Al_(2)O_(3)-Cu/25Cr复合材料的热变形行为与热加工图

采用内氧化-快速热压烧结方法制备了Al_(2)O_(3)-Cu/25Cr复合材料,利用Gleeble-1500D型热模拟试验机对其进行热变形试验(变形温度为600~900℃,变形速率为0.001~1 s^(-1)),绘制了其真应力-真应变曲线,根据双曲正弦模型计算了复合材料的热变形激活能和本构方程,得到了Al_(2)O_(3)-Cu/25Cr复合材料热变形过程的热加工图。结果表明:Al_(2)O_(3)-Cu/25Cr复合材料的热变形激活能为287.227 kJ/mol,根据热加工图,确定了复合材料最佳的热加工工艺参数为变形温度为800~900℃、变形速率为0.25~1 s^(-1)。

Al_(2)O_(3)/Cu复合材料的制备及性能分析

以硝酸铜和硝酸铝为原材料,采用喷雾干燥-煅烧-氢还原工艺得到超细、Al_(2)O_(3)在铜基体中均匀弥散分布的Al_(2)O_(3)/Cu复合粉体;经热压烧结(HP)和模压成型-烧结-复压-复烧(MP)分别制备出不同Al_(2)O_(3)含量的Al_(2)O_(3)/Cu复合材料,实验对比两种方法制备出的样品的物相、微观结构、硬度和电导率。结果表明:两种工艺得到的复合材料均具有较高致密度,硬度随着氧化铝含量增加而增大,电导率随着氧化铝含量增加而减小。热压烧结(HP)工艺获得的材料维氏硬度(143.9 HV)比同工艺下纯铜的硬度值(74.2HV)提高了93.9%,电导率高于80.09%IACS;模压成型(MP)工艺制备的样品维氏硬度(136.8 HV)比相同工艺下纯铜的硬度值(42.3 HV)提高了223.4%,电导率维持在82.25%IACS以上。

NbMoWTa-Al_(2)O_(3)固体润滑复合材料的宽温域摩擦磨损性能

通过高能球磨和放电等离子烧结方法制备了新型NbMoWTa难熔高熵合金基固体润滑复合材料。系统研究了纳米Al_(2)O_(3)作为固体润滑剂对NbMoWTa难熔高熵合金宽温域摩擦学性能的影响。结果表明:纳米Al_(2)O_(3)颗粒在具有BCC结构的NbMoWTa难熔高熵合金基体相晶界和晶内均匀分散,强烈的弥散强化显著提升了NbMoWTa的显微硬度。纳米Al_(2)O_(3)颗粒在室温至800℃范围内降低摩擦因数和磨损方面有显著作用。室温下,由于复合材料的显微硬度显著提升,添加足量的纳米Al_(2)O_(3)实现了复合材料耐磨性的提升。在中高温下,复合材料表面形成的连续致密氧化摩擦层对提升摩擦学性能起着关键作用。纳米Al_(2)O_(3)颗粒协助氧化摩擦层承载更大的载荷,提高其致密性及稳定性,从而更有效地保护基体。此外,在800℃下纳米Al_(2)O_(3)颗粒的存在能够抑制MoO_(3)的过度挥发。

T6态Al_(2)O_(3np)/7075复合材料组织、力学及摩擦磨损性能研究

通过搅拌铸造工艺制备了2wt.%Al_(2)O_(3np)7075复合材料,然后对复合材料进行了T6热处理。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微硬度计、拉伸试验机和多功能摩擦磨损试验机等分析测试仪器设备,对热处理前后Al_(2)O_(3np)/7075复合材料的微观组织、力学性能及摩擦磨损性能进行了研究。研究结果表明:Al_(2)O_(3np)的添加极大地细化了7075合金的α-Al晶粒的尺寸,对复合材料进行热处理之后,组织中元素成分偏析减少,MgZn_(2)析出相弥散分布于Al基体内。与Al_(2)O_(3np)/7075复合材料的力学性能相比,T6态复合材料的力学性能显著提高。在30 N、0.35 m/s的摩擦条件下,T6态复合材料的磨损率和摩擦系数分别为0.0116 mg/m和0.2528,与铸造复合材料相比磨损量和摩擦系数分别降低了64.19%和23.32%。铸态复合材料的磨损机制以粘着磨损为主,而T6态复合材料的磨损机制以轻微粘着磨损和磨粒磨损为主。

原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料的性能研究

针对传统铝合金无法满足工业和民用中对高强高导铝合金需求的问题,开发一种提升铝合金表面硬度且保证其导电导热性能的新型铝基复合材料。通过机械合金化法制备了Al-TiO_(2)-B混合粉末,采用放热弥散结合接触反应技术成功原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料,探究了原始粉末Al-TiO_(2)-B体系反应生成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料的反应机理及反应温度对原位反应的影响,分析了铝基复合材料的微观组织形貌以及表面显微硬度和导电导热性能。XRD分析结果表明,反应温度达到1100℃保温200 min后,原始粉末Al-TiO_(2)-B体系中的TiO_(2)和B粉末完全反应,并且在反应过程中B粉抑制了中间产物Al3Ti和AlB2的生成,最终原位生成为Al_(2)O_(3)和TiB_(2)颗粒混杂增强的铝基复合材料。显微组织观察表明,在铝基体中原位生成了TiB_(2)颗粒(直径小于1μm)和Al_(2)O_(3)颗粒(粒径约为2μm),且铝基复合材料表面组织均匀致密。原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)混杂颗粒增强铝基复合材料的电导率为46.1%IACS,热导率约为198.5 W·m-1·K-1,显微硬度较传统A356铝合金的68 HV提升至76 HV,新型原位合成铝基复合材料在保证导电导热性能的前提下提升了铝基复合材料的显微硬度。

Al_(2)O_(3)/Cu多孔复合材料的微观形貌和压缩性能

采用高能球磨-粉末冶金法制备了Al_(2)O_(3)/Cu多孔复合材料(A-C-M)。首先利用高能球磨法将Cu粉和Al_(2)O_(3)粉末均匀细化,然后将Al_(2)O_(3)/Cu复合粉末与造孔剂尿素均匀混合后,再将混合粉末冷压成型,最后通过溶脱-烧结工艺制得A-C-M。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对粉末原料和A-C-M的微观形貌进行表征分析,使用万能试验机对A-C-M进行压缩性能测试,探讨了尿素和Al_(2)O_(3)含量对A-C-M性能的影响。结果表明:高能球磨使Al_(2)O_(3)/Cu复合粉末的形貌由球状变为片状,复合粉末尺寸先减小后增大,在球磨4 h时获得最小平均粒径为25μm;A-C-M含有两种特征孔,100~300μm的大孔和1~10μm的微孔;随尿素含量的增加,孔的连通程度及复合材料的孔隙率逐渐增加,其压缩强度逐渐降低;随Al_(2)O_(3)含量的增加,A-C-M孔隙率逐渐增加,其压缩强度逐渐降低,当Al_(2)O_(3)含量为4 mass%时,A-C-M的压缩强度急剧下降。

Al_(2)O_(3)颗粒直径对1 vol%的Al_(2)O_(3)/Cu基复合材料组织和性能的影响

采用粉末冶金法+热压工艺制备了不同Al_(2)O_(3)颗粒直径的1 vol%Al_(2)O_(3)/Cu基复合材料,使用光学显微镜和扫描电镜(SEM)观察了复合材料的显微组织,利用电子拉伸试验机测试了复合材料的力学性能。基于弹/塑性理论推导出了复合材料中颗粒周边的弹性区宽度的表达式。结果表明:Al_(2)O_(3)颗粒直径对Al_(2)O_(3)/Cu基复合材料强度及基体晶粒尺寸有着较大的影响;Al_(2)O_(3)颗粒直径越大,Al_(2)O_(3)/Cu基复合材料的抗拉强度、屈服强度越小;当Al_(2)O_(3)颗粒直径为5μm时,Al_(2)O_(3)/Cu基复合材料的抗拉强度和屈服强度分别为207和90 MPa,是铜试样的95.8%和95.7%。

多孔Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3)复合材料研究进展

作为20世纪90年代兴起的一类连续陶瓷纤维增强陶瓷基复合材料,连续氧化铝纤维增韧氧化铝(Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3))复合材料已经发展为与C_(f)/SiC、SiC_(f)/SiC等非氧化物复合材料并列的陶瓷基复合材料。以多孔基体实现基体裂纹偏转成为Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3)复合材料主要的增韧设计方法,形成的多孔Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3)复合材料具有优异的抗氧化性能和高温力学性能,可在高温富氧、富含水汽的中等载荷工况中长时服役,是未来重要的热结构材料。经过近30年的发展,多孔Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3)复合材料已被应用于航空发动机、燃气轮机等热端部件。本文综述了多孔Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3)复合材料的增韧设计方法、制备方法、微观结构和力学性能等多个方面的研究进展,并提出了当下存在的问题以及后续发展方向。

0.5Y_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)-Cu/20Mo3SiC复合材料的热变形行为及热加工图

采用真空快速热压烧结法制备了0.5Y_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)-Cu/20Mo3SiC复合材料,在650~950℃温度范围和0.001~10 s^(-1)应变速率条件下,利用Gleeble-1500D数控动态-力学模拟试验机对0.5Y_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)-Cu/20Mo3SiC复合材料进行热变形试验,根据试验结果绘制了其真应力-真应变曲线。根据动态材料学模型,构建了复合材料的热加工图,确定其适宜的热加工参数。结果表明:0.5Y_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)-Cu/20Mo3SiC复合材料的真应力-真应变曲线存在典型的动态再结晶特征,其热激活能为211.109 kJ/mol,并构建了本构方程;基于动态材料模型构造的热加工图,确定了复合材料最佳的热加工工艺参数为:变形温度为725~950℃,应变速率为0.006~0.223 s^(-1)。

超音速激光沉积Cu-Al_(2)O_(3)-石墨复合涂层微观结构及耐磨损性能

目的研究不同石墨含量对超音速激光沉积Cu-Al_(2)O_(3)-石墨复合涂层的微观组织、显微硬度、耐磨损性能的影响。方法利用扫描电子显微镜、能量色谱仪、维氏硬度计、激光共聚焦扫描显微系统、X射线衍射仪、摩擦磨损测试对复合涂层的微观组织、显微硬度、耐磨损性能及磨损机制进行分析。结果随着原始粉末中镀铜石墨质量占比的增加,Cu-Al_(2)O_(3)-石墨复合涂层的沉积效率逐渐降低。基于Al_(2)O_(3)颗粒的原位喷丸效应及激光辐照的加热软化效应,复合涂层具有致密的微观组织,且复合涂层与基体界面结合良好。单一添加Al_(2)O_(3)颗粒可以将Cu涂层的硬度从108.19HV0.2提高至121.82HV0.2。随着石墨含量的增大,涂层的显微硬度逐渐降低,镀铜石墨在原始粉末中的质量分数从5%增至15%,Cu-Al_(2)O_(3)-石墨复合涂层的硬度从116.09HV0.2降至94.17HV0.2。添加石墨能够在复合涂层表面形成固体润滑层,降低复合涂层的摩擦因数,提升涂层的耐磨损性能。CuAlGr10复合涂层具有最优的耐磨损性能,磨损率为0.7×10^(−4)mm^(3)/(N·m)。此外,由于激光辐照促进了复合涂层内部颗粒间的界面结合,均匀分散在石墨润滑相中的Al_(2)O_(3)颗粒作为负载支撑和耐磨相,可进一步降低复合涂层的磨损率。结论Cu-Al_(2)O_(3)-石墨复合涂层优异的耐磨性能是润滑相石墨颗粒和硬质增强相Al_(2)O_(3)颗粒共同作用的结果,石墨的添加能够降低复合涂层的摩擦因数,提升涂层的耐磨损性能,但过量的石墨颗粒会对涂层产生割裂作用,导致增强相Al_(2)O_(3)颗粒脱离涂层,从而加剧涂层的磨损。

不同Al_(2)O_(3)含量的Al_(2)O_(3)/Cu复合材料的热变形行为

为探究Al2O3含量对Al2O3/Cu复合材料热变形行为的影响,采用内氧化法制备了3种Al2O3含量(0.28、0.66和1.13 mass%)的Al2O3/Cu复合材料,通过热模拟实验对其热变形行为进行了研究。结果表明:在823、923和1223 K时,随着Al2O3/Cu复合材料中Al2O3含量的增加,复合材料的峰值应力逐渐增大;显微组织观察发现,由于1.13 Al2O3/Cu复合材料内动态软化积累程度最大,导致其在1023和1123 K下出现了峰值应力下降现象。经热挤压后,在热变形过程中Al2O3/Cu复合材料的软化效果以动态回复为主。同时,发现0.28 Al2O3/Cu和0.66 Al2O3/Cu复合材料的热激活能相近,1.13 Al2O3/Cu复合材料的热激活能远高于前两者,并分别获得了不同Al2O3含量的Al2O3/Cu复合材料本构关系。采用动态材料模型(DMM)建立了Al2O3/Cu复合材料的热加工图,随着Al2O3含量的增加,热加工图中功率耗散系数η>0.3区域逐渐减小且向高温高应变速率方向移动;就失稳面积而言,0.66 Al2O3/Cu复合材料的失稳区域占比最小。

Ti_(2)AlC粉末粒径分布对TiC_(0.5)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料组织及性能的影响

通过不同时间的湿法球磨得到不同粒径分布的Ti_(2)AlC粉末,再与Cu_(2)O粉末和铜粉末混合,利用放电等离子烧结技术制备TiC_(0.5)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料,研究了Ti_(2)AlC粉末粒径分布对其组织和性能的影响。结果表明:随着Ti_(2)AlC粉末中亚微米级颗粒体积分数由0增加到70.27%,复合材料中增强相颗粒TiC_(0.5)和Al_(2)O_(3)在基体中分散更均匀,但是当亚微米级颗粒体积分数为98.07%时,增强相颗粒出现聚集现象;随着亚微米级颗粒体积分数的增加,复合材料的导电率与相对密度先减小后增大,硬度与屈服强度则先升后降,当亚微米级颗粒体积分数为70.27%时,复合材料综合性能最优异。

原位合成CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的性能研究

对Al的质量分数分别为0.20%,0.35%,0.60%的Cu-Al合金粉末进行内氧化,得到CuAl_(2)O_(3)粉末。采用化学气相沉积法在Cu-Al_(2)O_(3)粉末表面原位生长碳纳米管(carbon nano tubes,CNTs),采用放电等离子烧结工艺成功制备了CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料。采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察了CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合粉末、复合材料断口的形貌。采用显微硬度计、微拉伸试验机、摩擦磨损试验机分别对纯Cu及复合材料的维氏硬度、抗拉强度、摩擦因数进行测试。采用电化学工作站测试复合材料在3.5%NaCl(质量分数)水溶液中的耐腐蚀性能。结果表明,随着Al的质量分数的增加,粉末表面合成的CNTs的数量也增多。Al的质量分数为0.35%时,CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的综合性能最佳,与纯Cu相比,复合材料的抗拉强度和腐蚀电势分别提高了86.4%和43.2%,分别为315 MPa和-0.268 V,摩擦因数降低了53.3%,仅为0.28。

Al_(2)O_(3)修饰液改性多孔陶瓷的制备及材料性能研究

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。为了提高粉煤灰基多孔陶瓷材料的性能,利用Al_(2)O_(3)修饰液对样品进行表面处理,并对其开展物理、力学性能、吸附效果和微观实验。结果表明:烧结温度越高,多孔陶瓷的气孔率与吸水率越小,强度和表观密度越大,在1100℃的温度条件下,多孔结构烧结成型的效果较佳;当修饰液的浓度从0增至50 mol/L,多孔陶瓷的饱和吸附率增加了4.5倍左右,同时密实度和强度也显著提高;氧化铝修饰液的表面改性效应对钙长石晶体的形成起到促进作用,使得孔陶瓷的强度与吸附性能显著提升。

改性硅溶胶封孔剂对多孔Al_(2)O_(3)陶瓷绝缘性能和微观结构的影响

采用甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷对硅溶胶进行改性制得有机硅改性硅溶胶封孔剂,并通过浸渍和加热固化的方法对多孔Al_(2)O_(3)陶瓷片进行封孔处理。研究了固化温度和固化时间对封孔Al_(2)O_(3)陶瓷片绝缘性能的影响,并对多孔Al_(2)O_(3)陶瓷片封孔前后的微观结构进行了表征。结果表明,较佳封孔条件为固化温度120℃、固化时间60 min,此时封孔Al_(2)O_(3)陶瓷片的直流和交流击穿电压分别达到最大值10.76 kV和6.01 kV,1000 V绝缘电阻不低于9999 MΩ。封孔Al_(2)O_(3)陶瓷片表面为改性硅溶胶涂层,呈致密无孔隙状态且与基体结合紧密,涂层厚度约为25μm,表面水接触角提高到86.93°,封孔层深度约为10μm。

以Si-CaO/Al_(2)O_(3)-Si为连接层的C/C复合材料扩散连接接头微观组织及其剪切强度

CaO/Al_(2)O_(3)用于SiC之间的扩散连接,具有接头强度高、连接可靠等优点,但CaO/Al_(2)O_(3)与C/C复合材料的润湿性差,不宜直接用于C/C复合材料的扩散连接。为解决C/C复合材料难以焊接以及连接接头强度较低的问题,本文采用Si-CaO/Al_(2)O_(3)-Si复合夹层作为连接层,对C/C复合材料进行扩散连接,通过Si与C/C在高温下反应生成SiC以及SiC与CaO/Al_(2)O_(3)之间的相互作用,获得高强度接头。结果表明,随着保温时间的延长,接头的剪切强度先升高后下降。1500℃保温90 min的接头,剪切强度达到38.17 MPa,连接接头内部形成“富Si的过渡层-中间层-富Si的过渡层”对称结构,接头中生成的物相主要包含SiC以及由Al_(2)SiO_(5)、SiO_(2)、CaAl_(4)O_(7)等构成的复合玻璃相,剪切断裂主要发生在C/C基体上,说明接头强度及其与基体的结合强度超过了基体强度,是一种非常可靠的连接方式。

层状Al_(2)O_(3)/EP复合材料的可控制备及性能研究

采用冰模板法构筑具有层状结构的Al_(2)O_(3)三维网络骨架,并通过真空浸渍工艺制备出Al_(2)O_(3)/环氧树脂(EP)复合材料。研究了楔形硅橡胶角度、浆料固相含量、冷冻温度对层状Al_(2)O_(3)三维网络骨架微观结构的影响,分析了片层间距对Al_(2)O_(3)/EP复合材料导热、介电和绝缘性能的影响。结果表明:楔形硅橡胶角度为10°和15°时Al_(2)O_(3)三维网络骨架的层状有序性最佳,固相含量的增加和冷冻温度的降低均会使片层间距减小;Al_(2)O_(3)/EP复合材料的热导率和介电常数随着片层间距的减小而增大,但体积电阻率呈降低趋势;当片层间距为45μm时,热导率达到0.52 W/(m·K),体积电阻率为10^(12)Ω·cm。

Al_(2)O_(3)纤维增强TiAl基复合材料的界面反应

采用电火花等离子烧结(SPS)制备Al_(2)O_(3)短纤维(含28%(体积分数)SiO_(2))增强Ti Al基复合材料。通过热力学和动力学分析,阐明界面反应机理。基体与Al_(2)O_(3)纤维的界面相为Ti_(5)Si_(3),该相主要来源于TiAl基体中的Ti元素和Al_(2)O_(3)纤维中的Si元素。TiAl基体与Al_(2)O_(3)纤维的界面反应激活能为285.1kJ/mol。此外,由于界面反应过程中Ti元素的消耗,界面周围的基体由γ-TiAl相组成。在热处理态Al_(2)O_(3)纤维和烧结态复合材料中,γ-Al_(2)O_(3)与非晶态SiO_(2)相发生化学反应,形成莫来石相。

稀土修饰对Cu/Al_(2)O_(3)催化乙酰丙酸乙酯加氢性能的影响

生物质催化转化制大宗化学品符合低碳战略的重要研究方向,将纤维素衍生物乙酰丙酸乙酯转化为1,4-戊二醇是最具前景的技术路线之一。非贵金属铜基催化剂在该反应中表现出较好的活性,Cu/Al_(2)O_(3)在160℃、4 MPa H_(2)条件下催化乙酰丙酸乙酯氢解制1,4-戊二醇收率为50.8%,经稀土改性后催化剂的活性和选择性显著提升,其中CuNd0.25/Al_(2)O_(3)催化剂上获得1,4-戊二醇的收率高达92.7%。通过对催化剂性能以及X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、氢气程序升温还原(H_(2)-TPR)、氢气程序升温脱附(NH3-TPD)和CO红外吸附(CO-DRIFT)等表征结果的分析发现,稀土元素的存在不仅改变了Cu活性中心的还原性质、分散度和电子结构,还改变了催化剂表面酸、碱性位点的分布。稀土元素的修饰既促进了催化剂表面反应物的吸附与活化,又抑制了目标产物1,4-戊二醇的脱水副反应,从而提高了活性和选择性。

含硫气氛中Ce改性Cu-Mn/Al_(2)O_(3)低温催化氧化CO性能研究

为了解决Cu-Mn催化剂在含硫气氛中催化氧化CO时快速失活的问题,以Cu-Mn为活性组分、Ce改性的γ-Al_(2)O_(3)为载体制备了Ce改性Cu-Mn/Al_(2)O_(3)催化剂,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附测试(BET)、氢气程序升温还原(H_(2)-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)对其进行了表征,结果表明:CeO_(2)的加入提高了活性组分的分散度,降低了Cu-Mn/Al_(2)O_(3)催化剂的还原温度,增加了Cu^(2+)、Mn^(3+)及氧空位的含量。测试了Ce改性Cu-Mn/Al_(2)O_(3)催化剂的CO催化氧化活性及抗硫中毒性能,发现Ce的加入可以提高催化剂的CO催化氧化性能,采用浸渍法改性(Ce)/Al_(2)O_(3)载体(Ce负载量为2%)制备的催化剂(10Cu_(1)Mn_(2)/2(Ce)/Al_(2)O_(3))的催化性能较高,可以在130℃下实现CO完全氧化;添加Ce后催化剂的抗硫中毒性能有一定提升,在160℃下通入SO_(2)后5 h,催化剂10Cu_(1)Mn_(2)/2(Ce)/Al_(2)O_(3)能够维持57%左右的CO转化率,在300℃下测试25 h该催化剂的活性没有下降。