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摘要微波合成是一种最近出现的合成方法。与常规的合成方法相比具有很多优点，比如合成速度快，节能，内部加热，温度梯度小，可以合成晶粒细小均匀的材料。实验运用微波的方法对 Al-ZrO2-B 系混合体系进行烧结，通过对 SEM 和 XRD 的分析，可以得到生成了分布均匀的颗粒状增强体α-Al2O3和 ZrB2。通过 DSC 分析，计算了不同增强体体积分数及球磨时间的反应活化能。球磨时间 2h，增强体体积分数为 10%、20%和 30%所对应活化能分别为： 155.76kJ/mol、 154.72kJ/mol和 152.40kJ/mol。 增强体体积分数为 20%，球磨时间 2h、8h 和 16h 所对应的活化能分别为：154.72kJ/mol、155.76kJ/mol 和163.02kJ/mol。50074
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毕业论文关键词 微波 铝基复合材料 活化能
Title Study on microwave synthesis of Al-ZrO2-B Aluminum Matrix Composites
Abstract Microwave synthesis is a recent synthesis method. Compared with conventionalsynthesis methods, it has many advantages, such as high speed, energy saving,internal heating, small temperature gradient, which can synthesize small anduniform grains. In the experiment, the Al-ZrO2-B system was sintered by microwavemethod and the SEM and XRD were analyzed,The Granular reinforcement were α-Al2O3and ZrB2.They were uniform distribution. The reaction activation energy ofdifferent reinforcement volume fraction and milling time was calculated by DSCanalysis. The corresponding activation energies of 2h, 10%, 20% and 30% were155.76kJ/mol, 154.72kJ/mol and 152.40kJ/mol, respectively. The activationenergies of 2h、8h and 16h milling time were 154.72kJ/mol、155.76kJ/mol and163.02kJ/mol.
Keywords Microwave Al matrix composite activation energy
目次
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、