超高体积分数SiC_P/Al复合材料颗粒级配设计与性能优化

摘要

以航空航天精密仪器为典型应用场景，以超高模量、低膨胀系数为研发目标，设计超高体积分数SiC_P/Al复合材料的颗粒级配方案并优化其性能。采用双颗粒级配方法，通过机械混粉工艺将不同粒径的碳化硅（SiC）颗粒与6061铝合金基体混合，系统探讨了颗粒级配中粗颗粒粒径对不同体积分数碳化硅复合材料力学性能和线膨胀系数的影响。结果表明：随着SiC颗粒体积分数的增加，所有配方复合材料的线膨胀系数均单调下降，当体积分数为70%时，增大粗SiC粒径会进一步降低材料的线膨胀系数。当粗颗粒粒径大于100µm时，70%体积分数的复合材料弯曲强度有所下降，但弯曲模量、微屈服强度等力学性能均优于65%体积分数的复合材料，具有理想的综合性能。当粗颗粒粒径小于100µm时（73µm），由于粗颗粒间距过窄，引起细颗粒团聚，相对密度下降，70%体积分数的复合材料的力学性能不及67%体积分数样品。最终确定的最佳配方为123µm与11µm碳化硅颗粒质量比为3:1，体积分数为70%，其对应的复合材料弯曲强度为379.61 MPa，弯曲模量为264.34 GPa，线膨胀系数为7.10×10^-6 K^-1。

关键词

SiC_P/Al复合材料 / 粉末冶金 / 超高体积分数 / 弯曲模量 / 线膨胀系数

基金资助

国家重点研发计划资助项目（2022YFB3705702）