al层状复合材料制动毂固液复合铸造工艺仿真优化 |
5.1.1 耐磨环厚度对其内表面升温的影响 |
5.1.2 耐磨环高度对其内表面升温的影响 |
5.1.3 耐磨环预热温度对其内表面升温的影响 |
5.2 复合铸造工艺参数对固液界面结合的影响 |
5.2.1 耐磨环表面处理对界面结合的影响 |
5.2.2 耐磨环预热温度对界面结合的影响 |
5.2.3 复合铸造加压前等待时间对界面结合的影响 |
5.3 分析与讨论 |
5.4 本章小结 |
6 PAMC/Al层状复合材料制动毂固液复合界面的组织与性能 |
6.1 固液复合界面的微观组织结构 |
6.1.1 铸态固液复合界面的微观组织结构 |
6.1.2 T6态固液复合界面的微观组织结构 |
6.2 固液复合界面的力学性能 |
6.2.1 维氏硬度测试 |
6.2.2 剪切性能测试 |
6.3 分析和讨论 |
6.3.1 固液铸造过程中界面的形成 |
6.3.2 剪切断口分析 |
6.4 本章小结 |
7 大型PAMC/Al层状复合材料制动毂复合铸造实验 |
7.1 大型PAMC/Al层状复合材料制动毂结构及制备 |
7.2 大型PAMC/Al层状复合材料制动毂组织及性能 |
7.2.1 微观组织表征 |
7.2.2 性能分析 |
7.3 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的学术成果 |
致谢 |
作者简介 |
(2)ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料的制备及其组织结构研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 陶瓷/铁基耐磨材料的背景 |
1.3 ZTA陶瓷/铁基耐磨材料的制备方法 |
1.4 铸渗法制备陶瓷/金属复合材料 |
1.4.1 铸渗行为的研究 |
1.4.2 复合材料的制备 |
1.5 ZTA陶瓷/铁基耐磨材料的组织结构 |
1.6 ZTA陶瓷/铁基耐磨材料的耐磨性研究 |
1.7 研究的目标内容及技术路线 |
1.7.1 目标 |
1.7.2 内容 |
1.7.3 技术路线 |
第二章 试验材料及方法 |
2.1 引言 |
2.2 试验材料及设备 |
2.2.1 试验材料 |
2.2.2 实验设备 |
2.3 实验检测及分析方法 |
2.3.1 X射线衍射分析 |
2.3.2 扫描电镜和能谱分析 |
2.3.3 磨损性能测试 |
2.4 表面金属化 |
2.4.1 化学镀镍 |
2.4.2 化学镀铜 |
2.4.3 化学镀钴 |
2.5 复合材料的制备 |
2.5.1 陶瓷预制体制备 |
2.5.2 复合材料的制备 |
第三章 ZTA/铁基复合材料的制备 |
3.1 引言 |
3.2 陶瓷预制体结构 |
3.3 陶瓷预制体烧结温度 |
3.4 负压铸造工艺 |
3.5 负压铸造制备的复合材料毛坯 |
3.6 复合材料宏观形貌 |
3.7 本章小结 |
第四章 活化物质对复合材料微观组织结构影响 |
4.1 引言 |
4.2 镀Ni复合材料组织结构 |
4.3 镀铜复合材料的组织结构 |
4.4 镀钴复合材料的组织结构 |
4.5 包覆Cr+B_4C复合材料的组织结构 |
4.6 包覆Al复合材料的组织结构 |
4.7 包覆Al+Fe_2O_3复合材料的组织结构 |
4.8 包覆Al+Cr_2O_3复合材料的组织结构 |
4.9 本章小结 |
第五章 磨损性能测试分析 |
5.1 引言 |
5.2 实验结果 |
5.3 复合材料耐磨性分析 |
5.4 复合材料可靠性分析 |
5.5 磨损机理 |
5.6 本章小结 |
第六章 结论 |
参考文献 |
攻读学位期间取得的科研成果 |
致谢 |
(3)前驱体法制备三维网络Ti2AlC/AZ91D复合材料及其阻尼性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题背景和意义 |
1.1.1 课题背景 |
1.1.2 研究意义 |
1.2 国内外研究进展及现状 |
1.2.1 Mg合金的阻尼性能研究现状 |
1.2.2 Ti_2AlC及其复合材料的阻尼性能研究现状 |
1.3 镁基复合材料的制备工艺 |
1.3.1 粉末冶金法 |
1.3.2 搅拌铸造法 |
1.3.3 挤压铸造法 |
1.3.4 熔体浸渗法 |
1.4 多孔陶瓷制备工艺 |
1.4.1 添加造孔剂法 |
1.4.2 前驱体法 |
1.4.3 发泡法 |
1.4.4 溶胶-凝胶法 |
1.5 研究内容 |
第二章 实验材料及实验方法 |
2.1 实验原料及设备 |
2.1.1 实验原料 |
2.1.2 实验设备 |
2.2 泡沫选择 |
2.3 三维网络多孔陶瓷预制体的制备 |
2.4 复合材料的制备 |
2.4.1 模具设计 |
2.4.2 熔融浸渗 |
2.5 性能测试方法 |
2.5.1 复合材料抗弯性能测试 |
2.5.2 复合材料阻尼性能测试 |
2.6 物相、组织结构分析 |
2.6.1 光学显微镜分析 |
2.6.2 扫描电子显微镜分析 |
第三章 三维网络Ti_2AlC多孔陶瓷预制体的制备工艺研究 |
3.1 浆料固液比 |
3.2 浆料成分设计 |
3.3 多孔陶瓷的烧结工艺 |
3.4 泡沫种类及放置环境对预制体宏观结构的影响 |
3.5 预制体的组织结构分析 |
3.5.1 预制体宏观结构特征 |
3.5.2 预制体的微观结构特征 |
3.6 本章小结 |
第四章 Ti_2AlC/Mg基复合材料的制备及其组织结构分析 |
4.1 Ti_2AlC/Mg氩气气氛条件下无压浸渗工艺研究 |
4.2 Ti_2AlC/Mg氩气气氛条件下负压浸渗工艺研究 |
4.3 Ti_2AlC/Mg氩气气氛条件下机械压力辅助浸渗工艺研究 |
4.4 三维网络Ti_2AlC/Mg基复合材料的组织结构 |
4.4.1 复合材料的物相分析 |
4.4.2 复合材料的宏观形貌 |
4.4.3 复合材料的微观结构表征 |
4.5 本章小结 |
第五章 Ti_2AlC/Mg基复合材料的力学与阻尼性能 |
5.1 复合材料抗弯性能及强化机理 |
5.2 复合材料阻尼性能及其机理 |
5.2.1 复合材料的阻尼性能 |
5.2.2 复合材料的阻尼机制 |
5.3 复合材料的强度-阻尼性能平衡优化 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
附录A 在学期间发表的学术论文与研究成果 |
(4)ZTA/高铬铸铁复合材料组织结构及浸渗行为研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 陶瓷/金属复合材料发展现状 |
1.3 陶瓷/金属复合材料制备方法 |
1.3.1 固相法 |
1.3.2 液相法 |
1.3.3 自生成法 |
1.4 无压浸渗法制备陶瓷/金属复合材料 |
1.4.1 浸渗行为的研究 |
1.4.2 复合材料的制备 |
1.5 复合材料的界面研究现状 |
1.6 复合材料耐磨性的研究 |
1.7 研究目标及内容 |
1.7.1 研究目标 |
1.7.2 研究内容 |
第二章 试验材料及方法 |
2.1 引言 |
2.2 陶瓷预制体的制备 |
2.2.1 陶瓷颗粒的选择 |
2.2.2 金属基体材料的选择 |
2.2.3 粘结剂的选择 |
2.2.4 活化物质的选择 |
2.2.5 预制体的成型 |
2.3 复合材料的制备 |
2.4 试验设备 |
2.5 复合材料的检测分析方法 |
2.5.1 致密度、孔隙率测试 |
2.5.2 硬度测试 |
2.5.3 X射线衍射分析 |
2.5.4 扫描电镜和能谱分析 |
第三章 ZTA/高铬铸铁复合材料的制备 |
3.1 引言 |
3.2 复合材料制备工艺的探索 |
3.2.1 陶瓷颗粒度对浸渗效果的影响 |
3.2.2 粘结剂对浸渗效果的影响 |
3.2.3 活化物质对浸渗效果的影响 |
3.3 陶瓷预制体的制备 |
3.3.1 陶瓷颗粒的润湿性处理 |
3.3.2 陶瓷预制体的成型 |
3.3.3 陶瓷预制体的孔隙率 |
3.4 复合材料的制备 |
3.4.1 高铬铸铁的浸渗 |
3.4.2 陶瓷预制体的显微硬度 |
3.5 本章小结 |
第四章 活化物质对复合材料组织结构的影响 |
4.1 引言 |
4.2 复合材料的组织结构 |
4.3 活化物质对组织结构的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 无压浸渗行为分析 |
5.1 引言 |
5.2 浸渗动力学分析 |
5.3 活化物质对浸渗的影响 |
5.4 浸渗过程分析 |
5.5 本章小结 |
第六章 结论 |
参考文献 |
攻读学位期间取得的科研成果 |
致谢 |
(5)电热储存系统中多孔基复合相变储热体研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 储热材料概述 |
1.2.1 显热储热材料 |
1.2.2 相变储热材料(PCMs) |
1.2.3 新型多孔陶瓷基材料 |
1.2.4 多孔基复合相变储热体制备工艺 |
1.3 国内外研究现状 |
1.4 本文主要研究内容 |
第2章 电热储存系统 |
2.1 电热储存系统 |
2.2 常见的电热储存系统分类 |
2.2.1 直热式电热水锅炉 |
2.2.2 固体电蓄热装置 |
2.2.3 国内外电热储存系统发展方向及优势 |
2.3 电热储存系统的设计与结构分析 |
2.3.1 电热储存系统的设计 |
2.3.2 电热储存系统模块化分析 |
2.4 本章小结 |
第3章 新型多孔基复合相变储热体的制备工艺研究 |
3.1 材料宏观结构 |
3.2 实验方案 |
3.2.1 多孔陶瓷基体的选择 |
3.2.2 SiC-Si_3N_4复合陶瓷多孔网络表征 |
3.2.3 实验设备及原料 |
3.2.4 熔融浸渗法 |
3.2.5 新型复合相变储热体的制备方案 |
3.3 SiC-Si_3N_4/NaCl新型多孔基复合相变储热体制备的影响因素分析 |
3.3.1 研究真空干燥对浸渗率的影响 |
3.3.2 研究浸渗方式对浸渗率的影响 |
3.3.3 研究浸渗时间对浸渗率的影响 |
3.3.5 研究浸渗温度对浸渗率的影响 |
3.4 本章小结 |
第4章 新型多孔基复合相变储热体的显微结构分析和热物理性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 显微测试与性能定量表征方法 |
4.2.1 扫描电镜分析(SEM) |
4.2.2 X射线能量分散谱仪分析(EDS) |
4.2.3 X射线衍射分析(XRD) |
4.2.4 差示热量扫描仪(DSC) |
4.3 新型多孔基复合相变储热体的显微结构和成分分析 |
4.3.1 显微结构分析 |
4.3.2 成分分析 |
4.3.3 未填充孔洞和裂纹的形成及其控制 |
4.4 新型多孔基复合相变储热体的热物理性能和力学性能研究 |
4.4.1 高温抗压强度 |
4.4.2 储能密度、相变温度和相变潜热 |
4.4.3 比热容、热扩散率和导热系数 |
4.4.4 性能比较 |
4.5 本章小结 |
第5章 结论与展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果 |
致谢 |
(6)新型SiC/Cu复合材料的制备与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 三维网络陶瓷增强金属基复合材料的概念 |
1.1.1 三维网络陶瓷增强金属基复合材料的特点 |
1.1.2 三维连续网络结构多孔陶瓷金属复合材料的制备方法 |
1.1.4 三维网络陶瓷增强金属基复合材料的分类 |
1.1.5 三维网络多孔陶瓷金属基复合材料的界面研究 |
1.1.6 三维网络陶瓷增强金属基复合材料的应用前景 |
1.2 多孔陶瓷 |
1.2.1 多孔陶瓷的制备工艺 |
1.2.2 多孔陶瓷的应用 |
1.3 三维网络SiC陶瓷增强金属基复合材料 |
1.3.1 三维网络SiC/Cu基复合材料的研究现状 |
1.3.2 三维网络SiC/Al基复合材料的研究现状 |
1.3.3 三维网络SiC/Fe基复合材料的研究现状 |
1.4 研究意义及主要研究内容 |
1.4.1 研究意义 |
1.4.2 研究思路 |
1.4.3 主要研究内容 |
第2章 实验 |
2.1 实验原料和设备 |
2.1.1 实验原料 |
2.1.2 实验设备 |
2.2 复合材料的制备工艺 |
2.2.1 复合材料制备工艺流程 |
2.2.2 三维网络海绵的预处理 |
2.2.3 有机泡沫浸渍法制备多孔陶瓷 |
2.2.4 3D打印结合凝胶注模制备多孔陶瓷 |
2.2.5 原位无压渗透法制备复合材料 |
2.3 实验设备 |
2.3.1 Zeta电位分析仪 |
2.3.2 流变仪 |
2.3.3 扫描电子显微镜 |
2.3.4 电动压力试验机 |
2.4 样品制备及实验方法 |
2.4.1 沉降试验浆料制备 |
2.4.2 Zeta电位浆料制备 |
2.4.3 抗压强度试样制备及方法 |
2.4.4 热导率试样制备及方法 |
第3章 有机泡沫模板法制备三维网络碳化硅多孔陶瓷 |
3.1 引言 |
3.2 碳化硅陶瓷浆料的性能研究 |
3.2.1 碳化硅陶瓷浆料稳定性研究 |
3.2.2 pH值对碳化硅浆料的Zeta电位的影响 |
3.3 碳化硅浆料流变性能研究 |
3.4 碳化硅多孔陶瓷性能研究 |
3.5 本章小结 |
第4章 3D打印结合凝胶注模制备碳化硅网眼多孔陶瓷 |
4.1 引言 |
4.2 碳化硅生坯干燥、排胶一体化工艺研究 |
4.2.1 传统干燥排胶 |
4.2.2 PVA的热排胶工艺 |
4.2.3 液体干燥(排胶)机制 |
4.3 不同干燥剂浓度对线收缩率和生坯质量的影响 |
4.4 3D打印辅助凝胶注模制备碳化硅多孔陶瓷的性能研究 |
4.5 本章小结 |
第5章 三维网眼碳化硅/铜基复合材料的制备及其性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 不同金属组分及配比对复合材料性能的影响研究 |
5.3 烧结工艺对复合材料的影响 |
5.3.1 烧结温度对复合材料的影响 |
5.3.2 保温时间对复合材料抗压强度的影响 |
5.4 多孔陶瓷的制备工艺对复合材料的影响研究 |
5.4.1 多孔陶瓷的制备工艺对复合材料的相对致密度的影响 |
5.5 本章小结 |
第6章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术成果 |
(7)铁尾矿多孔陶瓷/石蜡复合相变储能材料的制备与性能研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
序 |
第一章 绪论 |
1.1 铁尾矿概述及其研究现状 |
1.1.1 北京密云地区尾矿堆量和危害 |
1.1.2 铁尾矿国内综合利用研究现状 |
1.1.3 铁尾矿国外综合利用的研究现状 |
1.2 相变储能材料(PCMs)概述 |
1.2.1 无机类相变储能材料 |
1.2.2 有机类相变储能材料 |
1.3 复合相变储能材料 |
1.3.1 相变储能材料的传热强化方法 |
1.3.2 陶瓷基复合相变储能材料的研究现状 |
1.3.3 陶瓷基复合相变储能材料的制备工艺 |
1.3.4 陶瓷基复合相变储能材料的应用 |
1.4 研究目标、研究内容和研究意义 |
1.4.1 研究目标 |
1.4.2 研究内容 |
1.4.3 研究意义 |
第二章 实验原料及实验方法 |
2.1 材料的制备 |
2.1.1 原料 |
2.1.2 尾矿致密样品制备 |
2.1.3 尾矿多孔陶瓷的制备 |
2.1.4 铁尾矿多孔陶瓷/石蜡复合相变储能材料的制备 |
2.1.5 导热增强型铁尾矿多孔陶瓷/石蜡复合相变储能材料的制备 |
2.2 材料化学成分、物相组成及物相变化分析 |
2.3 材料微观结构及元素分布分析 |
2.4 多孔陶瓷基本性能测试 |
2.4.1 铁尾矿粒度测试 |
2.4.2 多孔陶瓷的孔隙率、体积密度测试 |
2.4.3 多孔陶瓷的孔径结构 |
2.4.4 维氏硬度及抗压强度测试 |
2.5 复合相变储能材料性能测试 |
2.5.1 石蜡浸渗百分比测量 |
2.5.2 石蜡浸渗效果测试 |
2.5.3 热物理性能测试 |
2.5.4 性能稳定性测试 |
2.5.5 复合相变材料传热过程 |
2.6 不确定度分析 |
第三章 细颗粒铁尾矿烧结过程与烧结机理研究 |
3.1 铁尾矿原料粒径、成分及物相的表征 |
3.2 铁尾矿坯体的烧结过程及其性能变化 |
3.3 铁尾矿的烧结机理分析 |
3.4 铁尾矿烧结样品的微观分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 铁尾矿多孔陶瓷制备工艺及性能研究 |
4.1 铁尾矿原料特性 |
4.2 工艺参数对多孔陶瓷孔隙率的影响 |
4.2.1 烧结温度的影响 |
4.2.2 保温时间的影响 |
4.2.3 原料球磨时间的影响 |
4.3 铁尾矿多孔陶瓷的微观结构 |
4.4 铁尾矿多孔陶瓷的抗压强度测试 |
4.4.1 工艺参数对抗压强度的影响 |
4.4.2 多孔陶瓷孔隙率与抗压强度的关系 |
4.5 铁尾矿多孔陶瓷的热物理性能 |
4.6 本章小结 |
第五章 复合相变储能材料的制备工艺及性能研究 |
5.1 石蜡对多孔载体的自发浸渗 |
5.2 复合相变材料密度及相变材料填充率 |
5.3 复合相变材料的物相组成及微观结构 |
5.4 复合相变材料的物理稳定性 |
5.5 复合相变材料的热物理性能 |
5.5.1 复合相变材料的导热率 |
5.5.2 复合相变材料的熔化潜热 |
5.5.3 复合相变材料的热学稳定性 |
5.6 复合相变储能材料传热过程研究 |
5.6.1 石蜡熔化/凝固传热过程研究 |
5.6.2 铁尾矿多孔陶瓷/石蜡复合相变储能材料传热速率研究 |
5.7 本章小结 |
第六章 导热增强型复合相变储能材料的制备与性能研究 |
6.1 载体孔隙率对导热增强型复合相变材料性能的影响 |
6.2 导热增强型复合相变储能材料的物相组成与微观结构 |
6.2.1 导热增强型复合相变储能材料的物相组成 |
6.2.2 导热增强型复合相变储能材料的微观结构 |
6.3 导热增强型复合相变储能材料的稳定性测试 |
6.3.1 石墨烯分散稳定性 |
6.3.2 导热增强型复合相变材料的物理稳定性测试 |
6.4 导热增强型复合相变材料的热物理性能及其稳定性 |
6.4.1 导热增强型复合相变材料的热物理性能 |
6.4.2 导热增强型复合相变材料的热学稳定性 |
6.4.3 复合相变储能材料热物理性能的比较性研究 |
6.5 导热增强型复合相变材料传热速率研究 |
6.6 本章小结 |
第七章 结论 |
7.1 主要结论 |
7.2 主要创新点 |
7.3 工作展望 |
参考文献 |
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(8)Ni基非晶纤维增强镁基复合材料的制备及界面研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源及研究的目的和意义 |
1.2 非晶合金和镁基复合材料的研究现状 |
1.2.1 非晶合金的研究现状 |
1.2.2 镁基复合材料的研究现状 |
1.3 非晶合金和镁基复合材料的制备方法 |
1.3.1 非晶合金的制备方法 |
1.3.2 非晶纤维的制备方法 |
1.3.3 镁基复合材料的制备方法 |
1.4 非晶纤维增强金属基复合材料的研究现状 |
1.5 本文主要研究内容 |
第2章 材料制备及分析测试方法 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 Ni基非晶纤维增强镁基复合材料的基体材料 |
2.1.2 增强体材料 |
2.1.3 其他辅助材料 |
2.2 Ni基非晶纤维增强镁基复合材料的制备 |
2.2.1 实验工艺流程 |
2.2.2 Ni基非晶纤维的制备 |
2.2.3 Ni基非晶纤维预制件的制作 |
2.2.4 Ni基非晶纤维增强镁基复合材料的制备 |
2.3 纤维与复合材料的结构及性能测试分析 |
2.3.1 密度测试 |
2.3.2 X射线衍射分析 |
2.3.3 热分析 |
2.3.4 扫描电子显微镜观察和能谱分析 |
2.3.5 透射电子显微镜分析 |
2.3.6 力学性能测试 |
第3章 Ni_(60.96)Nb_(19.26)Ta_(19.78)非晶纤维制备及表征 |
3.1 引言 |
3.2 材料制备 |
3.2.1 非晶合金制备过程 |
3.2.2 纤维熔体抽拉制备过程 |
3.3 Ni_(60.96)Nb_(19.26)Ta_(19.78)纤维微观结构表征 |
3.3.1 纤维密度测试 |
3.3.2 纤维热物性参数分析 |
3.3.3 纤维微观结构分析 |
3.4 Ni基非晶纤维的力学性能测试 |
3.5 本章小结 |
第4章 Ni基非晶纤维增强镁基复合材料的制备工艺 |
4.1 引言 |
4.2 复合材料浸渗挤压工艺条件及过程 |
4.2.1 制备Ni基非晶纤维增强镁基复合材料的临界压力 |
4.2.2 挤压铸造法参数选择 |
4.2.3 挤压铸造工艺过程 |
4.3 工艺参数对Ni基非晶纤维增强镁基复合材料致密度的影响 |
4.3.1 浸渗温度 |
4.3.2 预热温度 |
4.3.3 保压时间 |
4.4 镁基复合材料浸渗缺陷及改善方法 |
4.4.1 镁基复合材料界面主要存在的缺陷形式 |
4.4.2 提高浸渗质量的方法 |
4.5 本章小结 |
第5章 Ni基非晶纤维增强镁基复合材料的表征分析 |
5.1 引言 |
5.2 致密度测定 |
5.3 显微组织分析 |
5.4 力学性能测试 |
5.4.1 室温拉伸性能 |
5.4.2 断口形貌 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
(9)ZTAp/高铬铸铁基蜂窝构型复合材料反应型界面过渡区构建及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 陶瓷颗粒增强金属基复合材料研究概况 |
1.2.1 PRMMCs复合材料概述 |
1.2.2 陶瓷颗粒/金属基复合材料制备工艺 |
1.2.3 陶瓷颗粒/金属基复合材料的应用及发展趋势 |
1.3 陶瓷颗粒增强金属基复合材料界面概述 |
1.3.1 陶瓷颗粒/金属基复合材料界面形成理论 |
1.3.2 陶瓷颗粒/金属基复合材料的界面类型 |
1.3.3 陶瓷颗粒/金属基复合材料的界面研究发展 |
1.4 ZTA_p/钢铁基复合材料概况 |
1.4.1 ZTA陶瓷颗粒简介 |
1.4.2 ZTA_p/钢铁基复合材料研究发展 |
1.5 研究意义和主要研究内容 |
1.5.1 研究意义 |
1.5.2 主要研究内容 |
第二章 试验过程与测试方法 |
2.1 研究路线 |
2.2 试验原材料 |
2.2.1 金属基体 |
2.2.2 ZTA陶瓷颗粒 |
2.2.3 陶瓷微粉 |
2.2.4 粘结剂 |
2.3 孔隙率的测量 |
2.4 ZTA_p/高铬铸铁基复合材料制备工艺流程 |
2.5 材料组织表征 |
2.5.1 金相组织观察 |
2.5.2 X射线衍射分析 |
2.5.3 透射电子显微镜分析 |
2.5.4 DSC分析 |
2.5.5 电子探针分析 |
2.5.6 三维表面轮廓仪 |
2.6 性能测试 |
2.6.1 抗压强度试验 |
2.6.2 冲击韧性试验 |
2.6.3 冲击磨料磨损试验 |
2.6.4 三体磨料磨损 |
2.6.5 复合材料的硬度测试 |
2.6.6 纳米压痕测试 |
第三章 反应型界面设计与复合材料的制备 |
3.1 反应型界面设计 |
3.1.1 界面过渡区热力学计算 |
3.1.2 ZTA陶瓷颗粒类“核壳”结构设计 |
3.2 复合材料的制备 |
3.2.1 ZTA陶瓷预制体的制备 |
3.2.2 材料的制备 |
3.3 本章小结 |
第四章 ZTA_p/高铬铸铁基复合材料组织及性能 |
4.1 复合材料组织 |
4.2 复合材料的力学性能及分析 |
4.2.1 复合材料抗压强度及其失效分析 |
4.2.2 复合材料的冲击韧性及断裂分析 |
4.3 本章小结 |
第五章 ZTA_p/高铬铸铁基复合材料界面特性及反应浸渗机制 |
5.1 复合材料的界面组织分析 |
5.1.1 B4C包覆层复合材料界面 |
5.1.2 SiC包覆层复合材料界面 |
5.1.3 TiO_2 包覆层复合材料界面 |
5.1.4 Al_2O_3 包覆层复合材料界面 |
5.2 复合材料的界面性能 |
5.2.1 B4C包覆层复合材料界面性能 |
5.2.2 SiC包覆层复合材料界面性能 |
5.2.3 TiO_2 包覆层复合材料界面性能 |
5.2.4 Al_2O_3 包覆层复合材料界面性能 |
5.3 复合材料反应浸渗机制分析 |
5.3.1 扩散动力学理论计算 |
5.3.2 复合材料反应浸渗机制分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 ZTA_p/高铬铸铁基蜂窝构型复合材料磨料磨损性能 |
6.1 具有界面过渡区蜂窝构型复合材料三体磨料磨损 |
6.2 不同界面下蜂窝构型复合材料三体磨料磨损 |
6.3 复合材料三体磨料磨损分析 |
6.3.1 蜂窝构型复合材料三体磨料磨损分析 |
6.3.2 不同界面蜂窝构型复合材料三体磨料磨损分析 |
6.4 不同界面下复合材料的冲击磨料磨损及分析 |
6.4.1 复合材料的冲击磨料磨损 |
6.4.2 冲击磨料磨损失效机制分析 |
6.5 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 主要创新点 |
7.3 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 A 攻读博士学位期间发表的论文与专利申请情况 |
附录 B 攻读博士学位期间参与项目及获奖情况 |
(10)苎麻织物遗态陶瓷及其Cu基复合材料的制备与研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
论文的主要创新与贡献 |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 构型陶瓷/金属基复合材料研究现状 |
1.2.1 构型陶瓷/金属基复合材料分类 |
1.2.2 金属浸渗构型预制体陶瓷的制备方法 |
1.3 遗态陶瓷/金属基复合材料研究现状 |
1.3.1 木陶瓷/金属基复合材料 |
1.3.2 遗态陶瓷的研究现状 |
1.4 陶瓷/Cu双连续相复合材料研究现状 |
1.4.1 网络陶瓷/Cu双连续相复合材料 |
1.4.2 陶瓷预制体无压浸渗金属Cu的工艺研究 |
1.5 研究内容及技术路线 |
1.5.1 研究内容 |
1.5.2 技术路线 |
第2章 实验原料与研究方法 |
2.1 实验原料和设备 |
2.1.1 原料及试剂 |
2.1.2 实验仪器和设备 |
2.2 制备工艺 |
2.2.1 苎麻织物遗态SiC陶瓷 |
2.2.2 苎麻织物遗态Al_2O_3陶瓷 |
2.2.3 苎麻织物遗态陶瓷/金属基复合材料 |
2.3 测试方法与表征 |
2.3.1 苎麻织物遗态SiC和Al_2O_3陶瓷 |
2.3.2 苎麻织物遗态Al_2O_3/Cu复合材料 |
第3章 苎麻织物遗态SiC陶瓷的显微结构及性能 |
3.1 引言 |
3.2 复合前驱体热解过程 |
3.2.1 苎麻纤维 |
3.2.2 复合前驱体 |
3.3 复合前驱体热解性能 |
3.3.1 碳硅质量比的影响 |
3.3.2 温度的影响 |
3.3.3 烧结气氛及时间的影响 |
3.4 物相分析 |
3.5 显微结构 |
3.5.1 苎麻及前驱体低温碳化微观形貌 |
3.5.2 烧结工艺对微观形貌影响 |
3.5.3 真空下纳米材料的显微结构 |
3.6 苎麻织物遗态SiC陶瓷形成机理 |
3.7 苎麻织物遗态SiC陶瓷性能 |
3.7.1 比表面积 |
3.7.2 电阻率 |
3.7.3 弯曲强度 |
3.8 本章小结 |
第4章 苎麻织物遗态Al_2O_3陶瓷的显微结构及性能 |
4.1 引言 |
4.2 复合前驱体热解过程及热解性能分析 |
4.2.1 复合前驱体的热解过程 |
4.2.2 复合前驱体的热解性能 |
4.3 物相分析 |
4.4 显微结构 |
4.5 遗态转变机理 |
4.6 苎麻织物遗态Al_2O_3陶瓷性能 |
4.6.1 比表面积及孔结构 |
4.6.2 热导率 |
4.6.3 弯曲强度 |
4.6.4 介电常数 |
4.7 本章小结 |
第5章 苎麻织物遗态Al_2O_3/Cu复合材料制备工艺及性能 |
5.1 引言 |
5.2 浸渗工艺对比分析 |
5.2.1 物相分析 |
5.2.2 显微结构分析 |
5.3 苎麻织物遗态Al_2O_3/Cu复合材料的显微组织 |
5.3.1 浸渗温度影响 |
5.3.2 浸渗时间影响 |
5.3.3 金属体积分数影响 |
5.3.4 冷却速度影响 |
5.4 苎麻织物遗态Al_2O_3/Cu复合材料性能 |
5.4.1 密度及孔隙率 |
5.4.2 硬度 |
5.4.3 电阻率 |
5.4.4 弯曲强度 |
5.5 本章小结 |
第6章 金属Cu快速自发浸渗遗态Al_2O_3陶瓷机理 |
6.1 引言 |
6.2 Cu-O/Al_2O_3的浸渗热力学 |
6.2.1 反应的热力学计算 |
6.2.2 反应的热力学讨论 |
6.3 Cu-O/Al_2O_3的浸渗动力学 |
6.4 金属Cu-O快速自发浸渗 |
6.4.1 润湿性改善机理 |
6.4.2 浸渗过程 |
6.4.3 金属Cu-O快速自发浸渗模型 |
6.5 本章小结 |
结论及展望 |
结论 |
展望 |
参考文献 |
附表 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
四、金属基复合材料的自发浸渗制备工艺(论文参考文献)
- [1]高强耐磨层状铝基复合材料流变模锻工艺及组织性能研究[D]. 郑瀚森. 北京有色金属研究总院, 2021(01)
- [2]ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料的制备及其组织结构研究[D]. 王晓杰. 太原理工大学, 2021(01)
- [3]前驱体法制备三维网络Ti2AlC/AZ91D复合材料及其阻尼性能研究[D]. 何佳容. 贵州大学, 2020(04)
- [4]ZTA/高铬铸铁复合材料组织结构及浸渗行为研究[D]. 王文龙. 太原理工大学, 2020(07)
- [5]电热储存系统中多孔基复合相变储热体研究[D]. 叶治洲. 华北电力大学(北京), 2020(06)
- [6]新型SiC/Cu复合材料的制备与性能研究[D]. 李忠. 上海应用技术大学, 2020(02)
- [7]铁尾矿多孔陶瓷/石蜡复合相变储能材料的制备与性能研究[D]. 李润丰. 北京交通大学, 2019(01)
- [8]Ni基非晶纤维增强镁基复合材料的制备及界面研究[D]. 郭海建. 哈尔滨工业大学, 2019(02)
- [9]ZTAp/高铬铸铁基蜂窝构型复合材料反应型界面过渡区构建及性能研究[D]. 周谟金. 昆明理工大学, 2019(06)
- [10]苎麻织物遗态陶瓷及其Cu基复合材料的制备与研究[D]. 姜凤阳. 西北工业大学, 2018