SiCp/石墨烯增强铝基复合材料及其制备技术

本书主要针对SiCp(SiC颗粒)和石墨烯增强铝基复合材料的制备技术及结构和性能进行了全面系统的介绍，进而指出具有高比强度、高比模量和良好的减摩性与高导热性的石墨烯增强铝基复合材料对工程装备与结构轻量化的重要科学意义和工程应用价值。内容涵盖了SiCp、石墨烯以及二者混杂增强的铝基复合材料的多种制备技术、界面微观结构表征、力学性能和磨损性能测试以及相关的数值模拟等多个方面的最新研究成果。重点介绍从单一SiCp、石墨烯到二者混杂增强纯铝基、7075铝合金和2024铝合金基体复合材料的制备技术及其结构与性能的演化规律。同时结合数值模拟技术对铝基复合材料的界面复合机理、服役过程中的变形行为和损伤破坏机理进行分析。 本书可作为金属基复合材料开发和应用的科技人员和工程技术人员的参考书，也可用作全国高等学校与科研院所金属基复合材料相关专业的研究生教材。

杜晓明，毕业于中国科学院金属研究所，工学博士，教授。主要从事铝基复合材料的制备、成型以及模拟计算等方面的教学与科研工作。兼任辽宁省铸造学会理事，中国机械工业教育协会机电类学科教学委员会委员。获辽宁省高等学校教学成果三等奖1项。出版专著1部，编写教材1部，在国内外各类学术刊物和国际学术会议上发表学术论文70余篇，其中SCI收录45篇，EI收录10篇。

1绪论 001 1.1铝基复合材料概论 001 1.1.1铝基复合材料定义 001 1.1.2铝基复合材料分类 002 1.1.3铝基复合材料研究现状 003 1.2SiCp/石墨烯增强铝基复合材料的制备技术 005 1.2.1主要制备技术分类 005 1.2.2搅拌铸造 006 1.2.3粉末冶金 008 1.2.4喷射沉积 010 1.2.5放电等离子烧结 010 1.3SiCp/石墨烯增强铝基复合材料性能特点及应用 012 1.3.1性能特点 012 1.3.2应用情况 015 1.4SiCp/石墨烯增强铝基复合材料研究趋势与展望 017 1.4.1存在的主要问题 017 1.4.2最新研究进展及发展趋势 019 参考文献 022 2增强体的表面改性 026 2.1引言 026 2.2SiCp的高温氧化 026 2.2.1氧化热力学分析 027 2.2.2高温氧化工艺 027 2.2.3氧化后颗粒表面氧化层观察 029 2.2.4氧化层厚度计算 030 2.2.5影响氧化层厚度的因素 031 2.3化学镀铜 034 2.3.1SiCp镀铜 034 2.3.2石墨烯镀铜 041 参考文献 054 3SiCp增强铝基复合材料的制备及性能研究 055 3.1引言 055 3.2固态半固态复合法制备铝基复合材料 055 3.2.1实验材料 055 3.2.2实验方法 056 3.2.3粉末冶金法制备复合坯料 059 3.2.4电磁搅拌重熔复合工艺 066 3.3纳米SiCp增强铝基复合材料的制备 074 3.3.1实验方法 074 3.3.2实验结果 075 参考文献 079 4石墨烯增强铝基复合材料的制备及性能 082 4.1引言 082 4.2实验材料与方法 083 4.2.1实验材料 083 4.2.2复合材料的制备工艺 083 4.2.3复合材料组织与性能表征技术 085 4.3致密度 087 4.3.1测试方法 087 4.3.2实验结果 087 4.4显微组织与结构 089 4.4.1复合粉中石墨烯的分布 089 4.4.2复合材料的显微组织结构 093 4.5力学性能 107 4.5.1硬度 107 4.5.2拉伸性能 108 4.5.3断口形貌 111 4.6摩擦与磨损性能 114 4.6.1载荷对复合材料磨损性能的影响 114 4.6.2滑动频率对复合材料磨损性能的影响 118 4.6.3复合材料磨损性能的评价 121 参考文献 125 5纳米相混杂增强铝基复合材料的制备及性能 128 5.1引言 128 5.2实验材料与方法 128 5.2.1实验材料 128 5.2.2实验方法 129 5.3石墨烯SiC纳米颗粒复合增强相的制备 130 5.3.1球磨时间对复合增强相包覆效果的影响 130 5.3.2复合比例对复合增强相包覆效果的影响 132 5.4复合相增强铝基复合材料的微观结构与性能 134 5.4.1显微组织与结构 134 5.4.2力学性能 138 5.4.3磨损性能 141 5.5不同增强相铝基复合材料组织与性能比较 144 5.5.1显微组织与结构 145 5.5.2力学性能 147 5.5.3磨损性能 150 参考文献 151 6铝基复合材料在动/静载荷下的组织与性能研究 155 6.1引言 155 6.2实验方法 155 6.2.1热轧制变形实验 155 6.2.2动/静态压缩实验 156 6.2.3热压缩实验 160 6.2.4微观组织表征 160 6.3铝基复合材料的热轧制变形 161 6.3.1热轧制变形量对复合材料组织的影响 161 6.3.2热轧制变形量对复合材料性能的影响 174 6.4铝基复合材料在动态压缩下的力学响应与组织演变 182 6.4.1应力应变曲线 182 6.4.2宏观变形 184 6.4.3微观组织演变 186 6.4.4应变硬化和应变率敏感性 192 6.5铝基复合材料热压缩变形行为 194 6.5.1热压缩流变应力行为 195 6.5.2热压缩变形微观组织演变规律 199 参考文献 202 7铝基复合材料的数值模拟研究 204 7.1引言 204 7.2SHPB实验的有限元模拟 205 7.2.1SiCp/Al7075复合材料 205 7.2.2石墨烯增强铝基复合材料 215 7.3石墨烯增强铝基复合材料的导热性能模拟 221 7.3.1复合材料导热性能的预测理论 222 7.3.2模拟方法 223 7.3.3模拟结果 224 参考文献 228