Mg2Si具有低密度、高熔点、高比强度、高热稳定性等优异性能，使它成为一种潜在的轻质高温结构材料[1-2]；同时，Mg2Si是一种窄带隙n型半导体，具有高热电势率和低热导率，原料丰富、无毒无污染特点，是一种很有发展潜力的绿色中温热电材料[3-5].但是，Mg2Si与其他金属间化合物一样，引起塑性变形和流动性的滑移量较少，使其具有较高的室温脆性.此外，当温度超过800 ℃或者1 000 ℃后，金属间化合物的强度大幅降低，表现出金属般的塑韧性.室温脆性大和高温强度低2个弊端仍然是阻碍金属间化合物走向实际应用的主要问题，经过近三十年来的努力，虽然在知识层面有了较大的提高和认识，而性能方面的研究仍然没有明显的进展.金属间化合物相对于陶瓷具有一定的塑性，利用二者进行复合，有可能消除金属增韧陶瓷材料的一些弊端，获得性能优异的新型复合材料[6-8]，如Bai Ya-ping[9]等对Fe3Al-Al2O3复合材料进行了研究，结果显示，Al2O3质量分数20%的Fe3Al-Al2O3的力学性能超过了单一Fe3Al.在金属间化合物或其他材料中引入碳纤维(Cf)或碳纳米管(CNTs)通常会起到较好的强韧化效果，如Jiang Jinming[10]等制得的3D Cf/C-SiC材料，弯曲强度和弯曲模量分别为101.5 MPa和35.18 GPa.由此可见，陶瓷对金属间化合物具有改善高温强度的作用，另外，碳纤维在强韧化金属基复合材料方面具有较广泛的适用性和良好的强韧化效果，并且碳纤维本身高的电导率将会提高复合材料的导电性能.为了能在改善高温强度的同时进一步提高金属间化合物/陶瓷复合材料的强度稳定性和导电性能，本文在Mg2Si金属间化合物中引入Al2O3增强相，形成Mg2Si/Al2O3合金，在此基础上再与经表面修饰的碳纤维进行复合，其中，Al2O3用于高温补强，碳纤维用于改善复合材料的强韧性、导电性，为开发强韧性好、室温力学性能稳定和导电性能良好的金属间化合物基复合材料提供理论指导.

1 实验方法

实验所用原料为Mg粉(纯度>99%,100目)、Si粉(纯度>99%,100目)、Al2O3粉(纯度>99%,100目)，将碳纤维剪短至2 mm，放入到65%(质量分数)浓硝酸的烧杯中，置于超声波清洗仪器中，在25 ℃条件下超声酸洗50 min.酸化后的碳纤维用蒸馏水清洗至中性，放入干燥箱中烘干.将酸化处理后的短碳纤维取适量放入电镀液中，利用磁力搅拌机将碳纤维进行分散，采用电化学镀铜，镀铜电压为2 V，时间为40 min，镀铜后的碳纤维用蒸馏水清洗干净，然后放入干燥箱中烘干.将Mg粉，Si粉按原子比2:1进行配比(考虑到Mg易挥发，Mg过量质量分数5%)，然后将Al2O3和(Mg+Si)配成质量比15%的混合粉末.在混合粉末中均匀混入质量分数分别为0.5%、1%、1.5%、2%的Cf和10%的硬脂酸，共同放在QM-3SP2行星式球磨机中球磨(球磨转速300 r/min，球料比10∶1，球磨时间为10 h).为防止球磨过程中发生粘球、粘罐及结块现象，每隔50 min停止一次.机械活化后，将混合粉体装入钢模中，冷压制成φ25 mm的粗坯试样(压力为200 MPa)，然后将粗坯置于25 MPa真空热压烧结炉内保温1 h后随炉冷却，热压温度为800 ℃.

采用D/max2000型X射线衍射仪进行物相分析(Cu靶Ka射线，石墨单色器，管压40 kV，管流100 mA，扫描速度5(°)/min)；利用阿基米德排水法原理测试试样密度；采用JSM-6700F型扫描电镜分析微观组织；在HX-1000TM型显微硬度计上测量试样的硬度(载荷0.98 N，加载时间15 s)；在CMT-5105电子万能材料试验机上测定复合材料的抗弯强度和抗压强度.

2 结果分析

2.1 物相分析

图1是Al2O3质量分数为15%时，不同Cf-包覆Cu添加量的Cf-包覆Cu/Mg2Si-Al2O3复合材料的XRD图.从图中可以看出，原料反应进行比较充分，Mg2Si中加入Al2O3和Cf-包覆Cu后并未生成新相，主相为Mg2Si和Al2O3，说明经表面包覆镀Cu可以阻碍Cf与Mg2Si之间的界面反应.虽然Cf-包覆Cu质量分数在增加，但复合材料中未观察到Cf-包覆Cu的衍射峰出现，这是由于Mg2Si的衍射峰强度较高，导致Cf-包覆Cu的漫射包被掩盖所致.

其中，河南省65岁及以上人口占总人口比重代表着河南省人口老龄化系数，河南省人口总数与人口自然增长率代表着河南省人口的发展动态，。

图4是Cf质量分数为0.5%时，Cf/Mg2Si中加入不同Al2O3质量分数时Cf/Mg2Si-Al2O3复合材料的SEM图.图4a为Cf/Mg2Si复合材料的微观形貌，其中Cf经酸化处理但未经电化学包覆镀铜表面修饰，可见Cf与基体间的界面模糊，不光滑，说明Cf与基体发生了界面反应.图4b为Cf-包覆Cu/Mg2Si复合材料微观形貌，其中Cf为经表面电化学包覆镀铜修饰的Cf微观形貌，可见Cf-包覆Cu表面非常洁净，在界面上没有可见的界面反应物.Cf-包覆Cu与基体界面少部分区域存在空隙，说明镀铜不仅具有提高碳纤维与Mg2Si浸润性的作用，同时还能阻碍Cf与Mg2Si之间的界面反应.图4c为Cf-包覆Cu/Mg2Si中添加w(Al2O3)=15%的微观形貌，发现Al2O3分布在Cf-包覆Cu周围，与基体间界面平直，基体与界面间没有明显空隙.说明Al2O3能够进一步提高Cf包覆Cu与Mg2Si之间的浸润性，且结合更加紧密.

  

图1 Cf包覆Cu/Mg2Si-Al2O3复合材料的XRDFig.1 XRD of Cu/Mg2Si-Al2O3 coatrd with Cf

2.2 显微组织分析

图3是在Al2O3/Mg2Si中引入经表面修饰电化学包覆镀铜的微观组织.由图可知，所制备复合材料的显微组织较均匀，晶内和晶间无明显的孔隙，致密性较好，Al2O3依然分布在晶界处，但有少量分布在Cf-包覆Cu周围.同时Cf-包覆Cu在基体中分布均匀，无择优取向，与基体间的界面平直、致密，结合良好.当Cf-包覆Cu质量分数达到2%时(图3c所示)，Cf-包覆Cu出现了团聚现象，纤维簇中存在少量孔隙，将对复合材料的性能造成不利影响.

  

图2 Al2O3/Mg2Si复合材料的EDS分析

 

Fig.2 EDS analysis of composite Al2O3/Mg2Si

图2是当Al2O3质量分数为15%时，Cf-包覆Cu/Mg2Si-Al2O3复合材料Al、O、Mg、Si元素在复合材料中的线扫描图.从图中可以看出，深色区为基体Mg2Si，浅色区主要分布在晶界处，结合EDS可知为Al2O3，同时在基本内也分布着少量的Al2O3.

温度过高,幼苗下胚轴伸长过快,易导致徒长,温度过低,幼苗生长缓慢。由表2可以看出,株高和下胚轴长度随温度升高,增长明显; 昼温为30℃时,随着夜温的降低,植株矮化明显; 夜温固定为15℃时,随昼温的升高,植株高度明显增加。茎粗随温度升高呈变细趋势,适当低温有利于提高幼苗粗壮程度。

  

图3 Cf-包覆Cu/Mg2Si-Al2O3复合材料的SEM图Fig.3 SEM image of composite Cf-Cu coated /Mg2Si-Al2O3

  

图4 不同Al2O3含量的复合材料微观形貌Fig.4 Micro-morphologies of composite Cf-Cu coaded Al2O3 Cf/Mg2Si with different content of Al2O3

2.3 性能分析

图8是Cf-包覆Cu/Mg2Si-Al2O3复合材料的电导率.从图中可以看出，随着Cf-包覆Cu质量分数的增加，复合材料的电导率呈先升后降的趋势，在Cf-包覆Cu质量分数达到1.5%时导电率达到最大值8.92×103 S·m-1，这是由于Cf-包覆Cu的电导率要高于Mg2Si.同时Cf-包覆Cu与基体Mg2Si之间的界面平直，结合紧密，随着Cf包覆Cu质量分数的增加，复合材料的电导率逐渐增大，当Cf-包覆Cu质量分数达到2.0%时，由于复合材料中Cf-包覆Cu出现了团聚现象，基体与Cf-包覆Cu之间界面结合变差，导致电导率下降.

不同Cf-包覆Cu质量分数下Cf-包覆Cu/Mg2Si-Al2O3复合材料的硬度见表1.图5和图6分别为抗压强度、抗弯强度随Cf-包覆Cu质量分数变化图.从实验结果可以看出，随着Cf-包覆Cu质量分数的增加，复合材料的显微硬度，抗弯强度和抗压强度呈先增大后降低的趋势，当Cf-包覆Cu质量分数达到1.5%时，取得最大值.此时，硬度为569.7 HV，抗压强度为158 MPa，抗弯强度为42.3 MPa.上述变化是由于碳纤维加入后导致其与基体间形成许多界面，阻碍了位错运动，起到了位错强化的效果.同时复合材料中加入碳纤维还可以抑制基体晶粒的生长，阻碍基体的塑性变形，起到晶粒细化的作用[11].而且碳纤维与基体的界面结合良好，被基体完全包围，当沿碳纤维方向施加载荷时，施加到基体的应力将通过界面传递到碳纤维上，而碳纤维的弹性模量要高于基体，导致碳纤维对基体起到约束作用，使基体需要承担的载荷降低.部分Al2O3则分布在Cf-包覆Cu周围，随着Cf-包覆Cu质量分数的增加，在基体中分布的Al2O3质量分数也逐渐增加，弥散强化效果逐渐加强.在Cf-包覆Cu和Al2O3的协同作用下，复合材料的硬度、抗弯强度和抗压强度逐渐增大，但当Cf-包覆Cu质量分数超过1.5%后，形成团聚的几率增加，将阻碍复合材料在烧结时颗粒的扩散运动，导致致密度迅速下降，Cf-包覆Cu与基体的界面结合变差，影响载荷的传递，并且碳纤维团聚处容易形成裂纹源，最终导致复合材料的抗弯强度和抗压强度降低.

图7是Cf-包覆Cu/Mg2Si-Al2O3复合材料的断口形貌，从图7a中可以看出，未添加Cf-包覆Cu的复合材料的断口比较平整，有明显的解理台阶，属于解理断裂，是典型的脆性断裂.添加了Cf-包覆Cu复合材料的断口有一定的起伏，且有部分Cf-包覆Cu被拔出，说明断裂过程不是由裂纹快速径向扩展引起的完全脆性断裂，而是基体发生了一定量的塑性变形.当基体材料受外力时，垂直于断口方向的增强碳纤维在基体中传递载荷，当基体达到断裂条件时，增强纤维承受了比基体更多的作用力，使得基体的断裂强度变得更高，碳纤维在外力达到其断裂强度时，由于横向纤维的强度高于基体，所以在整体断裂时对基体形成有效增强.而在纤维断裂时有一部分并未由基体中拔出，说明纤维与基体在烧结过程中结合紧密，形成了整体断裂，从图中可以看到许多纤维的断口深深地镶嵌在基体中.而在受力过程中，平行于断口方向的增强纤维并未受力，而且由于其与基体材料存在界面，使得其可能成为断裂的起始点，并开始不断扩散，最终导致基体断裂，如图中较长裸露的碳纤维.由于部分Al2O3分布在Cf周围，随Cf质量分数的增加，基体中Al2O3质量分数增加，基体中分布的Al2O3将阻碍裂纹扩展，在Cf和Al2O3的协同作用下，基体的整体强度得到了较大的提升.但当碳纤维质量分数较多时，出现团聚现象，引起致密度下降，Cf-包覆Cu与基体的界面结合力变差，载荷无法有效传递，导致Cf-包覆Cu拔出较长，硬度、抗弯强度和抗压强度下降.

 

表1 Cf-包覆Cu/Mg2Si-Al2O3复合材料的硬度和致密度

 

Tab.1 Hardness and compactedness of composite Cf-Cu coated /Mg2Si-Al2O3

  

Cf质量分数/%硬度/HV致密度/%00．51．01．52．0474．9496．5539．4569．7554．195．695．194．794．293．3

  

图5 Cf-包覆Cu/Mg2Si复合材料的抗压强度和Cf质量分数的关系Fig.5 Relationship of compression strength of Cf-Cu coated /Mg2Si-Al2O3 to mass-fraction of Cf

  

图6 Cf-包覆Cu/Mg2Si复合材料的抗弯强度和Cf质量分数的关系 Fig.6 Relationship of bending strength of Cf-Cu coated /Mg2Si-Al2O3 to mass-fraction of Cf

牛黄丸本身就为昨天输钱耿耿于怀，没想到现在又遇到个莫名其妙的人持刀砍他，气不打一处来的他鬼火一冒，迅速取下背着的帆布筒朝持刀人打去。不到一个回合就把那人的手中刀击落在地，然后闪电般冲上去飞起一脚把那家伙踢翻，骑在他背上双手捏住他脖子，还不断把他的头提上提下撞击地面。

  

图7 Cf-包覆Cu/Mg2Si-Al2O3复合材料的断口形貌

Fig.7 Fracture morphology of composite Cf-Cu-coated/Mg2Si-Al2O3

不同Cf-包覆Cu质量分数Cf-包覆Cu/Mg2Si-Al2O3复合材料的致密度见表1.可以看出，随着Cf质量分数的增加，复合材料的致密度逐渐降低.当Cf-包覆Cu质量分数达到2%时，致密度降至93.3%.这是由于在热压烧结过程中，复合材料致密化的过程主要是物质向孔隙的扩散传输，Cf-包覆Cu可以阻碍烧结时颗粒的扩散运动从而产生孔隙.Cf-包覆Cu质量分数较少时，复合材料中出现孔洞的几率较低，Mg、Si发生反应生成Mg2Si.同时Al2O3分布在Cf-包覆Cu周围，使孔隙得到很好的填充.但随着Cf-包覆Cu质量分数的继续增加，当超过1.5%后，压胚中产生纤维簇的几率增大，在烧结过程中，纤维簇阻碍了烧结颈的形成和晶界的迁移，导致纤维簇中间产生孔隙，而这些孔隙很难得到完全的填充，不利于复合材料压制和烧结熔结合，致密度迅速下降.

  

图8 Cf-包覆Cu/Mg2Si-Al2O3复合材料的电导率和Cf-包覆Cu质量分数的关系 Fig.8 Relationship of conductivity of composite Cf-Cu coated /Mg2Si-Al2O3 to mass-fraction of Cf-Cu coated

3 结论

1) 采用机械合金化与热压烧结相结合的方法制备了Cf-包覆Cu/Mg2Si-Al2O3复合材料，纤维分布均匀，材料组织致密.

2) 部分Al2O3分布在碳纤维周围，能够进一步提高Cf-包覆Cu与Mg2Si之间的浸润性，界面结合更加紧密.

3) 随Cf质量分数的增加，试样的电导率、硬度、抗压强度和抗弯强度呈先增大后减小的趋势，致密度逐渐减小.当Cf-包覆Cu质量分数达到1.5%时，取得最大值.此时，电导率为8.92×103 S·m-1，硬度为569.7 HV，抗压强度158 MPa，抗弯强度42.3 MPa.强化机制主要是纤维拔出和Al2O3的弥散强化.

2014—2017年，胶东地区持续干旱，降水量较常年偏少30%以上，治理区周边多处水井干涸。但治理区内所施工水井因构造导水作用和充足的蓄水空间保障，在农灌抗旱过程中为当地村民提供了持续可靠的稳定水源，使周边近6.67hm2农田得到有效灌溉。

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