导　　师： 李文芳

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 本论文研究基于废弃的锆钛矿尾砂研究与开发出一种新型的混杂颗粒增强铝基复合材料。废弃的锆钛矿尾砂的主要相组成为SiO2,并含有少量的硅酸铝颗粒。采用搅拌铸造法将两者混合,制备得颗粒分散均匀、力学性能优异的Al2O3/SiO2(p)/Al复合材料。复合材料组织中存在被Al2O3过渡层包裹的SiO2复相增强体、弥散分布的Al2O3颗粒、分布于α-Al相的晶界上的Si相及少量的硅酸铝颗粒。复相增强颗粒的存在证明,锆钛矿尾砂中的SiO2可与700℃的Al熔体产生原位反应,并在基体中SiO2颗粒外层生成Al2O3过渡层。为得知搅拌工艺参数对颗粒在复合材料中分散均匀程度的影响,对不同搅拌工艺参数制备所得的复合材料进行组织观测,并对颗粒在金相视场中分散均匀程度进行了量化。首先探索了尾砂颗粒添加量和尾砂颗粒中位粒径对复合材料基体中颗粒的分散均匀性影响,结果显示中位粒径较小的颗粒在熔体中较难被均匀分散,在熔体中加入同种中位粒径的颗粒,其分散均匀度随颗粒添加量的上升而降低。基于制备所得颗粒增强铝基复合材料的微观组织观测,探索了不同的颗粒预处理(焙烧)工艺、熔体搅拌温度、熔体搅拌转速、搅拌持续时间及颗粒喂入熔体的速率等关键工艺参数对材料显微组织、颗粒分散均匀性的影响,进而得到最优的搅拌工艺参数:700℃×1h的颗粒预处理工艺、700℃的熔体搅拌温度、500 rpm的熔体搅拌转速、10 min搅拌持续时间及10 g/min的喂砂速率。为得知不同搅拌转速对复合材料熔体流场的影响,本研究基于计算流体力学方法预测了Al熔体空间中的流场分布。模拟结果表明,搅拌转速越大,熔体液面的流速越快。同时,采用计算流体力学方法辅助解释了颗粒喂料速率的差异对颗粒在熔体中分散过程的影响机制。为了解SiO2颗粒的添加量和SiO2-Al反应时间对复合�

关 键 词： 颗粒增强铝基复合材料 锆钛矿尾砂 搅拌铸造 原位反应 颗粒分散

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