茅學(xué)志，洪 雨，張玉君，馮 東，楊 磊，史常東，吳玉程，湯文明,

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粉末冶金制備50%SiCp/Al復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及性能

茅學(xué)志1，洪 雨2，張玉君3，馮 東3，楊 磊3，史常東3，吳玉程4，湯文明1, 4

(1. 合肥工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，合肥 230009；2. 合肥工業(yè)大學(xué) 分析測(cè)試中心，合肥 230009；3. 中國電子科技集團(tuán)公司 第43研究所，合肥 230088；4. 合肥工業(yè)大學(xué) 安徽省功能材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230009)

采用球磨加常壓燒結(jié)的粉末冶金工藝制備50%SiCp/6061Al(體積分?jǐn)?shù))復(fù)合材料，研究了燒結(jié)溫度對(duì)該高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的影響。結(jié)果表明：球磨有利于形成成分均勻的50% SiCp6061Al復(fù)合粉體；隨著燒結(jié)溫度的升高，50%SiCp/6061Al復(fù)合材料的致密度及抗彎強(qiáng)度先增后減。710 ℃燒結(jié)的復(fù)合材料性能最佳，致密度達(dá)到97%，抗彎強(qiáng)度大于400 MPa。該復(fù)合材料中SiCp呈解理斷裂，而Al合金基體呈韌性撕裂的斷裂特征。750 ℃燒結(jié)的50%SiCp/6061Al復(fù)合材料中，SiCp/Al界面反應(yīng)加劇，生成較多的Al4C3相，導(dǎo)致復(fù)合材料結(jié)構(gòu)劣化，性能降低。

SiCp/Al復(fù)合材料；粉末冶金；燒結(jié)溫度；顯微組織；力學(xué)性能

相較于單相鋁合金，以碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁合金(SiCp/Al)為代表的鋁基復(fù)合材料具有更高的比強(qiáng)度、比剛度、耐磨損性能以及較低且可控的熱膨脹系數(shù)[1]。為充分發(fā)揮材料的潛能，充分拓展其在航空航天、汽車、電子等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)該復(fù)合材料顯微組織結(jié)構(gòu)及性能最優(yōu)化的前提下，開展鋁基復(fù)合材料高效、低成本制備技術(shù)的研究一直是人們追求的目標(biāo)。迄今為止，已開發(fā)出的SiCp/Al復(fù)合材料制備技術(shù)有粉末冶金、攪拌鑄造、噴射成型、無壓熔滲等。它們各具特點(diǎn)，各有優(yōu)勢(shì)[2?5]。

采用粉末冶金工藝制備SiCp/Al復(fù)合材料具有如下優(yōu)點(diǎn)：1) SiCp在鋁合金基體中的含量連續(xù)可調(diào)，保證復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的均勻性、一致性；2) 制備工藝簡單，且可實(shí)現(xiàn)SiCp/Al復(fù)合材料及制品的近凈成形，少無切削加工，大大降低加工成本；3) 燒結(jié)溫度降低，有效抑制鋁合金基體與SiCp間的界面反應(yīng)，改善復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)。因此，粉末冶金工藝已成為制備SiCp/Al復(fù)合材料最主要的方法之一。ZHAO等[6]的研究表明，對(duì)8%SiCp/Al(體積分?jǐn)?shù))混合粉進(jìn)行脫氣處理可顯著提升其壓制性及素坯強(qiáng)度。PADMAVATHI等[7]研究真空燒結(jié)SiCp含量(5%~20%)對(duì)SiCp/6711Al復(fù)合材料時(shí)發(fā)現(xiàn)，含10%SiCp的復(fù)合材料組織均勻，燒結(jié)致密度、耐磨和耐腐蝕性能最佳；當(dāng)SiCp含量超過10%時(shí)，易出現(xiàn)粉體團(tuán)聚，致使其致密度及性能降低。PIECZONKA等[8]研究燒結(jié)氣氛及SiCp含量(5%~15%)對(duì)SiCp/Al燒結(jié)性能。高純N2是最合適的燒結(jié)氣氛，增加SiCp的含量導(dǎo)致復(fù)合材料燒結(jié)性降低。致密化燒結(jié)是粉末冶金制備SiCp/Al復(fù)合材料的關(guān)鍵，不僅受工藝條件的影響，SiCp含量的影響也很明顯。采用粉末冶金制備方法高體積分?jǐn)?shù)(50%以上)SiCp/Al復(fù)合材料時(shí)，容易出現(xiàn)SiCp分布不均且致密度不高等關(guān)鍵技術(shù)問題，而目前國內(nèi)外相關(guān)研究報(bào)道較少，也未提出有效的解決措施。因此，開展高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料粉末冶金制備技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料中SiCp均勻分布和燒結(jié)致密化，具有重要意義。

本文作者以含50%SiCp的SiCp/Al復(fù)合材料(記為50%SiCp/Al)為對(duì)象，采用球磨+常壓燒結(jié)的粉末冶金工藝，著重研究燒結(jié)溫度對(duì)該復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的影響，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料中SiCp的均勻分布與復(fù)合材料的 燒結(jié)致密化，為高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料及制品的低成本制備探索一條新的路徑。

1 實(shí)驗(yàn)

采用長沙天久金屬材料公司提供的氮?dú)忪F化6061Al合金粉以及從挪威進(jìn)口的F1000、F500兩種規(guī)格的SiC粉體作為原材料。霧化6061Al合金粉的平均粒徑(50)為50 um，其化學(xué)成分見表1。F1000、F500兩種規(guī)格的SiC粉體的純度均大于98%，平均粒徑分別為5和16 μm，且粉體粒度分布窄(見圖1)。

表1 6061Al合金粉體的化學(xué)成分

SiC粉體先經(jīng)150 ℃保溫5 h干燥預(yù)處理，分別稱取6.7935和40.7610 g 的F-1000和F-500 SiC粉體(質(zhì)量比為1:6)與45.6520g 6061Al合金粉混合，得到50%SiCp/Al復(fù)合粉體100 g。50%SiCp/Al復(fù)合粉體的球磨在QM?3SP2型行星式球磨機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)速400 r/min，球磨時(shí)間9 h。加入直徑分別為10和5 mm的ZrO2球(質(zhì)量比為1:6)為球磨介質(zhì)，球料比為7:1。為了防止球磨過程中發(fā)生Al合金粉體的過度冷焊，加入無水乙醇作為過程控制劑。球磨后，將混合料放在真空干燥箱中50 ℃保溫2 h干燥，去除無水乙醇。

球磨后的50%SiCp/Al復(fù)合粉體須進(jìn)行500 ℃保溫2 h的退火處理，以消除球磨過程中引入的內(nèi)應(yīng)力，改善壓制性能。退火過程在OTF?1200X型真空管式爐中執(zhí)行，采用流動(dòng)的高純N2(99.999%，體積分?jǐn)?shù))為氣氛保護(hù)，氣體流速100 mL/min。退火后的復(fù)合粉體填入鋼制模具中，采用769YP?40C型粉末壓片機(jī)單向模壓成形，成形壓力400 MPa，保壓時(shí)間1 min。素坯放入剛玉舟中，表面覆蓋一層6061Al合金與SiCp的混合粉，置于OTF?1200X型真空管式爐中，分別在680、700、710、720和750 ℃下保溫2 h燒結(jié)，升溫速率為5℃/min，隨爐冷卻。試樣燒結(jié)過程在流動(dòng)的高純N2氣氛保護(hù)下進(jìn)行，氣體流速100 mL/min。

燒結(jié)50%SiCp/Al復(fù)合材料的密度采用阿基米德排水法測(cè)定，并據(jù)此計(jì)算其相對(duì)密度。尺寸為50 mm×4 mm×3 mm的長條形試樣，經(jīng)研磨、拋光后，參照GB/T 4741—1999陶瓷材料抗彎強(qiáng)度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，采用三點(diǎn)彎曲法在CMT5105型微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定其抗彎強(qiáng)度，試樣跨距32 mm，橫梁位移速率0.5 mm/min。50%SiCp/Al復(fù)合材料試樣用環(huán)氧樹脂鑲嵌，研磨、拋光后，再用Keller試劑(1 mL氫氟酸+1.5 mL濃鹽酸+2.5 mL濃硝酸+95 mL去離子水)腐蝕處理，腐蝕時(shí)間為3 s。采用SU8020型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察分析50%SiCp/Al復(fù)合材料的微觀組織及斷口形貌，采用Oxford INCA能譜儀(EDS)測(cè)試微區(qū)成分。采用D/MAX2500V型X射線衍射儀(XRD)測(cè)定復(fù)合材料的物相組成。測(cè)試條件：Cu靶(K，波長=0.154 nm)，管電壓、電流分別為20 kV和200 mA，掃描范圍10°~90°，掃描速度3 (°)/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 粉體形貌

圖1所示為SiC粉體和6061Al合金粉體顆粒的SEM像。該SiC粉體顆粒呈多棱角不規(guī)則形狀， F1000-SiC中含有較多細(xì)小顆粒，F(xiàn)500-SiC粒度分布較為集中，而6061Al合金粉顆粒則呈不規(guī)則球形或者短棒狀，粒度分布不均，顆粒尺寸相差較大。

圖2所示為球磨9 h的50%SiC/Al粉體的SEM像。從圖2中可以看出，球磨9 h后的50%SiCp/Al復(fù)合粉體呈扁平結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)樵谇蚰ミ^程中，該復(fù)合粉體中的Al合金顆粒不斷經(jīng)歷塑性變形、冷焊，形成片狀結(jié)構(gòu)[9]。剛性的SiCp則被嵌入Al合金層片中，形成較大尺寸的SiCp/Al片狀團(tuán)聚體顆粒(見圖2(a))，該現(xiàn)象與SABERI等[10]觀察到的結(jié)果一致。同時(shí)，在球磨過程中，這些大的片狀團(tuán)聚體顆粒部分碎化，形成較小的等軸狀顆粒，構(gòu)成SiCp鑲嵌于Al合金顆粒內(nèi)部的復(fù)合結(jié)構(gòu)(見圖2(b))。

2.2 組織與結(jié)構(gòu)分析

由圖3可見， 50%SiCp/Al復(fù)合材料中的SiCp在Al合金基體中分布均勻，無明顯團(tuán)聚，且與Al合金基體結(jié)合致密。經(jīng)EDS測(cè)試，復(fù)合材料中暗灰色的不規(guī)則狀顆粒為SiCp，而暗黑色條帶狀或小顆粒狀顆粒為Si，且Si含量隨著燒結(jié)溫度的升高而增加。由于復(fù)合材料中的Si單質(zhì)主要是由高溫?zé)Y(jié)過程中的SiCp/Al界面反應(yīng)產(chǎn)生的(見式(1))，因此，粉末冶金制備50%SiCp/Al復(fù)合材料時(shí)，在滿足致密化的前提下，燒結(jié)溫度應(yīng)盡可能降低。50%SiCp/Al復(fù)合材料的SiCp粒徑大部分在10 μm以下，明顯小于SiC配料的主要組成F500-SiC的尺寸，說明SiCp/Al復(fù)合粉體的球磨導(dǎo)致大的SiCp的碎化，形成較小粒徑的SiCp。這些新形成的細(xì)小SiCp表面新鮮，與Al合金基體間的反應(yīng)活性大。因此，盡管球磨可以實(shí)現(xiàn)高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合粉體的均勻混合，但加劇了復(fù)合材料的界面反應(yīng)程度，對(duì)材料的結(jié)構(gòu)與性能也會(huì)產(chǎn)生不利影響。迄今為止，雖有采用球磨實(shí)現(xiàn)SiCp/Al復(fù)合粉體均勻混合，并制備結(jié)構(gòu)均勻的SiCp/Al復(fù)合材料的文獻(xiàn)報(bào)道[11?13]，但對(duì)球磨過程的上述不足缺乏關(guān)注，值得在今后的研究中關(guān)注。680℃燒結(jié)50%SiCp/Al復(fù)合材料含有較多的孔隙，這是因?yàn)闊Y(jié)溫度較低，難以實(shí)現(xiàn)致密化；而750 ℃燒結(jié)50%SiCp/Al復(fù)合材料中，孔隙含量較高，這是源于過量的SiCp/Al界面反應(yīng)(見圖3(a)和(e))。相對(duì)而言，700~720 ℃的燒結(jié)程度適中，SiCp/Al界面反應(yīng)程度也不高，因此，50%SiCp/Al復(fù)合材料中氣孔含量少，燒結(jié)致密化程度高(見圖3(b)~(d))。

圖1 SiC及6061Al合金粉的SEM像

圖2 球磨9 h的50%SiC/Al復(fù)合粉體的SEM像

在不同溫度下燒結(jié)制備的50%SiCp/Al復(fù)合材料的XRD譜上，除含Al、SiC兩種基體相的衍射峰外，還存在Si、SiO2、Mg2Si、AlN的衍射峰；此外，在750℃燒結(jié)試樣的XRD譜上還出現(xiàn)了明顯的Al4C3衍射峰(見圖4)。在這些物相中，除了SiO2可能是隨SiC粉體帶入的雜質(zhì)外，其他物相都是該復(fù)合材料在燒結(jié)過程中發(fā)生Al與SiCp以及Al與N2氣氛間反應(yīng)而形成的，且以SiCp/Al界面反應(yīng)為主。

首先，在680 ℃及以上的溫度燒結(jié)時(shí)，6061Al合金(液相線溫度為650 ℃)熔融，形成液相，與包含其中的SiCp發(fā)生反應(yīng)，生成Al4C3和Si：

圖3 不同溫度下燒結(jié)50%SiCp/Al復(fù)合材料的SEM像

圖4 不同溫度下燒結(jié)50%SiCp/Al復(fù)合材料的XRD譜

4Al+3SiC→Al4C3+3Si (1)

反應(yīng)形成的Si大多以Si單質(zhì)形式從熔體中結(jié)晶出來，還有部分Si與6061Al合金中的Mg元素反應(yīng)，形成Mg2Si金屬間化合物相[14]：

2Mg+Si→Mg2Si (2)

此外，根據(jù)SCHAFFER等的研究結(jié)果[15]，Al合金及其表面氧化膜還會(huì)與N2氣氛發(fā)生如下的反應(yīng)：

2Al+N2→2AlN (3)

2Al2O3+2N2→4AlN+3O2(4)

即在燒結(jié)過程中，熔融的Al合金熔體與N2氣氛直接接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(見式(3))，生成AlN；同時(shí)，試樣孔隙中內(nèi)含的O2不斷被保護(hù)氣氛中的N2交換或在燒結(jié)過程中與Al合金基體反應(yīng)而消耗，導(dǎo)致氣孔中的氧分壓顯著降低。在此熱力學(xué)條件下，Al合金氣孔內(nèi)壁的氧化膜可與N2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(見式(4))，同樣也生成AlN。

根據(jù)熱力學(xué)原理，隨著燒結(jié)溫度的升高，上述化學(xué)反應(yīng)過程將趨于激烈，形成更多的反應(yīng)產(chǎn)物。相應(yīng)地，50%SiCp/Al復(fù)合材料中反應(yīng)產(chǎn)物(如Si、Al4C3)的衍射峰也隨之增強(qiáng)。

50%SiCp/Al復(fù)合材料中上述雜質(zhì)相的存在對(duì)其性能將會(huì)產(chǎn)生一定的影響，SiO2的熱導(dǎo)率低(1.5 W/(m?K))，SiCp表面SiO2層產(chǎn)生明顯的熱障效應(yīng)，降低復(fù)合材料的熱導(dǎo)率[16]；脆性的Al4C3相不穩(wěn)定，在環(huán)境中易發(fā)生分解[17]，且Al4C3、Si同為脆性相，在外力作用下易誘發(fā)顯微裂紋，會(huì)降低復(fù)合材料的力學(xué)性能[18]；而Al合金基體中Mg2Si、AlN的存在起到強(qiáng)化Al合金基體的作用，導(dǎo)致燒結(jié)SiCp/Al復(fù)合材料硬度、強(qiáng)度增加，但韌性降低[19]。雖然，上述雜質(zhì)相有些與工藝過程相關(guān)，其形成難以避免，但通過對(duì)原料粉體的預(yù)處理(如SiCp用氫氟酸酸洗處理)，減少球磨過程中SiCp的碎化程度，優(yōu)化粉末冶金工藝，降低燒結(jié)溫度等手段，可在一定程度上降低雜質(zhì)相的含量。

2.3 物理和力學(xué)性能

由圖5(a)可見，隨著燒結(jié)溫度升高，50%SiCp/Al復(fù)合材料的相對(duì)密度由680 ℃時(shí)的91.5%迅速增加為710 ℃時(shí)的96.8%；但燒結(jié)溫度繼續(xù)升高時(shí)，該復(fù)合材料的相對(duì)密度卻明顯降低，750 ℃燒結(jié)復(fù)合材料的相對(duì)密度僅為93.8%。這是因?yàn)楫?dāng)燒結(jié)溫度較低時(shí)，復(fù)合材料中形成的Al合金熔體量少，黏度高，流動(dòng)性及填充能力較差，SiCp間的孔隙不能充分填充，材料中殘留較多的氣孔，燒結(jié)體致密度低。隨著燒結(jié)溫度升高，復(fù)合材料中Al合金熔體的量增多，黏度降低，流動(dòng)性及填充能力隨之增強(qiáng)，可充分填充SiCp間的孔隙，并借助于充填于SiCp間Al合金熔體的毛細(xì)管力造成的黏性壓緊效應(yīng)，促進(jìn)復(fù)合材料的燒結(jié)致密化。但燒結(jié)溫度超過710 ℃以后， 50%SiCp/Al復(fù)合材料致密度反而明顯降低。其原因在于：一方面，高溫下Al合金熔體與SiCp以及N2氣氛間的反應(yīng)增強(qiáng)，形成更多的結(jié)構(gòu)疏松的反應(yīng)產(chǎn)物；另一方面，過高的燒結(jié)溫度致使50%SiCp/Al復(fù)合材料試樣表層的Al合金及試樣埋粉中的Al合金粉迅速熔化，形成的熔體連續(xù)包裹試樣，阻止試樣中氣體(空氣)的排除及保護(hù)氣氛中的N2與試樣中殘留氣體間的交換，導(dǎo)致試樣氣孔內(nèi)壓力高、氧分壓高，顯著阻礙試樣燒結(jié)收縮，并加劇試樣內(nèi)氧化，燒結(jié)活性進(jìn)一步降低。從已報(bào)道的文獻(xiàn)看，采用模壓成形+常壓燒結(jié)的常規(guī)粉末冶金工藝制備SiCp/Al復(fù)合材料均難以像熱壓燒結(jié)那樣獲得高的致密度[20?22]。本實(shí)驗(yàn)中主要從控制球磨混料及燒結(jié)制度入手，采用常規(guī)粉末冶金工藝成功制備出含50%SiCp的高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料，其致密度最高達(dá)97%，為高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料及制品的制備探索出一個(gè)簡單、高效且低成本的途徑。

圖5 50%SiCp/Al復(fù)合材料相對(duì)密度及抗彎強(qiáng)度與燒結(jié)溫度的關(guān)系

由圖5(b)可見，隨著燒結(jié)溫度從680 ℃升高至710 ℃，50%SiCp/Al復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度從225 MPa增加至400 MPa；但隨著燒結(jié)溫度進(jìn)一步升高，復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度快速降低，當(dāng)燒結(jié)溫度為750 ℃時(shí)，其抗彎強(qiáng)度降至260 MPa。50%SiCp/Al復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度隨著燒結(jié)溫度的變化規(guī)律與相對(duì)密度基本相同，說明致密度是影響粉末冶金制備的50%SiCp/Al復(fù)合材料性能的主要原因。

一般地，SiCp/Al復(fù)合材料的性能取決于其中SiCp的粒徑與分布均勻性、燒結(jié)致密化程度、界面反應(yīng)及界面結(jié)合狀態(tài)等諸多因素[23?24]。本實(shí)驗(yàn)中研制的50%SiCp/Al復(fù)合材料通過球磨混料實(shí)現(xiàn)SiCp在Al合金基體中的均勻分布，采用顆粒級(jí)配引入細(xì)小的F-1000 SiCp，降低復(fù)合材料中SiCp的平均粒徑，并實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的致密化燒結(jié)，復(fù)合材料的顯微組織結(jié)構(gòu)及性能均得到較大幅度的改善與提高。燒結(jié)態(tài)50%SiCp/Al復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度可達(dá)400 MPa，高于LIU等[25]采用無壓熔滲工藝制備的相近成分SiCp/Al復(fù)合材料的性能(381 MPa)。且通過對(duì)Al合金基體進(jìn)行熱處理，50%SiCp/Al復(fù)合材料的強(qiáng)度可進(jìn)一步提高。

圖6 不同燒結(jié)溫度下50%SiCp/Al復(fù)合材料的斷口形貌

680 ℃燒結(jié)復(fù)合材料的斷面平整度較低，斷面上有較多細(xì)小且形狀不規(guī)則的氣孔，氣孔集中于Al合金基體中及SiCp/Al界面處，Al合金塑性變形特征不明顯，絕大多數(shù)的SiCp發(fā)生解理斷裂，僅個(gè)別SiCp被拔出，與Al基體合金界面脫粘(見圖6(a))。隨著燒結(jié)溫度升高，50%SiCp/Al復(fù)合材料斷面平整度提高，斷面上氣孔明顯減少，趨于規(guī)則的球形，復(fù)合材料中SiCp幾乎全部發(fā)生解理斷裂，SiCp/Al界面結(jié)合進(jìn)一步增強(qiáng)，Al合金撕裂清晰可見，塑性變形特征明顯(見圖6(b)和(c))，從而賦予復(fù)合材料高的抗彎強(qiáng)度。但當(dāng)燒結(jié)溫度過高時(shí)，復(fù)合材料斷面上氣孔增多，斷面的平整度也降低，SiCp/Al界面反應(yīng)增強(qiáng)，復(fù)合材料中SiCp雖仍呈主體解理斷裂，但SiCp/Al界面反應(yīng)增強(qiáng)，界面結(jié)合強(qiáng)度降低，Al合金基體的塑性程度低，復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度降低(見圖6(d)和(e))。

3 結(jié)論

1) 球磨混料形成SiCp鑲嵌于Al合金基體中的復(fù)合粉體，實(shí)現(xiàn)SiCp在高體分SiCp/Al復(fù)合材料中均勻分布。

2) 燒結(jié)過程中Al合金基體與SiCp及N2氣氛反應(yīng)，形成Si、Mg2Si、AlN等反應(yīng)產(chǎn)物，且隨著燒結(jié)溫度升高，界面反應(yīng)加劇，750 ℃燒結(jié)的50%SiCp/Al復(fù)合材料中形成了較多的Al4C3相。

3) 50%SiCp/Al復(fù)合材料的致密度及抗彎強(qiáng)度隨燒結(jié)溫度的升高呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，提高燒結(jié)溫度有利于改善復(fù)合材料的燒結(jié)性，但燒結(jié)溫度過高會(huì)導(dǎo)致界面反應(yīng)加劇，且試樣內(nèi)的氣體難以排除，造成內(nèi)氧化，復(fù)合材料的氣孔率反而明顯增加。710 ℃燒結(jié)的50%SiCp/Al復(fù)合材料的性能最佳，致密度達(dá)97%，抗彎強(qiáng)度達(dá)400 MPa。

4) 燒結(jié)致密的50%SiCp/Al復(fù)合材料的斷裂方式以SiCp解理斷裂及Al合金基體撕裂為主要特征，SiCp/Al界面結(jié)合強(qiáng)度高。

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Microstructures and properties of 50%SiCp/Al composites fabricated by powder metallurgy

MAO Xue-zhi1, HONG Yu2, ZHANG Yu-jun3, FENG Dong3, YANG Lei3, SHI Chang-dong3, WU Yu-cheng4, TANG Wen-ming1, 4

(1. School of Materials Science and Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2. Analysis and Test Center, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 3. 43 Institute, China Electronics Technology Group Corporation, Hefei 230088, China; 4. Key Laboratory of Functional Materials and Devices of Anhui Province, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

50%SiCp/6061Al (volume fraction) composites were fabricated using powder metallurgy technique via ball-milling and pressureless sintering. The effect of sintering temperature on microstructures and properties of the SiCp/Al composites with high SiCpvolume fraction was especially stressed. The results show that ball milling is beneficial to the uniform composition distribution of the 50%SiCp/6061Al composites powder. With increasing the sintering temperature, the density and bending strength of the 50%SiCp/Al composites increase initially and then decrease. The SiCp/Al composite sintered at 710 ℃has the optimal properties, i.e. the relative density is 97% and the bending strength is above 400 MPa. The SiC particles and Al alloy matrix in the composite follow the cleavage and plastic tearing fracture modes, respectively. As the sintering temperature increases to 750 ℃, an intensive SiCp/Al interfacial reaction takes place to form more Al4C3phase, resulting in the structural degradation and property reduction of the SiCp/Al composite.

SiCp/Al composite; powder metallurgy; sintering temperature; microstructure; mechanical property

(編輯 龍懷中)

Project(2014DFA50860) supported by the International Science & Technology Cooperation Program of China

2016-09-27;

2017-02-23

TANG Wen-ming; Tel: +86-551-62901362; E-mail: wmtang69@126.com

國家國際科技合作專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2014DFA50860)

2016-09-27；

2017-02-23

湯文明，教授，博士；電話：0551-62901362；E-mail: wmtang69@126.com

10.19476/j.ysxb.1004.0609.2017.12.12

1004-0609(2017)-12-2493-08

TG146.21

A