微波合成Al-ZrO2-B系铝基复合材料研究

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毕业论文

1绪论.3

1.1引言.3

1.2微波合成原理.....3

1.3微波合成的特点...4

1.4选题的意义.4

1.5铝基复合材料微波烧结现状.....5

1.6实验内容...5

2实验方法和复合材料制备.....6

2.1实验设备及原料...6

2.1.1微波科学工作站.....6

2.1.2STA449C型综合热分析仪....7

2.1.3其他设备.....8

2.1.4实验原料.....8

2.2实验过程...9

2.2.1配粉...9

2.2.2球磨...9

2.2.3干燥..10

2.2.4压制..10

2.2.5烧结..10

2.2.6抛光..11

2.2.7DSC分析.....11

2.2.8实验流程图..12

3微波合成Al-ZrO2-B系反应结果及热力学分析....13

3.1热力学分析13

3.1.1热力学理论..13

3.1.2反应热力学计算....14

3.2扫描电子显微镜及X衍射分析..15

3.2.1检测原理....15

3.2.2检测结果....16

3.3Al-ZrO2-B系反应的DSC分析..20

3.3.1DSC原理....20

3.3.2增强体体积分数不同的DSC分析..21

3.3.3球磨时间不同的DSC分析..23

3.4小结.....25

4不同因素对反应的活化能影响.....26

4.1活化能...26

4.2活化能计算方法....26

4.3不同体积分数对反应活化能的影响...27

4.4不同球磨时间对反应活化能的影响...32

4.5小结.....35

5结论...36

致谢.....37

参考文献.38
1 绪论1.1 引言金属基复合材料是三类复合材料中的一类，另外两类是聚合物基复合材料和陶瓷基复合材料，它一般以金属或合金为主体，以颗粒、晶须或纤维为增强体组成。由于 Al 具有质量轻，密度小，熔点仅为 660℃易于加工等优点，所以铝基复合材料是金属基复合材料中最常用的一种复合材料之一。铝基复合材料主要应用于汽车、航空及电子器件等领域。尤其是在航空领域，铝基复合材料由于密度低，导热好，膨胀系数低等优点发挥着巨大的作用。[1]国外，已经出现工业化生产的颗粒增强铝基复合材料，并在各种航空器材上成功应用，而我国目前对铝基复合材料的研究还在实验室阶段[2]。目前应用的微波烧结设备主要有三种：单模腔式高温微波冶金反应器，波导型高温微波冶金反应器和多模腔式高温微波冶金反应器[3]。通常制造铝基复合材料的方法有：搅拌铸造法、挤压铸造法、粉末冶金法和液态浸渗法等[4]。本实验是通过微波的方法对 Al-ZrO2-B 进行铝基复合材料的合成，反应后的增强体为氧化铝及二硼化锆。1.2 微波合成原理微波是指频率在300mHz-3000GHz，波长在 1m-0.1mm 范围内的电磁波。根据国际规定，用于工业和科研等民用的微波频率为 915 MHz、2.45 GHz、28 GHz 等，目前使用的最多的是的是 2.45 GHz[5]。本实验采用的微波频率亦为 2.45GHz。由于各种物质对微波的吸收能力不同，微波作用于物体会发生反射、吸收或者穿透等现象。物质吸收微波能力的大小主要取决于介质损耗因子，介质损耗因子越大其吸波能力越强，介质损耗因子越小则其吸波能力也就越弱。从物质结构分析来看,是电介质引起材料对微波的吸收。电介质是由极性分子和可极化分子组成的。在外界电磁场作用下,物质中极性分子发生扭转,随电场的变化来回转动,而可极化分子会做相对的位移,根据电磁场的频率相对原子核进行振动。因此,这些分子之间,以及它们与其他分子之间产生大量摩擦,摩擦生热使整个物体产生热量。[6]对于介质损耗因子小的材料要将其加热需要很高的电场，此时过高的电场容易将材料击穿不利于复合材料的合成。因此运用微波的方法进行合成必须要求材料有较高的介质损耗因子，以满足其吸波需要。依据微波对材料穿透深度的大小可以将材料分为微波反射，透射和吸收材料。穿透深度在微米量级的为反射材料，在米量级的为透射材料，在厘米量级的为吸收材料[7]。金属块受到微波作用时，微波只能穿透微米级的浅表层，属于反射材料，因此不能用微波对金属块体加热。但是采用金属粉末压制成块，其电导率降低而介质损耗因子提高使得微波的穿透深度成倍提高，因此使得微波加热金属成为可能。随着微波加热过程进行,松散接触粉末颗粒间发生团聚粘接,颗粒球化、重排,形成烧结颈并长大,孔隙球化、收缩、