SiCp-Al復合材料斷裂過程動態(tài)原位分析.pdf

1、在復合材料中，界面是傳遞載荷的“橋梁”，界面狀態(tài)深刻影響著復合材料的力學性能。因而，本文通過熱擠壓和不同熱處理工藝，改變粉末冶金SiCp/2009Al復合材料以及攪拌鑄造氧化態(tài)SiCp/2014Al復合材料的界面狀態(tài)，研究界面的演化特性；結(jié)合復合材料基體和界面狀態(tài)組織觀察，利用透射電鏡原位拉伸以及掃描電鏡原位拉伸技術(shù)，探究不同界面狀態(tài)對復合材料斷裂過程以及裂紋萌生和擴展過程的影響。建立微觀界面狀態(tài)與界面特性的關(guān)聯(lián)，探究材料斷裂行為與微觀

2、結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系。
　　利用透射電鏡進行微觀組織觀察，粉末冶金SiCp/2009Al復合材料經(jīng)過熱擠壓變形后SiC-Al界面平直干凈，基體以及界面區(qū)析出相密度低。在過時效狀態(tài)下在SiCp/2009Al 復合材料中存在無析出區(qū)，經(jīng)過495℃熱暴露50h后，界面區(qū)發(fā)現(xiàn)呈桿狀的Al4C3。攪拌鑄造SiCp/2014Al復合材料經(jīng)熱擠壓促進顆粒表面SiO2轉(zhuǎn)化為Al2O3，基體和界面處存在少量第二相CuAl2析出。時效處理后，基體與界面處中

3、第二相CuAl2的尺寸、密度均有所增加。熱暴露處理過程中，顆粒表面氧化層阻隔顆粒與基體間反應(yīng)，在550℃熱暴露處理20h后在顆粒表面形成粗大、疏松Al2O3層。
　　選取攪拌鑄造SiCp/2014Al復合材料作為研究對象，掃描電鏡原位拉伸研究表明，初始裂紋擴展與次生裂紋相遇，形成主裂紋。擴展路徑受裂紋前端微觀組織的影響。顆粒特征影響裂紋在近界面區(qū)的擴展行為，表現(xiàn)為裂紋偏轉(zhuǎn)以及沿SiC-Al界面擴展。在495℃熱暴露10h后，基體強

4、度提高程度適中，基體與顆粒變形協(xié)調(diào)，界面結(jié)合良好；延長熱暴露時間到 20h，基體塑性提高，存在少量界面脫粘的現(xiàn)象；提高熱暴露溫度到 550℃，顆粒與基體界面氧化層萌生裂紋，裂紋沿著界面擴展。
　　透射電鏡原位拉伸結(jié)果表明，兩種復合材料在拉伸過程中，裂紋主要在晶界、界面、損傷顆粒、顆粒富集區(qū)等位置萌生；晶界、第二相、顆粒阻礙裂紋擴展。對于粉末冶金SiCp/2009Al復合材料，高應(yīng)力集中區(qū)，裂紋沿界面擴展。對于攪拌鑄造SiCp/20