原位反应合成微纳米Al2O3-ZrB2内晶颗粒研究(2)
4.2 SEM分析 15
5Al-ZrO2-B体系反应活化能分析 17
5.1活化能的计算 17
5.1.1增强体体积分数40%，球磨3小时活化能计算 17
5.1.2增强体体积分数50%，球磨3h活化能计算 19
5.1.3增强体体积分数50%，球磨8h活化能计算 20
5.2活化能分析 22
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
1 绪论
1.1引言
近年来，航空航天、军事工业以及交通运输等领域迅猛发展，传统的金属材料的性能已经不能满足人们的要求。开发新的、性能优良的新型复合材料已经成为当前材料行业的重要目标。金属基复合材料凭借其不同于传统材料的优良特殊性能和功能，得到了极大的关注[1]。
金属基复合材料具有很好的耐磨性，良好的导电性，导热性，耐高温性能，高的比强度和比模量，热膨胀系数小，尺寸稳定性好等特点。按金属基复合材料基体不同可分为：铝基复合材料，镁基复合材料，钛基复合材料等[2]。铝基复合材料发展时间较长，已逐步进入应用阶段。铝基复合材料的密度比钢小的多，而耐磨性却与铸铁相当，抗拉和抗压强度都很高，具有低的热膨胀系数。广泛应用于汽车，飞机，航空航天，军事工业等领域。铝基复合材料按增强体形态不同分为：晶须增强铝基复合材料，颗粒增强铝基复合材料等。颗粒增强铝基复合材料具有较高的耐磨，耐疲劳性能，同时制备工艺简单、生产成本不高，有利于工业化生产[3]。
1.2颗粒增强铝基复合材料的制备
颗粒增强铝基复合材料作为一种极具竞争力的金属基复合材料越来越受到人们的关注[4]。虽然它的力学性能略差于连续纤文复合材料，但它生产成本低，制备难度不大，制备方法灵活，工业应用前景被看好。在传统工艺中，颗粒增强铝基复合材料的增强体是由外部导入的，即外生法，存在很多缺点，如：颗粒尺寸较大，颗粒表面有污染，界面结合差等。例如粉末冶金法，共喷沉积法等。原位反应制备的铝基复合材料，增强体颗粒是在基体内部形核、长大，热稳定性良好，增强体表面洁净、与基体结合牢固，同时反应放热还可使可挥发杂质离开基体，起到净化基体的作用。原位反应工艺简单，可有效控制增强体类型、大小、分布和数量，并且生产成本不高、易于推广，已成为金属基复合材料研究中一个热点问题。[5-8]
原位反应合成的主要工艺方法有以下几种：自蔓延高温合成法（SHS）,XD放热弥散法，混合盐反应法（LSM）等等
1.2.1自蔓延高温合成法（SHS）
自蔓延高温合成法是1967年Shkiro、 Merzhanov 和 Borovinskaya在研究Ti和B燃烧反应时发现的[9]。自蔓延高温合成法合成材料时是依靠自身化学反应放出的热量来完成的。运用SHS法可制备Al2O3、TiB2、TiC等陶瓷颗粒或以其为增强相的铝基复合材料[1]。该法制备的材料较为疏松，可与其他工艺结合，提高产物的致密度。介万奇[10]等人在使用自蔓延高温合成法制备Al3Ti/Al复合材料时提出，通过控制Al和Ti的比例可以控制Al3Ti组织形态。
1.2.2 XD放热弥散法
放热弥散法是在SHS基础上改进而来，放热弥散法通过连续加热的方法来引发体系发生化学反应，而SHS是通过外界强热点火来产生热爆反应制的复合材料，这是两种工艺最大的不同。它最先是由就美国Martin Marietta实验室提出[11-12]。该法将混合均匀的固态的反应元素粉末和金属基体粉末压实除气后，将压坯快速加热到金属熔点以上的温度，此时金属基体处于熔融状态，两种固态反应元素在金属熔体中相互扩散、接触，发生化学反应，析出稳定的增强相，最后再将熔体进行铸造、挤压成型。该方法已被用于制备Al3Ti/Al[13]，TiC/Al[14]，TiB2[15]等复合材料。制备时原料粉末的配比对烧结产物影响明显，产物的致密度较低，需要选择合适的配比。龙春光[16]等人研究TiC/Al复合材料时，提出Al、Ti、C粉末的配比，直接影响其烧结产物的成分及含量，其致密度随Ti含量的减少而增大，、Ti、C最适于制备复合材料预制块的含量分别为59．2％，23．4％和73％。