仿生层状SiC/Al复合材料的电沉积制备及渗铝机理研究

先进复合材料的设计存在结构多样和工艺复杂的问题。受自然界层状复合结构的启发，本项目提出了利用定向冷冻干燥法构建可控层状微观结构的多孔SiC陶瓷骨架，利用SiC导电性好的特点作为电解沉积的阴极材料，采用新颖的电沉积方法在有机或无机熔盐中将金属铝还原沉积到多孔SiC陶瓷的孔道中形成致密的SiC/Al层状复合材料。本课题拟对这种新颖材料的制备、层状复合材料显微结构和力学性能的关系、电沉积机理及其该复合材料的强韧化机理进行系统的研究。本项目的重要意义在于为开发轻质、高强韧性的层状微结构金属陶瓷复合材料提供新的思路和方法，可为延伸宁夏地区碳化硅和铝合金材料产业链提供必要的科学依据和理论基础指导。

先进复合材料的设计存在结构多样和工艺复杂的问题。受自然界层状复合结构的启发，项目提出了利用定向冷冻干燥法构建可控层状微观结构的多孔陶瓷骨架，然后经无压融渗或电沉积制备金属陶瓷复合材料。（1）获得连通孔结构多孔陶瓷骨架是获得性能可控金属陶瓷层状复合材料的关键，项目系统研究了设计不同的高温结合相(氧化硅,莫来石,氮化硅)、添加造孔剂(聚苯乙烯微球)、控制料浆浓度、冷冻工艺参数制成定向排列层状孔的高连通性多孔SiC、Al2O3陶瓷，其层厚和层间距可在20～200μm范围内调控，孔隙率为30～90%。. （2）通过无压融渗工艺制备Al2O3/NbAl金属陶瓷复合材料。先通过冷冻干燥制备了层状多孔氧化铝陶瓷，然后利用无压融渗的方法制备了层状交织结构的Al2O3/NbTiAlCr金属陶瓷复合材料。由于氧化铝和铌铝合金的不浸润，通过添加钛、铬等合金有效地改善了金属和陶瓷的浸润性，在毛细管作用力下经无压融渗即可得到金属陶瓷复合材料。建立了多孔陶瓷无压融渗金属的数学模型并进行了数值计算，研究了无压融渗过程中孔径、润湿角、熔体的表面张力和黏度等因素对金属渗入的影响。数值计算结果表明，无压融渗过程受多孔陶瓷孔径分布和浸润性的影响较大，而对熔体的表面张力、黏度不敏感；. （3）利用SiC导电性好的特点作为电解沉积的阴极材料，采用电沉积方法将金属还原沉积到多孔SiC陶瓷的孔道中形成SiC/Al(Cu)层状复合材料。利用定向冷冻干燥法制备了一系列层状孔结构多孔碳化硅陶瓷，经电沉积制备SiC/Al或SiC/Cu复合材料。研究了电流密度，沉积电压，时间和添加剂等参数对材料微观形貌和性能的影响。本项目的重要意义在于为开发轻质、高强韧性的层状微结构金属陶瓷复合材料提供新的思路和方法，可为延伸宁夏地区碳化硅和铝合金材料产业链提供必要的科学依据和理论基础指导。