（材料物理與化學(xué)專業(yè)論文）碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料彈性模量與阻尼機(jī)制研究.pdf

兩南人學(xué)碩十學(xué)位論文摘要 碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料彈性模量與阻 尼機(jī)制研究 材料物理與化學(xué)專業(yè)碩士研究生王水兵 指導(dǎo)教師程南璞副教授 摘要 本文利用經(jīng)不同表面處理的s i c 顆粒與6 0 6 6 a 1 粉末采用粉末冶金工藝制備了6 0 6 6 a 1 合 金和s i c p 6 0 6 6 a i 復(fù)合材料 利用s e m 金相顯微鏡 萬能拉伸機(jī) t e m h r t e m x r d 分 析了經(jīng)不同表面處理的s i c 顆粒的表面情況及采用他們制備的復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)與力學(xué)性 能 在此基礎(chǔ)上利用多功能內(nèi)耗儀分析了1 2 s i c p 6 0 6 6 a 1 復(fù)合材料動(dòng)態(tài)模量特征和阻尼機(jī)制 最后通過考慮界面層厚度和界面結(jié)合強(qiáng)度 理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果研究分析了界面特征對(duì) p r m m c s 彈性模量和界面阻尼的影響 主要得到如下結(jié)論 1 利用氧化酸洗并堿洗 得到表面干凈 棱角鈍化和比表面積大的s i c 顆粒 再經(jīng)熱 壓燒結(jié)和熱擠壓過程 干凈和大比表面積的s i c 顆粒與基體間原子擴(kuò)散容易 界面層薄而干 凈 界面結(jié)合強(qiáng)度高 顆粒分布均勻 同時(shí)基體晶粒也得到細(xì)化 由此制備的復(fù)合材料的綜 合性能最好 2 求出了6 0 6 6 a 1 合金和s i c p 6 0 6 6 a 1 復(fù)合材料的阻尼峰的激活能和弛豫時(shí)間 分別為 1 7 8 e v 9 9 5 x 1 0 s 和1 6 8 e v 1 0 1 1 0 4 s s i c 顆粒的加入使m m c s 的阻尼峰向低溫方向漂 移了約5 0 高溫時(shí)的阻尼峰主要是由界面擴(kuò)散和品界滑移機(jī)制引起的 中低溫時(shí)的阻尼主 要?dú)w功于位錯(cuò)阻尼 m m c s 的動(dòng)態(tài)模量比基體合金軟化的慢 是由于加入的s i c 顆粒具有良 好的高溫性能 二者在高溫時(shí)動(dòng)態(tài)模量的軟化速率分別為 0 6 9 c 1 和一1 6 0 3 無論增強(qiáng)體中是否計(jì)入界面體積 p r m m c s 的彈性模量基本隨界面層厚度減小而增 加 隨界面結(jié)合強(qiáng)度提高而增加 而界面阻尼則與之相反 當(dāng)增強(qiáng)體中計(jì)入界面體積時(shí) 在 弱結(jié)合時(shí)界面厚的界面阻尼高 在強(qiáng)結(jié)合時(shí)界面厚的界面阻尼低 當(dāng)增強(qiáng)體中未計(jì)入界面體 積時(shí) 在弱結(jié)合時(shí)界面薄的彈性模量高 在強(qiáng)結(jié)合時(shí)界面厚的彈性模量低 4 兼顧彈性模量和界面阻尼兩方面 實(shí)驗(yàn)中為提高兩者性能可適當(dāng)提高增加增強(qiáng)體的 體積分?jǐn)?shù) 為提高增強(qiáng)體與基體的浸潤(rùn)性時(shí) 界面層應(yīng)盡量控制得比較薄更有利 理論研究 為實(shí)際制備復(fù)合材料時(shí)控制界面提供了科學(xué)依據(jù) 關(guān)鍵詞 sic 顆粒表面處理s i c p 6 0 6 6 a 1 復(fù)合材料彈性模量阻尼機(jī)制等效模型 r e s e a r c ho f y o u n g sm o d u l u sa n dd a m p i n g m e c h a n i s mo fs i m a j o r m a t e r i a l sp h y s i c sa n dc h e m i s t r y a d v i s o r v i c e p r o f c h e n gn a n p u a u t h o r w a n gs h u i b i n g a b s t r a c t t h es i c p 6 0 6 6 a 1c o m p o s i t e sr e i n f o r c e db yd i f f e r e n ts u r f a c e t r e a t e ds i c p a r t i c i e s w e r ef a b r i c a t e db yap o w d e rm e t a l l u r g yr o u t e t h em i c r o s t r u c t u r e sa n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e so ft h ec o m p o s i t e sw e r es t u d i e db yo p t i c a lm i c r o s c o p y o m s c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p y s e m t r a n s a c t i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y t e m x r a ya n dt e n s i l e t e s t r e s p e c t i v e l y d y n a m i cm o d u l u sa n dd a m p i n gm e c h a n i s mo f12 s i c e 6 0 6 6 a i c o m p o s i t e sw e r ea n a l y z e db ym u l t i f u n c t i o n a li n t e m a lf r i c t i o nm e a s u r e m e n t d m a t h ee f f e c t so fi n t e r r a c i a lf e a t u r e s n a m e l y t h ei n t e r f a c i a lt h i c k n e s sa n d b o n d i n gs t r e n g t h o np a r t i c l er e i n f o r c e dm e t a lm a t r i xc o m p o s i t e sw e r ee x p l o r e db yt h e o r e t i c a lm o d e l c o m p a r e dw i t he x p e r i m e n t a lr e s u l t s s o m em a j o rc o n c l u s i o n sc a nb ed r a w n 丘d mt h e e x p e r i m e n t a ls t u d i e sa n dt h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa sf o l l o w s 1 t h es i cp a r t i c l e sw i t hc l e a na n dc o a r s e n e ds u r f a c e sa n db l u n t e da n g l e sw e r e o b t a i n e db ys u r f a c et r e a t m e n tt e c h n i q u e so f o x i d a t i o n a c i dd i p p i n ga n da l k a l iw a s h i n g t h es i c a 1i n t e r f a c e sf o r m e db ya 1a t o m sd i f f u s i o ni n t os i cp a r t i c l es u r f a c e sd u f f n g t h eh o t p r e s s i n ga n dh o te x t r u s i o np r o c e s sw e r et h i na n dc l e a n t h eb o n ds t r e n g t ho f s i c a 1i n t e r f a c e sw a ss t r o n g s i cp a r t i c l e sw e r eh o m o g e n e o u s l yd i s t r i b u t e di na i m a t r i x a n da 1m a t r i xw a sr e f i n e dm o r ed u r i n gm eh o te x t r u s i o np r o c e s sd u et ot h e p r e s e n c eo ft o u g hp a r t i c l e s 2 t h ea c t i v a t i o ne n e r g ya n dr e l a x a t i o nt i m eo ft h ei n t e m a lf r i c t i o np e a ki n s i c p 6 0 6 6 a 1c o m p o s i t e sa n d6 0 6 6 a 1a l l o yw e r eo b t a i n e d 1 7 8 e va n d9 9 5 x 1 0 1 5 s 如r t h ec o m p o s i t e s a n d1 6 8 e va n d1 0 1xlo 1 4 sf o rt h eu n r e i n f o r c e d a l l o y r e s p e c t i v e lv t h e i n t e r n a lf r i c t i o np e a k si nt h ec o m p o s i t e s c o m p a r e dw i t ht h a to ft h ea l l o y s h i f t st ol o w t e m p e r a t u r ea b o u t5 0 c t h ed a m p i n gc a p a c i t yo ft h ec o m p o s i t e si ss u p e r i o rt oa l l o yi n i i 西南人學(xué)碩十學(xué)何論文a b s t r a c t l o wa n dm e d i u mt e m p e r a t u r er a n g ed u et ot h ed i s l o c a t i o nm o t i o n t h ed y n a m i c m o d u l u so ft h ec o m p o s i t e ss o f t e n sm o r es l o w l yt h a nt h a to ft h ea l l o y w h i c ha t t r i b u t e s t oh i g ht e m p e r a t u r ep r o p e r t i e so fs i cp a r t i c l e s a n dt h ec o r r e s p o n d i n gs o f t e n i n gr a t i o s a le 一0 6 9 c a n d 1 6 0 c a th i g ht e m p e r a t u r e r e s p e c t i v e l y 3 w h e t h e ri n c l u d i n gt h ev o l u m eo fi n t e r f a c ei nt h er e i n f o r c e m e n t so rn o t y o u n g sm o d u l u so fp a r t i c l er e i n f o r e c e dm e t a lm a t r i xc o m p o s i t e s p r m m c s i n c r e a s e s w i t hr e d u c i n gt h i c k n e s so r a n de n h a n c i n gb o n ds t r e n g t ho fi n t e r f a c e w h i l ei ti so p p o s i t e f o ri n t e r f a c i a ld a m p i n g w h e nt h ei n t e r f a c ev o l u m ei sc o n t a i n e di nt h er e i n f o r c e m e n t s t h ei n t e r f a c ed a m p i n gi sh i g hf o rt h et h i c ka n dw e a k b o n d e di n t e r f a c e s w h i l ei ti sl o w f o rt h et h i c ka n ds t r o n g b o n d e di n t e r f a c e s w h e nt h ei n t e r f a c ev o l u m ei sn o tc o n t a i n e d i nt h er e i n f o r c e m e n t s t h ey o u n g sm o d u l u si sh i g hf o rt h et h i na n dw e a k b o n d e d i n t e r f a c e s w h i l ei ti sl o wf o rt h et h i c ka n ds t r o n g b o n d e di n t e r f a c e s 4 t h ev o l u m ef r a c t i o no fs i cp a r t i c l ec a nb ei n c r e a s e di no r d e rt os i m u l t a n e o u s l y i m p r o v et h ey o u n g sm o d u l u sa n di n t e r f a c i a ld a m p i n go fs i c a 1c o m p o s i t e s i t sm o r e a v a i l a b l et oi n c r e a s ei n f i l t r a t i o na m o n gr e i n f o r c e m e n ta n dm a t r i xw h e ni n t e r f a c ei s t h i n n e r t h et h e o r e t i c a ls t u d i e sc a np r o v i d es c i e n t i f i cf o u n d a t i o nf o rp r e p a r a t i o no f p a r t i c l er e i n f o r c e dm e t a lm a t r i xc o m p o s i t e si np r a c t i c e k e yw o r d s s i cp a r t i c l e s u r f a c et r e a t m e n t s i c p 6 0 6 6 a 1c o m p o s i t e s y o u n g s m o d u l u s d a m p i n gm e c h a n i s m e q u i v a l e n tm o d e l i i i 獨(dú)創(chuàng)性聲明 學(xué)位論文題目 毯絲壁題趨鱟堡堡基復(fù)僉鹽粒鮑登絲搓量 一 量墮屋扭劍盈塞 本人提交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研 究成果 論文中引用他人已經(jīng)發(fā)表或出版過的研究成果 文中已加了 標(biāo)注 學(xué)位論文作者 牛復(fù) 簽字日期 卅年廣月矽日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解西南大學(xué)有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī) 定 有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤 允 許論文被查閱和借閱 本人授權(quán)西南大學(xué)研究生部可以將學(xué)位論文的 全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或掃 描等復(fù)制手段保存 匯編學(xué)位論文 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書 本論文 口不保密 口保密期限至年月止 學(xué)位論文作者簽名 王杉 導(dǎo)師簽名 掀 簽字日期 厶卅年3 月伽日簽字日期 叫年廠月鈔日 兩南大學(xué)碩 j 學(xué)何論文第一章文獻(xiàn)綜述 第一章文獻(xiàn)綜述 本章主要介紹碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的發(fā)展 特點(diǎn) 應(yīng)用前景 制備 工藝 熱處理工藝 彈性模量 阻尼及界面結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀 并提出本文的主要研 究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線 1 1 金屬基復(fù)合材料的發(fā)展與應(yīng)用概述 2 0 世紀(jì)8 0 年代以來 隨著高新技術(shù)的迅猛發(fā)展 對(duì)材料性能的要求不斷提高 在許多應(yīng)用場(chǎng)合 使用單一傳統(tǒng)材料己難以滿足對(duì)材料綜合性能指標(biāo)的挑戰(zhàn) 在 材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中 一個(gè)標(biāo)志性的發(fā)展是材料的復(fù)合化 材料從合成材料的 時(shí)代進(jìn)入復(fù)合材料時(shí)代 1 l 金屬基復(fù)合材料 m e t a lm a t r i xc o m p o s i t e s m m c s 是 復(fù)合材料中應(yīng)用較為量大面廣的一類復(fù)合材料 m m c s 是指以金屬或合金為基體 通過一定的制備工藝技術(shù)加入第二相物質(zhì)或稱增強(qiáng)體復(fù)合形成的一類新材料 這 類新材料具有通常單一材料所不具備的一系列優(yōu)異的綜合特性 如 高比強(qiáng)度 高 比模量 低密度 熱膨脹系數(shù)小 抗疲勞性好 耐燒蝕 耐磨 耐沖刷 耐溫 導(dǎo)熱 導(dǎo)電 抗輻射 吸波 換能 高阻尼性能等優(yōu)點(diǎn)因而m m c s 被稱為二十一世 紀(jì)的高新材料 目前m m c s 的基體選擇一般主要集中在a i m g t i c u 等金屬或合金系 其 中a l 合金基體的m m c s 是最為廣泛 常見的鋁合金基體有2 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 系 由 于6 0 0 0 系鋁合金有合適的強(qiáng)度 良好的變形能力和可熱處理強(qiáng)化等優(yōu)點(diǎn)而備受青 睞 常見的增強(qiáng)體有長(zhǎng)纖維 短纖維 晶須和顆粒 但由于制備工藝和成本等原因 以及從廣泛適用性的考慮出發(fā) 當(dāng)前大量研究和應(yīng)用的大多是顆粒增強(qiáng)m m c s 主 要有s i c t i c a 1 2 0 3 b 4 c a 1 3 n 4 和石墨 q 等顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料 其中碳 化硅顆粒增強(qiáng)體增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料研究的最多 5 8 s i c 顆粒和a l 合金基體的部分 物理性能如表卜l 所示 表卜1s i c 顆粒與a l 的物理性能 4 9 s i c p a l 復(fù)合材料作為金屬基復(fù)合材料的一種 雖然只有3 0 多年的歷史 但是 由于其具有高的比強(qiáng)度和比模量 低熱膨脹系數(shù) 以及好的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性 并且可以采用傳統(tǒng)的技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行制造和二次加工 制備加工成本低等優(yōu)點(diǎn) 近年來在國(guó)內(nèi)外研究得十分活躍并且得到了迅速發(fā)展 s i c p 從1 復(fù)合材料在許多方 兩南大學(xué)碩 學(xué)何論文第一章文獻(xiàn)綜述 面都有潛在的應(yīng)用前景 見表卜2 表1 2s i c p a i 復(fù)合材料的部分潛在應(yīng)用 o l l 領(lǐng)域應(yīng)用舉例 宇宙飛船與衛(wèi)星儀表固定結(jié)構(gòu)件 天線支架 直升匕機(jī)的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) 起落 航空航天 架 各種框架 筋扳等 武器裝備導(dǎo)彈上的結(jié)構(gòu)件及殼體等 汽車內(nèi)燃機(jī)活塞 連桿 活塞銷 剎車片 離合器片 隔板等 機(jī)電 電機(jī)刷 軸承 電子器件基庫等 運(yùn)動(dòng)器械高爾大球棒 網(wǎng)球拍 自行車車架 釣竿 雪橇滑雪板 摩托車車架等 其他醫(yī)用x 射線臺(tái) 車椅 手術(shù)臺(tái) 紡織機(jī)機(jī)械零部件等 1 2 金屬基復(fù)合材料常見制備技術(shù)概述 制備非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法主要有 4 1 1 1 2 預(yù)制件浸滲法 攪 拌法 半固態(tài)鑄造法 中間合金法 粉末冶金法和噴射共沉積法等 根據(jù)基體合 金所處的狀態(tài)又可將這些方法分為 液相法 固相法 粉末冶金法 和固液兩相 法 噴射共沉積法 1 2 1 液相法 液相法是制備金屬基復(fù)合材料的方法中較早的一種 該方法把增強(qiáng)物即顆粒 晶須或短纖維加入并均勻地分散在熔化的金屬液體中 然后澆注成形 通常非金 屬增強(qiáng)物與基體合金性質(zhì)差別很大 往往互不潤(rùn)濕 傾向于排斥和分離 再是比 重差使增強(qiáng)體出現(xiàn)上浮或下沉現(xiàn)象 同時(shí)增強(qiáng)體和基體界面還可能發(fā)生界面反應(yīng) 為了解決這些問題 研究者們 1 3 1 5 1 研究了不少工藝和措施 主要有預(yù)制件浸滲法 攪拌法 半固態(tài)鑄造法 中間合金法 預(yù)制件浸滲法是首先使增強(qiáng)物懸浮于含有粘結(jié)劑的液體介質(zhì)中 經(jīng)過濾 加壓 干燥后加熱制成預(yù)制塊 置入鑄型 澆注前抽真空 澆注金屬液體后立即加壓 使金屬液滲到預(yù)制件的間隙 凝固后就得到所要求的產(chǎn)品 加壓或抽真空能夠加 快液體凝固 從而縮短了液體金屬與增強(qiáng)體的接觸時(shí)間 減少界面反應(yīng)發(fā)生的可 能性 壓力浸滲法則將預(yù)制件放入模具預(yù)熱后立即傾入金屬熔液 同時(shí)壓下壓頭 使其在壓力下浸滲 凝固后即可脫模 相對(duì)來說 這種方法工藝簡(jiǎn)單 但預(yù)制件 中的氣體不易在凝固前排出而造成氣孔與疏松 而且預(yù)制件也易發(fā)生變形和偏移 在此基礎(chǔ)上又發(fā)展了真空 壓力浸滲法 即先抽真空 再用氣壓把金屬熔體由 通道壓入模具內(nèi) 這種方法雖然需要專用設(shè)備 但是制件質(zhì)量好 預(yù)制件浸滲可 2 兩南人孑 碩十學(xué)何論文第一章文獻(xiàn)綜述 使增強(qiáng)體達(dá)到很高的體積分?jǐn)?shù) 高于攪拌法中的體積分?jǐn)?shù) 攪拌法是向高速攪拌的金屬溶液中逐漸加入顆粒等增強(qiáng)相 待增強(qiáng)體得到潤(rùn) 濕分散均勻后澆入模具成形或澆入金屬型后用擠壓鑄造等方法加壓成形 而半固 態(tài)復(fù)合鑄造法就是將金屬溫度控制在液相線和固相線之間進(jìn)行攪拌 這時(shí)溶液中 含有一定組分的固相粒子 增強(qiáng)體加入 即使?jié)櫇癫缓?由于固相粒子的阻擋和 滯留 增強(qiáng)體結(jié)集和偏聚的傾向減少 這些方法工藝和所需設(shè)備都很簡(jiǎn)單 容易 實(shí)現(xiàn)大量生產(chǎn) 但是 由于在攪拌過程中不可避免有氣體和夾雜物卷入 偏聚和 結(jié)團(tuán)現(xiàn)象又難以避免 任德亮等 1 4 對(duì)攪拌鑄造法制備s i c p a 1 復(fù)合材料的工藝參數(shù) 進(jìn)行了優(yōu)化 對(duì)常見問題如顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象 顆粒 基體間的浸潤(rùn)性 界面反應(yīng)等在 工藝上提出了相應(yīng)的解決辦法 通過對(duì)s i c p 進(jìn)行簡(jiǎn)單 短時(shí)的特殊加熱來改善 s i c p a 1 間的浸潤(rùn)性 為了克h 艮s i c p 的團(tuán)聚現(xiàn)象 作者通過一個(gè)特制的漏斗 在a r 氣流的作用下將s i c p 均勻地加入到基體熔液中 同時(shí)攪拌 對(duì)于界面反應(yīng)則通過 在基體合金中適當(dāng)調(diào)整s i 元素的含量來抑制其發(fā)生 采用優(yōu)化后的攪拌鑄造工藝制 備的s i c p a 1 復(fù)合材料的性能較以前有了較大的提高 能使加入的s i c p 體積含量達(dá) 到2 0 s i c p 分布均勻 界面干凈 沒有觀察到脆性的界面反應(yīng)產(chǎn)物 a 1 4 c 3 性能良好 中間合金法是把顆粒增強(qiáng)物和基體金屬粉末按比例混合 壓制成中間合金塊 投入基體合金熔液 中間塊隨著金屬粉末熔化而散開分布于熔液中 如果加以攪 拌 增強(qiáng)物將均勻分散 澆鑄凝固即得所需形狀的復(fù)合材料鑄件 液相法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單 但是液相法生產(chǎn)m m c s 的最大難題就是增強(qiáng)體與基體 溶液的潤(rùn)濕性差 如果潤(rùn)濕性有所改善 增強(qiáng)體就更容易分散均勻 與基體界面 結(jié)合力也能夠得到保證 除了從工藝上采取上述措施外 研究者還從改善增強(qiáng)體 表面狀態(tài)方面想了不少辦法 研究表明 1 6 1 7 將s i c 顆粒在1 1 0 0 c 1 3 0 0 c 力h 熱3 5 h 使其表面形成一薄層氧化膜 可以改善其與鋁合金的潤(rùn)濕性 還有一種方法 是在s i c 顆粒表面覆蓋一層能夠增加其浸潤(rùn)性的合金元素如c u m g s i 等 1 8 液相法通常與壓力鑄造相結(jié)合 以增加m m c s 的致密度 減少孔隙等缺陷 生產(chǎn) 直接成型的產(chǎn)品如活塞等 1 2 2 固相法 固相法也即平常所說的粉末冶金法 p o w d e rm e t a l l u r g y p m 具體工藝是把 增強(qiáng)物顆粒 晶須或短纖維與合金粉末用機(jī)械方法混合均勻后壓實(shí) 然后加熱脫 氣 在液相線和固相線之間的溫度下于真空環(huán)境中熱壓燒結(jié) 最后把制得的坯料 用熱擠壓或等熱壓力軋制加工成所需形狀得構(gòu)件 一些常見的粉末冶金法工藝流 程酬1 9 如圖1 1 所示 兩南大學(xué)碩 學(xué)何論文第一章文獻(xiàn)綜述 a b c d 圖1 1 粉末冶金具體工藝流程圖 如果金屬粉末容易變形 還可以采用圖卜l 中四種工藝的簡(jiǎn)化工藝 混料一 粉末裝筒一冷壓一熱擠壓一圓棒 比如鋁粉 就可以在冷壓之后 直接進(jìn)行熱擠 壓 在擠壓過程中 鋁粉表面的氧化鋁薄膜被撕破 粉末之間發(fā)生原子間的接觸 這樣只要擠壓變形足夠大 既使在室溫下進(jìn)行擠壓 也能將鋁粉和增強(qiáng)顆?；蚓?須緊緊地?cái)D壓在一起 這種方法雖然減少了中間的一些繁瑣工藝 然而還能獲得 較高的性能 對(duì)性能要求不是很高的材料可以采用此種方法 孫旭煒掣2 0 采用高能球磨法混料和低溫快速熱擠壓相結(jié)合的粉末冶金工藝制 備了s i c p 6 0 6 6 a l 復(fù)合材料 研究了制備工藝對(duì)增強(qiáng)體顆粒分布均勻性的影響 研 究認(rèn)為高能球磨法混料是顯著改善增強(qiáng)體顆粒形貌 細(xì)化增強(qiáng)體顆粒粒度 在基 體更小的微區(qū)域中實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)體顆粒數(shù)量分布均勻性的最有效混料方法 低溫快速 熱擠壓利用基體的較低塑性和強(qiáng)大物理變形量使增強(qiáng)體顆粒進(jìn)一步細(xì)化 得到的 細(xì)小等軸顆粒更易隨著基體的塑性流動(dòng)而呈彌散均勻分布 進(jìn)一步改善或消除微 區(qū)域內(nèi)增強(qiáng)體顆粒的偏聚或盡可能降低偏聚的程度 兩種方法相結(jié)合是實(shí)現(xiàn)增強(qiáng) 體顆粒微觀分布均勻性的最有效方法 關(guān)春龍等 2 i 對(duì)熱壓燒結(jié)工藝制備s i c p a 1 復(fù) 合材料過程中的燒結(jié)溫度 高溫壓力和保壓時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行了正交優(yōu)化設(shè)計(jì) 研 究認(rèn)為燒結(jié)溫度和高溫壓力對(duì)s i c p a 1 復(fù)合材料致密度影響顯著 高溫保壓時(shí)間影 響較小 同時(shí)提出熱壓燒結(jié)制備s i c p a l 復(fù)合材料的最佳工藝參數(shù)是燒結(jié)溫度6 0 0 高溫壓力7 0 m p a 保壓7 m i n 粉末冶金法的優(yōu)點(diǎn)是過程溫度比熔鑄法低 界面反應(yīng)少 顆?；蚓ы毰c基體 的混合比較均勻 偏聚或結(jié)團(tuán)現(xiàn)象不太嚴(yán)重 另外還可以按照復(fù)合材料的性能要 4 兩南大學(xué)碩f 學(xué)何論文第一章文獻(xiàn)綜述 求任意調(diào)整增強(qiáng)物的加入比例 甚至在同一構(gòu)件內(nèi)在不同的位簧加入不同數(shù)量或 品種的增強(qiáng)物 這些優(yōu)點(diǎn)組合在一起使粉末冶金法合成的復(fù)合材料機(jī)械性能較高 主要的問題是工藝比較復(fù)雜 設(shè)備投資和生產(chǎn)成本都較高 1 2 3 固液兩相法 噴射共沉積法 噴射成形 s p r a yf o r m i n g 又稱為噴射鑄造 s p r a yc a s t i n g 或噴射沉積 s p r a y d e p o s i t i o n 該概念和原理最早是由英國(guó)s w a n s e a 大學(xué)的a r e s i n g e r 教授于1 9 6 8 年提出 該設(shè)想的核心是金屬的霧化分散 以實(shí)現(xiàn)快冷 和收集凝結(jié) 以形成大 體積坯料 連貫的一次完成 4 2 2 1 但直到上世紀(jì)七十年代后期至八十年代間才由英 國(guó)的o s p r e y 金屬有限公司將s i n g e r 的設(shè)想應(yīng)用到鍛造毛坯的生產(chǎn)中 逐步形成了 o s p r e y 工藝 o s p r e y 設(shè)備簡(jiǎn)圖如圖1 2 所示 圖卜2 噴射沉積制坯工藝原理圖 卜坩堝2 一沉積室3 s i c p 加入管道4 一沉積室殼體 5 一熔融合金噴嘴6 s i c p 霧化堆7 一熔融合金霧化堆8 一錠托 由于噴射沉積制備錠坯的過程中溫度低 接觸時(shí)間短 界面反應(yīng)少 偏析大 大減小 又由于較高的金屬液滴冷卻速度和增強(qiáng)物的冷卻作用 使金屬基體的顯 微結(jié)構(gòu)得到充分細(xì)化 增強(qiáng)物與基體金屬微粒的混合比例易于調(diào)整 效率比較高 國(guó)內(nèi)外積極開展了采用噴射沉積工藝制備s i c p a 1 復(fù)合材料的工作 2 3 2 4 1 但噴射沉 積法中增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)較難控制 制備的復(fù)合材料氣孔率大 致密度相對(duì)低 顆 粒在基體中分布不均勻 這些只能通過工藝控制和后續(xù)的變形工序如熱擠壓進(jìn)行 改善 1 3 顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的熱處理研究 5 兩南人學(xué)碩 z 何論文第一章文獻(xiàn)綜述 目前大多s i c e a 1 復(fù)合材料的基體合金 如6 0 6 1 6 0 1 3 6 0 6 6 2 0 2 4 2 1 2 4 a 3 5 6 7 0 7 5 等 是可熱處理強(qiáng)化的 實(shí)驗(yàn)研究 2 5 之8 表明這些鋁合金制備的s i c p a 1 復(fù)合材料經(jīng)熱處理后 復(fù)合材料的強(qiáng)度有較大的提高 塑性降低 彈性模量則不 變或變化很小 柏振海 2 9 等指出碳化硅顆粒增強(qiáng)可熱處理強(qiáng)化鋁合金復(fù)合材料的 固溶和時(shí)效過程與基體合金相同 但由于s i c 顆粒的存在 固溶和時(shí)效工藝參數(shù) 改變 對(duì)于可熱處理強(qiáng)化a l m g s i 系合金 固溶淬火后時(shí)效過程中合會(huì)的組織 基體 將發(fā)生以下變化 2 5 2 8 g p 區(qū) 有序g p 區(qū) p p 一m 9 2 s i 越一m g s i 系合金的時(shí)效過程就是m g s i 原子的擴(kuò)散過程 研究發(fā)現(xiàn) 3 0 可熱處理強(qiáng)化鋁合金加入s i c 顆粒后 s i c p a 1 復(fù)合材料的熱處 理工藝參數(shù)與未增強(qiáng)基體合金有較大差異 增強(qiáng)體顆粒的尺寸和體積分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合 材料的最佳固溶溫度和時(shí)間 時(shí)效溫度和時(shí)問都會(huì)有影響 增強(qiáng)體s i c 顆粒與鋁 合金的熱膨脹系數(shù)差別較大 因此當(dāng)復(fù)合材料從制備過程中的高溫或者固溶溫度 冷卻下來時(shí) 在金屬基體中存在大量的殘余應(yīng)力和高密度位錯(cuò) 這些殘余應(yīng)力為 空位或者溶質(zhì)原子的擴(kuò)散提供了驅(qū)動(dòng)力 而高密度位錯(cuò)又為它們提供了大量的擴(kuò) 散通道 并為第二相的非均勻形核提供了有利位置 促進(jìn)了第二相的沉淀過程 與未增強(qiáng)的a 1 合金相比 s i c p a l 復(fù)合材料的時(shí)效過程會(huì)加速 表現(xiàn)為峰值時(shí)效時(shí) 間縮短 龔浩然等 2 8 研究了噴射沉積制備的s i c p 6 0 6 6 a 1 復(fù)合材料的固溶參數(shù) 結(jié)果表 明該復(fù)合材料的固溶溫度比相應(yīng)的基體合金的固溶溫度低 而且固溶時(shí)問縮短 原因是s i c 顆粒的存在 造成了大量的界面 粒子表面能高 基體合金原子通過 界面通道進(jìn)行擴(kuò)散容易 相應(yīng)地固溶溫度降低 固溶時(shí)間縮短 而在其它一些對(duì) s i c p a l 復(fù)合材料熱處理工藝的研究中重點(diǎn)集中在時(shí)效制度的研究上 研究f 2 孓3 0 表明 s i c p a 1 復(fù)合材料的時(shí)效序列與基體合金的一樣 但時(shí)效發(fā)生 的速度卻并不一致 l d u t t a t 3 l 認(rèn)為s i c p a l 復(fù)合材料達(dá)到時(shí)效峰值硬度的時(shí)間隨 s i c 顆粒含量的增加而線性降低 趙乃勤等 3 2 也發(fā)現(xiàn)s i c p l y l 2 復(fù)合材料人工時(shí)效 的峰值時(shí)效時(shí)間提前 由于s i c 顆粒的存在 它與基體合金的熱錯(cuò)配在復(fù)合材料中 特別是近界面 處的基體中 將生成高密度位錯(cuò) 這些高密度位錯(cuò)對(duì)復(fù)合材料時(shí)效過程將產(chǎn)生很 大影響 s i c p a l 復(fù)合材料基體中高密度位錯(cuò)為某些依賴于位錯(cuò)等缺陷形核的非均 勻形核和析出提供了能量和場(chǎng)所 促進(jìn)沉淀過程 3 3 1 4 固體材料阻尼性能的物理本質(zhì) 度量 測(cè)試方法 機(jī)制及其研究 1 4 1 材料阻尼性能的物理本質(zhì) 6 兩南大學(xué)碩 學(xué)位論文第一章文獻(xiàn)綜述 曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼孽i p l i i ii i 曼 在研究固體材料的力學(xué)性能時(shí)適用于一般彈性的胡克定律指出 應(yīng)力所引起 應(yīng)變與應(yīng)力成正比 即應(yīng)力與應(yīng)變具有單值的線性函數(shù)關(guān)系 這表現(xiàn)為材料在受 力時(shí)它瞬時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變 而且一旦應(yīng)力撤去時(shí)其應(yīng)變也立即回復(fù)到零 即應(yīng) 變占正比于應(yīng)力仃 盯鈕占 1 一1 式中e 是材料的彈性模量 但實(shí)際中發(fā)現(xiàn) 當(dāng)材料承受應(yīng)力時(shí)它并不立即產(chǎn) 生根據(jù)胡克定律所達(dá)到的應(yīng)變 而是隨時(shí)間緩緩地達(dá)到這個(gè)應(yīng)變 反之 當(dāng)應(yīng)力 撤去時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)變也不立即而是緩緩地回復(fù)到零 這種現(xiàn)象被稱作彈性后效 但由于材料最終并沒有發(fā)生永久變形 屬于彈性范疇 因此這種現(xiàn)象又被稱作滯 彈性 a n e l a s t i c i t y 以與非彈性 i n e l a s t i c i t y 相區(qū)別 它反映這種特性即屬于彈 性的范疇又包含在時(shí)間上表現(xiàn)滯后現(xiàn)象的特點(diǎn) 力學(xué)的滯彈性也稱為弛豫 r e l a x a t i o n 弛豫過程會(huì)引起阻尼 阻尼也叫內(nèi)耗 研究阻尼可以查知弛豫過程 并揭示弛豫的動(dòng)態(tài)過程和微觀機(jī)制 從而為材料的研究和應(yīng)用提供理論依據(jù) 這 就是研究阻尼的意義 材料的阻尼性能是一個(gè)與由時(shí)間決定的彈性相關(guān)的物理性能 虎克定律沒有 考慮時(shí)間的影響 即所加的應(yīng)力和引起的應(yīng)變被假定為完全同步的 此條件僅當(dāng) 加載速率極其緩慢以至于變形過程可被認(rèn)為是瞬間和靜態(tài)時(shí)才有效 實(shí)際上 材 料對(duì)所加載荷的響應(yīng)不僅有這個(gè)與時(shí)間無關(guān)的瞬時(shí)彈性應(yīng)變 而且還有一個(gè)滯后 于所加載荷的由時(shí)間決定的滯彈性應(yīng)變 因此 總的應(yīng)變應(yīng)有彈性應(yīng)變s 和滯彈 性應(yīng)變占 組成 即 3 4 s e s 1 2 占 毛 1 e x p 一三 f 占 占ie x p 一三 f i 3 1 4 其中毛為時(shí)間 0 時(shí)由加載產(chǎn)生的初始應(yīng)變 r 為材料的弛豫常數(shù) 由于弛豫產(chǎn) 生滯后 因此應(yīng)力與應(yīng)變可表示為 仃 盯oe x p i r o t 卜5 s 占o(jì)e x p i r o t f o 1 6 式中 占 分別為初始應(yīng)力和初始應(yīng)變 緲是振動(dòng)角頻率 伊是應(yīng)變滯后于應(yīng)力 7 兩南人學(xué)碩卜學(xué)位論文第一章文獻(xiàn)綜述 的損失角 l o s s a n g l e 對(duì)于理想材料c p 0 和o e e 符合式 卜1 描述的胡克 定律 然而實(shí)際材料是滯彈性的 即矽 0 存在一個(gè)非零的復(fù)模量虛數(shù)部分 即 e 里 o o c o s 緲 i s i n 緲 e i e 1 7 s 6 0 其中e 魚c o s 驢稱為動(dòng)態(tài)模量 而e 魚s i n 緲稱為損失模量 qs q 實(shí)際材料的上述特征是產(chǎn)生阻尼的物理本質(zhì) 阻尼的產(chǎn)生是由于材料內(nèi)部存 在著一些與材料中的短程序或長(zhǎng)程序參量有關(guān)的內(nèi)部變量 這些變量與固體的內(nèi) 部結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)缺陷及其運(yùn)動(dòng)變化以及其間的相互作用的微觀過程密切相關(guān) 在外 加應(yīng)力的作用下 這些內(nèi)部參量由一個(gè)平衡值過渡到另一個(gè)平衡值時(shí)就引起了附 加的應(yīng)變 但是這個(gè)過渡需要一定的時(shí)間 即由弛豫時(shí)間來完成 并且需要越過 一定的勢(shì)壘 即需要一定的激活能 這樣就導(dǎo)致了應(yīng)變滯后于應(yīng)力 1 4 2 材料阻尼性能的表征和度量 表征和量度材料阻尼性能的參量較多 其中最主要的有以下幾種 3 4 比阻尼率s d c 或阻尼系數(shù)杪當(dāng)材料承受循環(huán)載荷時(shí) 由于應(yīng)變滯后于應(yīng) 力 在應(yīng)力與應(yīng)變曲線上形成了一個(gè)滯后的回線 如圖1 3 所示 遲滯回線包含的 面積代表材料在振動(dòng)一周內(nèi)試樣單位體積散失的能量 低應(yīng)力下該遲滯回線的幅 度可以用來表征材料的阻尼性能 s d c 或杪表達(dá)為一完整循環(huán)中散失能量 a w 與最大存儲(chǔ)能量 之比 s d c 沙 a w 1 8 其中 a w o d e 掃 s 1 9 巴坨 z e 2 1 10 wo d e z e 2 1 0 i 磊 一 勘f o 兩南大學(xué)碩十學(xué)位論文第一章文獻(xiàn)綜述 礦 一一心 j 圖卜3 周期性的應(yīng)力 應(yīng)變及其遲滯回線 這種方法測(cè)量阻尼的誤差來源于應(yīng)力 應(yīng)變和回線面積的測(cè)量 面積越大測(cè) 量越準(zhǔn)確 此法常用于測(cè)量低頻 低應(yīng)力下的阻尼性能 損耗因子矽或損耗正切t a n 緲當(dāng)材料在周期性應(yīng)力的作用下 將受激發(fā)而產(chǎn) 生周期性振動(dòng) 之后如繼續(xù)施加應(yīng)力 材料便會(huì)進(jìn)行受迫的振動(dòng) 振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)態(tài) 以后 便按照 l j j l 應(yīng)力的頻率而振動(dòng) 此時(shí)應(yīng)變的相位落后于應(yīng)力的相位 二者 的相位之差為緲 相位差角緲越大 t a n p 也越大 表明材料的阻尼能力越高 實(shí) 驗(yàn)中通過對(duì)材料損失模量 存儲(chǔ)模量或夠的測(cè)量來確定材料的阻尼性能 即 f 刁 t a n 6 p 專 卜1 1 l 品質(zhì)因數(shù)的倒數(shù)q 1 也稱內(nèi)耗該方法是利用試樣作受迫振動(dòng)共振時(shí)半峰高 對(duì)應(yīng)的頻率z 厶與共振頻率厶來表示材料阻尼能力的大小 即 d l 立五 1 1 2 1q 上述幾種阻尼表示方法可以相互替代 是完全等效的 而且在測(cè)得阻尼性能 的同時(shí)也測(cè)得了材料的動(dòng)態(tài)模量值 1 4 3 材料阻尼性能與動(dòng)態(tài)模量的測(cè)量方法 材料的阻尼本領(lǐng)除了取決于材料本身的性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)外 還與環(huán)境因素 如 溫度等 及測(cè)量條件 如應(yīng)力應(yīng)變振幅和測(cè)量頻率等 密切相關(guān) 對(duì)材料阻尼本領(lǐng)的 評(píng)估 一方面要求測(cè)量出材料在不同環(huán)境因素和不同測(cè)量條件下材料阻尼本領(lǐng)的 大小 另一方面對(duì)產(chǎn)生阻尼的機(jī)制進(jìn)行研究 在可能的條件下給出材料阻尼本領(lǐng) 與環(huán)境因素和測(cè)量條件等參量的函數(shù)關(guān)系 常見的測(cè)量方法有扭擺法和共振法 9 蔭南人學(xué)碩十 7 何論文第一章文獻(xiàn)綜述 扭擺法該法是葛庭隧教授首先建立的 又稱為葛氏扭擺法 這種方法采用 絲狀 直徑0 5 1 5 m m 長(zhǎng)1 0 0 m m 或片狀試樣 在自由振動(dòng)下 通過測(cè)量各周期衰 減振幅和振動(dòng)頻率就可以測(cè)出它的內(nèi)耗和切變模量 當(dāng)阻尼很小且假定試樣的尺 寸不變 則它的切變模量g 就與振動(dòng)頻率廠的平方成正比 圖1 4 為倒扭擺裝置示 意圖 圖卜4 倒扭擺裝置示意圖 共振法常見的有單 雙懸臂彎曲法和三點(diǎn)彎曲法 單懸臂彎曲法適用于較 軟的材料 彈性模量e 1 0 1 0 p a 在強(qiáng)迫振動(dòng)下 這些方法通過測(cè)量應(yīng)變與應(yīng)力之間存在的相位差 運(yùn)用式 1 11 測(cè)量材料的阻尼性能 并可同時(shí)給出材料試樣的e e 和t a n f a 目 前推出的共振棒法測(cè)材料阻尼性能的儀器有兩類 3 6 一類是美國(guó)d up o n t 儀器公司 開發(fā)的動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀 d y n a m i cm e c h a n i c a la n a l y z e r d m a 類 該儀器采用懸臂 法測(cè)阻尼性能 測(cè)量的溫度范圍室溫一2 0 0 4 5 0 頻率范圍0 1 1 2 0 h z 振幅 1 0 6 0 1 m m 加熱速率0 15 0 c m i n 另一類是動(dòng)態(tài)力學(xué)熱分析儀 d y n a m i c m e c h a n i c a lt h e r m a la n a l y z e r d m t a 類 運(yùn)用單 雙懸臂彎曲法和三點(diǎn)彎曲法測(cè) 材料的阻尼性能 測(cè)量的溫度范圍為室溫一1 5 0 5 0 0 頻率1 6 1 0 6 2 0 0 h z 阻 尼敏感度1 0 4 阻尼分辨率1 0 運(yùn)用這些儀器可以很方便地獲得阻尼與動(dòng)態(tài)模量 1 n 兩南人學(xué)碩十 學(xué)位論文 第一章文獻(xiàn)綜述 i i i 皇曼曼曼曼皇曼鼉曼曼皇 曼曼鼉曼曼曼皇曼曼曼曼皇曼蔓曼曼曼曼蔓曼曼 曼曼曼曼曼曼 烹曼曼曼 曼 曼 曼曼 曼曼曼曼 的頻率譜 溫度譜和振幅譜 從而模擬材料的工作狀態(tài) 1 4 4 金屬基復(fù)合材料的主要阻尼機(jī)制 m m c s 的阻尼性能是由其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)所決定的 同時(shí)還受到測(cè)試條件的影 響 事實(shí)上 大多的m m c s 都具有比基體金屬或合金材料稍高的阻尼性能 m m c s 阻尼性能的改善主要可歸結(jié)于第二相加入對(duì)基體組織的改變和引入的大量的界面 以及增強(qiáng)體本身的本征阻尼特性對(duì)阻尼性能的貢獻(xiàn) 多數(shù)研究結(jié)果 4 3 7 1 認(rèn)為適用于 m m c s 的主要阻尼機(jī)制是增強(qiáng)體的本征阻尼 位錯(cuò)阻尼 晶界阻尼和各種形式的界 面阻尼 金屬基復(fù)合材料的阻尼通常為上述一或幾種阻尼共同作用的結(jié)果 位錯(cuò)阻尼位錯(cuò)阻尼是金屬材料阻尼的重要來源 s i c p a l 復(fù)合材料也不例外 1 4 j 此類復(fù)合材料由于增強(qiáng)顆粒與基體合金之間的熱膨脹系數(shù) 熱錯(cuò)配 相差很大 在制備過程以及熱處理過程中 因從高溫冷卻到室溫時(shí)均會(huì)在增強(qiáng)體顆粒附近的 基體中產(chǎn)生很高的熱殘余應(yīng)變 由于熱殘余應(yīng)變 因而增強(qiáng)體與基體的界面附近 存在有殘余熱應(yīng)力集中 如果殘余應(yīng)力造成的應(yīng)變足夠大 則會(huì)使基體發(fā)生屈服 由殘余應(yīng)力的部分弛豫引起的塑性流變必然導(dǎo)致靠近界面附近的基體中的位錯(cuò)網(wǎng) 絡(luò)的變形 即在這些區(qū)域產(chǎn)生高密度位錯(cuò) 位錯(cuò)脫釘或者在局部應(yīng)力條件下位錯(cuò) 與點(diǎn)缺陷一起運(yùn)動(dòng)耗散能量 從而產(chǎn)生阻尼 提高了s i c p a 1 復(fù)合材料的阻尼 位 錯(cuò)阻尼可以用k g l 理論 3 7 3 8 來解釋 界面阻尼界面阻尼是異相結(jié)構(gòu)材料阻尼的主要特征之一 3 8 第二相與金屬基 體相的結(jié)構(gòu) 性質(zhì)不同 造成在兩相間形成界面結(jié)合 界面在循環(huán)載荷作用下粘 性運(yùn)動(dòng)將耗散能量而產(chǎn)生阻尼 理想界面結(jié)合情況下 由于界面引入引起界面附 近基體中位錯(cuò)密度的增加 提高了復(fù)合材料的阻尼性能 而弱界面結(jié)合下則由于 界面間在循環(huán)載荷下發(fā)生相對(duì)滑動(dòng) 將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量如熱能而耗 散能量產(chǎn)生阻尼 界面阻尼還有其他一些可能的機(jī)制 如界面局部耗散 界面摩 擦滑動(dòng) 界面空位擴(kuò)散等 通常認(rèn)為擴(kuò)散需要更高的溫度和低的頻率 而滑動(dòng)則 需要高的應(yīng)變振幅 但它們均是可能的能量吸收機(jī)制 尤其當(dāng)界面結(jié)合強(qiáng)度較低 時(shí) 還可能有其他一些能量吸收方式 此時(shí)彈性波沖擊弱界面發(fā)熱 也就是界面 區(qū)的微塑性變形或界面熱流等耗散過程 晶界阻尼晶界作為固體材料的面缺陷 其粘性滑動(dòng)和與位錯(cuò)等其它缺陷的 交互作用均會(huì)使材料產(chǎn)生阻尼 s i c p a 1 復(fù)合材料中 由于硬顆粒的存在 擠壓 軋制等過程中鋁基體晶粒細(xì)化會(huì)產(chǎn)生大量的晶界 葛庭隧 3 5 曾對(duì)鋁單晶和鋁多晶 做了研究 證實(shí)了晶界阻尼的存在 品界滑動(dòng)指相鄰晶粒在剪切應(yīng)力作用下沿晶 界發(fā)生滑動(dòng) 實(shí)驗(yàn)證明晶界滑動(dòng)需在高溫條件時(shí)才發(fā)生 理論計(jì)算了晶界結(jié)構(gòu) 結(jié)果表明金屬通常在0 5 t n 為合金的熔點(diǎn) 時(shí)晶界才會(huì)出現(xiàn)局部無序化 即晶 兩南火學(xué)碩十學(xué)位論文第一章文獻(xiàn)綜述 界開始滑動(dòng) 增強(qiáng)體的本征阻尼m m c s 的阻尼性能與基體和增強(qiáng)相的本征阻尼由直接的 關(guān)聯(lián) 與很多其他的物理性能一樣 可以用混合法則 r u l eo f m i x t u r e r o m 3 9 4 0 1 來估計(jì)m m c s 的阻尼性能 在應(yīng)用混合法則時(shí)還要考慮s i c 顆粒與舢基體之間的界 面 可以將界面視著一組員 但由于那一測(cè)量界面的體積分?jǐn)?shù)及其性質(zhì) 所以對(duì) 于增強(qiáng)體的本征阻尼對(duì)復(fù)合材料的貢獻(xiàn)目前只能是簡(jiǎn)單的估計(jì)了 況且只運(yùn)用單 一的混合法則計(jì)算出來的阻尼值與復(fù)合材料實(shí)測(cè)值有較大的差距 這也進(jìn)一步說 明復(fù)合材料的阻尼是幾種阻尼共同作用的結(jié)果 1 4 5 顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的阻尼機(jī)制與彈性模量的研究 對(duì)s i c p 6 0 6 1 a l 阻尼特點(diǎn)的研究表明 4 1 4 6 1 低溫時(shí)材料的阻尼主要是材料的本 征阻尼 基體合金中的位錯(cuò)阻尼和界面阻尼 而高溫時(shí)晶界阻尼和界面阻尼可能 被激活產(chǎn)生高阻尼 但熱彈性阻尼在此合金中不起主要作用 在高溫制備以及淬 火過程 鋁基體與s i c 顆粒的熱收縮不一致產(chǎn)生熱錯(cuò)配應(yīng)變 約為1 在s i c 顆粒附近基體中將產(chǎn)生約7 0 0m p a 的應(yīng)力 遠(yuǎn)大于6 0 6 1 a 1 的屈服應(yīng)力 界面區(qū)的 基體將發(fā)生劇烈的塑性變形并產(chǎn)生大量位錯(cuò) 這些位錯(cuò)在循環(huán)載荷作用下成為高 阻尼源 其機(jī)理為弱釘扎位錯(cuò)在載荷作用下發(fā)生脫釘 滑移過程而消耗機(jī)械振動(dòng) 能 3 8 4 7 1 w a n g 等 4 8 1 系統(tǒng)研究了頻率和應(yīng)變振幅對(duì)s i c p a 1 復(fù)合材料阻尼的影響 在低 頻循環(huán)載荷下 可將位錯(cuò)作為由釘扎點(diǎn)弓出的彈性弦 位錯(cuò)阻尼與位錯(cuò)密度成正 比 同時(shí)與應(yīng)變振幅和應(yīng)變頻率有關(guān) 在低應(yīng)變振幅時(shí) 對(duì)阻尼的主要貢獻(xiàn)是頻 率相關(guān)部分 當(dāng)應(yīng)變振幅達(dá)到一定的臨界值 位錯(cuò)脫釘 時(shí) 與應(yīng)變振幅相關(guān)部 分才顯得重要 4 9 1 盡管低溫時(shí)體擴(kuò)散不會(huì)發(fā)生 實(shí)際上位錯(cuò)線上的釘扎原子由于 熱激活等原因可與位錯(cuò)協(xié)同運(yùn)動(dòng) 并隨位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生橫向擴(kuò)散或沿位錯(cuò)管道縱向 擴(kuò)散 在高溫時(shí)位錯(cuò)還可能吸引較遠(yuǎn)處的溶質(zhì)原子 只要較低的周期應(yīng)力溶質(zhì)原 子就可