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摘 要

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1碳化硅增强金属基复合材料的简介及研究意义 1

1.2 碳化硅/金属复合材料的现状及研究方向 1

1.2.1国外金属基复合材料的研究现状 1

1.2.2我国金属基复合材料的研究现状 2

1.2.3研究方向 2

1.3 SiC/金属界面固相反应 2

1.3.1 SiC/M1 界面固相反应 3

1.3.2 SiC/M2界面固相反应 6

1.3.3 SiC/金属界面固相反应动力学 6

1.4 对碳化硅/金属固相反应动力学研究的意义 7

第二章 实验的材料及方法 9

2.1实验材料 9

2.2 SiC/Al基复合材料的制备 10

2.2.1 SiC颗粒表面处理 10

2.2.2 球磨混粉烧结 10

2.3 SiC/Fe基复合材料的制备 10

2.4 SiC/Mg基复合材料的制备 10

2.4.1 SiC颗粒预处理 10

2.4.2 球磨热压烧结 11

2.5复合材料的组织表征 11

2.3.1 XRF分析 11

2.3.2 XRD分析 11

2.3.3 EDS分析 12

2.3.4 SEM分析 12

2.3.5 TEM分析 12

2.3.6 EMPA分析 13

第三章 实验结果及数据处理 14

3.1 SiC/Al复合材料微观组织 14

3. 2 SiC/Fe复合材料微观组织 16

3. 3 SiC/Mg复合材料微观组织 17

第四章 结论 20

参考文献 21

致谢 23

摘要

SiC颗粒增强金属基复合材料通常耐磨性高，具有稳定的尺寸且抗高温，因此，在材料科学领域，越来越多学者开始研究SiC/金属界面固相反应。

本文在对复合材料，例如，SiC/Mg、SiC/Fe及SiC/Al等进行制备时，主要采用了粉末冶金方法；并利用了X射线荧光光谱（XRF）、透射电镜（TEM）、电子显微探针（EMPA）以及扫描电镜（SEM）等，对其微观组织结构形貌进行表征，并对界面的固相反应进行了研究。

研究发现，对于SiC颗粒/Mg基复合材料来讲，当在845℃的烧结温度下，并保温2h时，其烧结工艺是最佳的；关于SiC颗粒/Al这一基复合材料，当温度为505℃，保温为2小时时，其烧结工艺是最佳的；对于SiC颗粒/Fe基复合材料来讲，当在1100℃的烧结温度下，并保温2h时，其烧结工艺是最佳的。镁、铝、铁均为M1金属，SiC/Fe的界面反应动力学方程为：

K=4.9x10^-3exp(-213 x 10³/RT),m²/s

关键词：碳化硅；固相反应；反应动力学；粉末冶金

ABSTRACT

SiC particle reinforced metal matrix composites have high temperature stability, dimensional stability and wear resistance. therefore, in the field of material science, more and more scholars have begun to study the solid state reaction SiC/ metal interface.

This paper mainly used powder metallurgy methods for the preparation of composite materials, such as SiC/Mg、SiC/Fe and SiC/Al, and characterized the microstructure morphology by X ray fluorescence spectroscopy (XRF), transmission electron microscopy (TEM), electron microprobe (s) and scanning electron microscopy (s), and studied the solid-state reaction at the interface.

The results show that the best sintering process of SiC particle / Mg matrix composite is 845 ℃, holding time is 2H; the best sintering process of SiC particle / Al matrix composite is 505 ℃, holding time is 2H. the sintering process is optimal for SiC particle/ Fe based composites when the sintering temperature is 1100℃ and holding for 2 h. Magnesium, aluminum and iron are all M1 metals. The kinetic equations of SiC/Fe interfacial reaction are as follows:

K=4.9x10^-3exp(-213 x 10³/RT),m²/s

Key words: silicon carbide;solid state reaction ;reaction kinetics ; powder metallurgy

第一章 绪论

1.1碳化硅增强金属基复合材料的简介及研究意义

SiC陶瓷作为高温结构的一种陶瓷，由于其强度高、模量高、硬度高，且具有较好的抗热震性能、耐磨性、耐腐蚀以及抗氧化等，使得其在航天器发动机以及汽车等制造业当前具有较好的应用前景。但是, SiC材料自身性质决定了其在常温下有硬度很高和较大的脆性,这种脆硬及耐磨的特性带来了SiC陶瓷难以加工并局限了它的用途^[1]。

纯金属的力学性能和耐磨性较差，目前已很难满足社会生产的需要。所以, 利用一定的技术手段，通过组合性质具有两种或以上的物质，获得的复合材料即具有以往组分材料的性能，有具有新的性能，成为各国研究人员的关注热点^[2]。

而SiC颗粒作为增强体，其热膨胀系数为（4.04～4.28）×10^－6K^－1[3]，较低。将碳化硅添加到基体中作为增强体，此时复合材料的尺寸具有较好的稳定性。此外，从SiC颗粒自身来看，耐磨性和硬度也相对较高，由于将其当成复合材料的增强体时，其硬度和抗高温稳定性能较高，且耐磨性和强度也较好^[4-5]。SiC作为一种非氧化物增强材料，当前具有较多的应用，关于金属基复合材料，在进行开发研究时，具有重要的意义。

1.2 金属/碳化硅复合材料的文献综述

1.2.1国外文献综述

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