第35卷第2期2014年
2月
材料热处理学报
TＲANSACTIONS OF MATEＲIALS AND HEAT TＲEATMENT
Vol ．35No ．2February
2014
微米级SiC 颗粒对铝基复合材料拉伸性能与强化机制的影响
郝世明1，3，谢敬佩2
，王
行2，王爱琴2，王文焱2，李继文
2（1．河南科技大学物理与工程学院，河南洛阳471023；2．河南科技大学材料科学与工程学院，河南洛阳471023；3．郑州大学物理工程学院，郑州大学材料物理教育部重点实验室，河南郑州450001）
摘
要：为了研究微米级碳化硅颗粒（SiCp ）尺寸对中体积分数SiCp 增强铝基复合材料的拉伸性能与强化机制的影响，用粉末冶
金工艺制备体积分数为30%的SiCp /2024Al 复合材料，利用OM ，SEM ，万能材料试验机等对材料微观结构和拉伸性能进行了研究。结果表明，复合材料的拉伸强度随着SiCp 尺寸的减小而增大。当SiCp 尺寸为3μm 时，复合材料的断裂主要以界面处的基体合金撕裂为主；当SiCp 尺寸为25μm 和40μm 时，复合材料的断裂以SiCp 解理断裂为主；当SiCp 尺寸为8μm 和15μm 时，复合材料的断裂方式是以界面处的基体合金撕裂和SiCp 的断裂共同作用。3μm SiCp 增强复合材料相对密度不高、SiCp 分布不均匀但其拉伸强度最大，主要原因为受力时小SiCp 极少断裂和小颗粒效应导致基体的显微组织强化。关键词：金属基复合材料；颗粒尺寸；
拉伸性能；
强化机制；
粉末冶金
中图分类号：TB 331
文献标志码：A
文章编号：1009-
6264（2014）02-0013-06Effects of size of micrometer SiC particles on tensile properties and strengthening
mechanism of SiCp reinforced aluminum matrix composites
HAO Shi-ming 1，3
，XIE Jing-pei 2，WANG Hang 2，WANG Ai-qing 2，WANG Wen-yan 2，LI Ji-wen 2
（1．School of physics and engineering ，Henan University of Science and Technology ，Luoyang 471023，China ；
2．School of Materials Science and Engineering ，Henan University of Science and Technology ，Luoyang 471023，China ；3．Physical Engineering College ，Zhengzhou University ，Zhengzhou 450001，China ）
Abstract ：In order to study the effects of micrometer SiCp size on tensile properties and strengthening mechanism of SiCp reinforced aluminum matrix composites ，SiCp /2024Al composites was fabricated by powder metallurgy technique ，and microstructure of the composites was observed by OM ，SEM and its tensile properties were measured．The results show that strength of the composites increases with decreasing SiCp particle size．When the particle size is 3μm ，the fracture of the material is caused by tearing of matrix near interface．The failure of the composites with SiCp size of 25μm and 40μm results from cracking of the SiCp．When the particle size is 8μm and 15μm ，
the failure of the composite occurs by combination mechanism of tearing of matrix near interface and cracking of the SiCp．The SiCp of 3μm reinforced composites has maximum tensile strength despite its relative density is low and distribution is heterogeneous．The main reason is due to the rarely fracture of small SiCp and the higher strengthening effect of the small SiC particles on the matrix．Key words ：metal matrix composites ；particle size ；tensile property ；strengthening mechanism ；powder metallurgy
收稿日期：2012-12-30；修订日期：
2013-12-28
基金项目：国家自然科学基金项目（51371077）；河南省国际科技合作基金项目（084300510006）
作者简介：郝世明（1975—），
男，博士研究生，讲师，主要从事金属基复合材料研究，
E-mail ：s_m_hao@126．com 。通讯作者：谢敬佩（1957—），男，博士，教授，
E-mail ：xiejp @haust．edu．cn 。
先进航空航天飞行器不断追求轻量化，
高性能化，长寿命，高效能的发展目标带动牵引了轻质高强
多功能颗粒增强铝基复合材料的持续发展［1］
。SiCp /Al 复合材料具有低密度、高比刚度、低膨胀、高导热
等优异的综合性能，经过近30年的发展，在航空航天
领域逐渐得到了规模应用
［2-5］
，有望成为继铝合金和
钛合金后的新型结构材料。与低体分的结构级碳化
硅颗粒增强铝基复合材料相比，光学/仪表级的中等体分（30% 45%）碳化硅颗粒增强铝基复合材料的功能化特性比较突出，即不仅具有比铝合金和钛合金高出一倍的比刚度，还有着与铍材及钢材接近的低热胀系数和优于铍材的尺寸稳定性。因此，该种复合材料可替代铍材用作惯性器件，并被誉为继铝合金和铍
合金后
“第三代航空航天惯性器件材料”［6］
。近年来许多学者对增强体尺寸对铝基复合材料力学性能和强化机理进行研究。郦定强等［7］
研究了SiC 颗粒尺寸对用粉末冶金工艺制得的SiCp /2124Al
DOI:10.13289/j.issn.1009-6264.2014.02.003
材料热处理学报第35卷
复合材料变形行为和力学性能的影响，结果表明在体积比为20%的条件下，当尺寸为8μm时屈服强度和拉伸强度出现峰值。金鹏等［8］研究了碳化硅颗粒（SiCp）尺寸对用粉末冶金法制备体积分数为15%的SiCp/2009Al复合材料力学性能和断裂机制的影响，结果表明，复合材料的强度随着SiCp尺寸的增大而减小，塑性则随着颗粒的增大而增大。肖伯律等［9］对粉末冶金法制备的不同尺寸、体积分数为l7%的SiCp增强铝基复合材料的拉伸性能进行了研究，SiCp 尺寸分别为3.5、7、10和20μm，结果表明，SiCp尺寸为7μm时复合材料拉伸性能最好。部分学者［10-11］认为颗粒增强复合材料的力学性能随增强体颗粒尺寸的增大而降低。也有学者［12］认为，增强粒子体积分数一定时，粒子尺寸对于强度没有明显的影响。以上研究均侧重于低体积分数（小于20%）。刘君武等［13］利用近净成形技术制备60vol% 67vol% SiCp/Al复合材料，研究碳化硅颗粒级配及热处理对材料力学性能的影响，认为较细的SiCp级配和退火处理都能有效提高复合材料的强度。
尽管多篇论文涉及到增强体颗粒尺寸对复合材料力学性能影响，并且引起越来越多研究者的关注，但所得实验结论和观点却不尽相同。由于颗粒选取尺寸差异较大，不利于归纳其影响规律。对于粉末冶金制备中体积分数SiCp增强铝基复合材料，由于颗粒含量的增加，其分布和结合均会相应发生变化，研究增强体颗粒尺寸对复合材料力学性能影响是十分必要的。鉴于此，本文选择合适的增强体颗粒尺寸变化范围，用粉末冶金法制备不同SiCp尺寸增强铝基复合材料，研究SiCp尺寸对复合材料拉伸性能与强化机制的影响。
1试验材料及方法
以雾化法获得的平均直径10μm的2024Al粉末作为基体材料。增强体SiCp平均粒径分别为3，8，15，25和40μm。增强体以30%的体积比与铝粉混合，采用Y型混料机球磨混料，磨球的直径为8mm 和5mm，材质为氧化铝，球料比2：1，转速50r/min，时间24h。将混合粉末装入模具中，在VDBF-250型真空扩散焊实验机（真空度为2.3?10－3Pa）上进行真空热压烧结，以8?/min的速度加热到580?，施加80MPa压力，保压保温时间为3h，然后在真空保护状态下炉冷。材料的密度用Archimedes水浸法测量。拉伸试验在在岛津AG-I250KN精密万能材料试验机上以0.5mm/min的位移速度进行，拉伸试样直径5mm，标距段长25mm。采用OLYMPUSPME型光学显微镜分析复合材料的颗粒分布，在JSM-5610LV型扫描电镜上对试样微观组织及断口形貌进行观察。
2结果与讨论
2.1复合材料中SiC颗粒分布
图1为不同尺寸SiCp增强复合材料的显微组织。图中黑色部分为SiCp，白色部分为铝基体。由图1（a）看出在复合材料中SiCp出现了明显的团聚现象；由图1（b）和1（c）看出SiCp在复合材料中基本分布均匀，略有颗粒团聚。从图1（c）和1（d）看出SiCp分布更加均匀。SiCp尺寸越细小越容易形成颗粒簇。
2.2复合材料的显微组织
图2为不同SiCp尺寸复合材料在1500倍下的显微组织及EDS图谱。除明显的SiC和铝基体外，在颗粒尖角处和基体中存在白色颗粒，EDS分析显示为AlCu合金相，如图2（f）所示。图中显示SiCp与基体有着较好的粘结状态。
图2（a）、2（b）、2（e）中SiCp尖角和聚集处可观察到孔洞存在。3μm SiCp增强材料在微观形貌中未见有SiCp碎裂的现象，见图2（a）；在15μm SiCp 增强材料中只有少数较大尺寸的SiCp发生断裂，见图2（c）；在25μm和40μm SiCp增强材料中有较多SiCp发生开裂和断裂，见图2（e）和2（f）。表明随SiCp尺寸的增大，SiCp碎裂的比例增大。
2.3SiC颗粒尺寸与复合材料的相对密度
本试验用复合材料的理论密度为2.902g/ cm3。表1为复合材料的相对密度与SiCp尺寸d的关系。当d从3μm增大到15μm，材料的相对密度显著增大；当d从15μm增大到40μm时，材料的相对密度缓慢减小。15μm SiCp增强材料的相对密度高于其他材料。可见当基体Al粉与增强体SiC颗粒的尺寸比（PSＲ）接近1时，复合材料的相对密度最高。
2.4SiC颗粒尺寸与复合材料的拉伸性能
图3为复合材料的抗拉强度与SiCp尺寸的关系。复合材料的拉伸性能随SiCp尺寸d的增大而减小（见图3）。3μm SiCp增强复合材料具有最大的拉伸强度。铝合金拉伸强度为166MPa，40μm和3μm 增强复合材料的拉伸强度分别为194MPa和
41
第2期郝世明等：微米级SiC
颗粒对铝基复合材料拉伸性能与强化机制的影响图1
不同SiCp 尺寸制备复合材料的SiCp 分布情况
Fig．1
Metallographs showing SiCp distribution in the composites with various SiCp sizes
（a ）3μm ；（b ）8μm ；（c ）15μm ；（d ）25μm ；（e ）40μ
m
图2
具有不同SiCp 尺寸的复合材料的显微组织
Fig．2
SEM micrographs of the composite with different sizes of SiCp
（a ）3μm ；（b ）8μm ；（c ）15μm ；（d ）25μm．（e ）40μm ；（f ）EDS of white particulate
表1复合材料的相对密度与SiC 颗粒尺寸的关系Table 1
The variation of relative density of the composite
with different sizes of SiCp
SiCp size d /μm Al matrix particle size D /μm
Matrix to SiCp
size ratio （PSＲ）
Density /（g /cm 3
）Ｒelative density /%310 3.33 2.89599.1810 1.25 2.90599.715100.67 2.91599.825100.40 2.91299.540
10
0.25
2.904
99.4
288MPa ，增强效果分别为17%和73%。SiCp 尺寸从8μm 到3μm ，复合材料的强度有加速变大的趋势。2.5SiC 颗粒尺寸与材料的断裂模式
图4为不同尺寸SiCp 增强复合材料在拉伸断裂后的断口组织。图4（a ）是3μm SiCp 增强复合材料的拉伸断口，表面存在大量的撕裂棱和少量韧窝，很少看到碳化硅。3μm SiCp 增强复合材料的断裂方式是以界面处的基体合金撕裂为主要断裂方式，且颗粒团聚断裂源没有观察到。在8μm SiCp 和15μm
5
1
材料热处理学报第35
卷
图3复合材料的抗拉强度与SiCp 尺寸的关系Fig．3
The ultimate tensile strength of the composite
as a function of SiCp size
SiCp 增强复合材料拉伸断口中，既有SiCp 的断裂，同时也有在界面处基体合金撕裂，见图4（b ）和4（c ），其断裂方式是界面处的基体合金撕裂和SiCp 断裂共同作用。25μm 和40μm SiCp 增强复合材料的拉伸断口可见主要为SiCp 的断裂。
3
试验结果讨论
3.1
影响拉伸性能的几种因素分析3.1.1
空隙密度
粉末冶金方式制得的复合材料的相对密度是由
材料所含的空隙的大小和数量决定的，
而空隙的大小图4
不同尺寸SiCp 增强复合材料断口扫描电镜组织
Fig．4
SEM fractographs of the composites reinforced with different sizes of SiCp （a ）3μm ；（b ）8μm ；（c ）15μm ；（d ）25μm ；（e ）40μm
和数量主要与增强体的分布状态，尤其与增强体颗粒
簇有关。相对密度随着基体与增强体颗粒尺寸差别的增加而减小。
3.1.2SiC 颗粒的间距
增强体颗粒的平均间距λ值可由下式（1）［14］
计算：
λ=（d /2）2π/（3f ）
（1）式中f 为体积比，
d 为增强体颗粒直径。随着SiCp 尺寸的增大，SiCp 的间距增大。3.1.3
SiC 颗粒的断裂
随SiCp 尺寸的增大，单个SiCp 与基体界面面积较大，与基体的变形性能和热膨胀性能差别也相应地增加，这导致SiCp 承受的载荷增大；另一方面，SiCp 表面具有缺陷的几率也会增大。相同应力水平下有
缺陷的SiCp 更易发生开裂，所以大尺寸SiCp 发生开
裂的几率更大。相反，小尺寸SiCp 增强的材料更容易发生SiCp 与基体的脱粘和基体的断裂。3.1.4SiC 颗粒的分布
Slipenyuk 等［15］认为增强体在基体中的体积分数有一个临界值，仅当小于临界值时，增强体在基体中分布均匀。计算增强体在复合材料中的临界体积分数的公式如下：
W crit =α
V SiC
V Al +V SiC
=α1－1+
d ()D
3
+2
槡λ+()λd ()
D
2
([
+
61
第2期郝世明等：微米级SiC颗粒对铝基复合材料拉伸性能与强化机制的影响
1λ+2槡
()λd)D－]1（2）式中：W crit是增强体在基体中均匀分布时增强体的临界体积分数，V SiC和V Al分别为SiC与Al在复合材料中的体积分数，d/D为增强体颗粒与基体颗粒平均粒径比值，λ为挤压比。α是一个常量，给出值为0.18，由此计算，3μm和8μm颗粒增强复合材料的临界体积分数分别为10%和13%，和实际体积分数30%差距甚大。常量α应该据情况给定更合理的值。但其影响规律和实验结果一致，d/D越大，颗粒分布越均匀，与图1所示随着SiCp尺寸的增加增强体在基体中的分布越均匀的规律一致。
综上几种影响因素分析，相对于空隙密度，SiCp 的分布等对复合材料力学性能的影响，SiCp断裂的影响更大。20μm以上的增强颗粒，不适合在本方法中做增强颗粒。
3.2强化机制
复合材料强化的本源在于增强相的加入一方面是通过载荷传递使增强体承担更多的载荷，另一方面间接改变基体的显微组织而强化。
3.2.1位错密度的变化
复合材料由制备温度冷却下来时，热错配导致基体中位错密度增加用下式估算［15］：
Δρ=12ΔαΔTV
P
bd
（3）
式中V P为SiC的体积分数，其中d为SiCp直径，Δα为SiCp与Al间的热膨胀系数差，ΔT为温差，b为Burgers矢量模。由公式（3）可知，随着SiCp尺寸的减小，位错密度增加。
3.2.2强化机制
微米颗粒增强铝基复合材料的基体强化作用主要来源于微观结构改变而引起的强化，如位错强化和Orowan弥散强化作用。
位错密度引起的强度增量可用下式估算［16］
Δσdis=αGbΔ
槡ρ（4）式中α=1.25，G为基体合金的剪切模量（GPa），b为基体合金的柏氏矢量，Δρ为因基体合金与SiCp 热膨胀系数不同而产生位错的平均密度。结合公式（3）得出，随着SiCp尺寸的减小位错密度增加，SiCp的尺寸越小所产生的强化效果越明显。
Orowan强化引起的材料强度增量可用下式来预测［16］
Δσor=2Gb/λ（5）式中λ为增强体颗粒的平均间距。结合公式（5）和（1），SiCp尺寸小，λ小，强度增量大。假设MMC强度的增量Δσ可视为每个机制引起增量的线性叠加Δσ=Δσdis+Δσor，小尺寸增强颗粒强化效果越明显。
在本试验中，颗粒与基体之间界面结合良好，复合材料所受的载荷能够通过界面有效传递到SiCp 上。对于大尺寸的SiCp增强复合材料，其界面面积较大，因此随载荷增加SiCp承受的应力增加，加之本身存在的缺陷以及在热压过程中颗粒的断裂，因此解理断裂倾向明显。小颗粒尺寸SiCp增强复合材料拉伸断口上的颗粒断裂较之40μm SiCp增强复合材料要少很多。小颗粒SiCp增强复合材料主要是以界面处基体断裂，因为小颗粒的界面面积较小，而且小颗粒本身缺陷较少，不容易产生断裂。同时，位错强化和Orowan弥散强化引起基体微观结构改变，基体得到显著强化。
4结论
1）基体颗粒与增强体颗粒尺寸比（PSＲ）接近1，复合材料可获得最高的相对密度；
2）随着SiCp尺寸增大，在基体中分布更加均匀，复合材料拉伸强度却减小，大尺寸的SiCp容易断裂是性能下降的主要原因；
3）在微米级范围内，随SiCp尺寸减小，复合材料拉伸强度逐渐增大，小尺寸的SiCp不易断裂，小颗粒效应引起的位错强化和Orowan弥散强化导致基体显著强化是复合材料拉伸强度增大的主要原因；
4）当SiCp尺寸为3μm时，复合材料的断裂主要以界面处的基体合金撕裂为主；当SiCp尺寸为25μm和40μm时，复合材料的断裂以SiC解理断裂为主；当SiCp尺寸为8μm和15μm时，复合材料的断裂方式是以界面处的基体合金撕裂和SiCp断裂的共同作用。
参考文献
［1］Geiger A L，Walker J A．The processing and properties of discontinuously reinforced aluminum composites［J］．Journal of the Minerals，Metals and
71
材料热处理学报第35卷81
Materials Society，1991，43（8）：8－15．
［2］Evans A，Marchi C S，Martensen A．Metal Matrix Composites in Industry：an Introduction and a Survey［M］．Norwell：Kluwer Academic Publishers，2003．
［3］Maruyama B，Hunt W H．Discontinuously reinforced aluminum：current status and future direction［J］．Journal of the Minerals，Metals and Materials Society，l999（11）：59－61．
［4］Jerome P．Commercial success for MMCs［J］．Powder Metallurgy，1998，41（1）：25－26．
［5］Hull M．AMC：leading edge MMCs and powder materials［J］．Powder Metallurgy，1997，40（2）：102－103．
［6］CUI Yan，WANG Li-feng，ＲEN Jian-yue．Multi-functional SiC/Al composites for aerospace applications［J］．Chinese Journal of Aeronautics，2008，21（6）：578－584．
［7］郦定强，洪淳亨．增强体颗粒尺寸对SiCp/2124Al复合材料变形行为的影响［J］．上海交通大学学报，2000，34（3）：342－346．LI Ding-qiang，HONG Hyung-soon．Effects of particle reinforcement size on deformation behavior of SiCp/2124Al composites［J］．Journal of Shanghai Jiaotong University，2000，34（3）：342－346．
［8］金鹏，刘越，李曙，等．碳化硅增强铝基复合材料的力学性能和断裂机制［J］．材料研究学报，2009（2）：211－214．JIN Peng，LIU Yue，LI Shu，et al．Effects of SiC particulae size on tensile property and fracture behavior on particle reinforced aluminum metal matrix composites［J］．Chinese Journal of MaterialsＲesearch，2009（2）：211－214．
［9］肖伯律，毕敬，赵明久，等．SiCp尺寸对铝基复合材料拉伸性能和断裂机制的影响［J］．金属学报，2002，38（9）：1006－1008．XIAO Bo-lv，BI Jing，ZHAO Ming-jiu，et al．Effects of SiCp size on tensile property of aluminum matrix composites fabricated by powder metallurgical method［J］．Acta Metallurgica Sinica，2002，38（9）：1006－1008．
［10］Doel T J A，Bowen P．Tensile properties of particulate-reinforced metal matrix composites［J］．Composites Part A：Applied Science and Manufacturing，1996，27（8）：655－665．
［11］Yang J，Cady C，Hu M S，et al．Effects of damage on the flow strength and ductility of a ductile Al alloy reinforced with SiC particulates［J］．Acta Metallurgica et Materialia，1990，38（12）：2613－2619．
［12］Srivastava V C，Schneider A，Uhlenwinkel V，et al．Spray processing of2014－Al+SiCp composites and their property evaluation［J］．Materials Science and Engineering A，2005，412（1－2）：19－26．
［13］刘君武，李青鑫，吴金方，等．粒度组成对高体积分数SiCp/Al复合材料性能的影响［J］．材料热处理学报，2011，32（3）：14－18．LIU Jun-wu，LI Qing-xin，WU Jin-fang，et al．Effect of granularity modulation of SiC particulates on properties of high volume SiCp/Al composites［J］．Transactions of Materials and Heat Treatment，2011，32（3）：14－18．
［14］Lewandowski J J，Liu D S，Liu C．Observations on the effects of particulate size and superposed pressure on deformation of metal matrix composites ［J］．Scripta Metallurgica et Materialia，1991，25：21－26．
［15］Slipenyuk A，Kuprin V，Milman Y，et al．Properties of P/M processed particle reinforced metal matrix composites specified by reinforcement concentration and matrix-to-reinforcement particle size ratio［J］．Acta Materialia，2006，54（1）：157－166．
［16］Miller W S，Humphreys F J．Strengthening mechanisms in particulate metal-matrix composites：reply to comments by Arsenault［J］．Scripta Metallurgica et Materialia，1991，25（11）：2623－2626
颗粒增强铝基复合材料的制备方法及其存在的问题 冶金0901班 张莹 20091311
近年来，随着不断追求轻量化、高性能化、长寿命、高效能的发展目标带动牵引了轻质高强多功能颗粒增强铝基复合材料的持续发展。提出的低密度、高比强度、高比模量、低膨胀、高导热、高可靠等优异以及良好的抗磨耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀等综合性能要求，传统轻质材料已很难全面满足要求，如铝合金模量低、线胀系数较大; 钛合金密度较大、热导率极低; 纤维增强树脂基复合材料在空间环境下使用易老化等，颗粒增强铝基复合材料经过30 多年的发展，已在国外航空航天领域得到了规模应用，这充分验证了与铝合金、钛合金、纤维树脂基复合材料等传统材料相比具有的显著性能优势，奠定了颗粒增强铝基复合材料在材料体系中的地位和竞争态势。而且更重要的是，在世界范围内有丰富的铝资源，加之易于进行工艺加工成型和处理，因而制各和生产铝基复合材料比其他金属基复合材料更为经济，易于推广，可广泛应用于航空航天、军事、汽车、电子、体育运动等领域，因此，这种材料在国内外受到普遍重视。 颗粒增强铝基复合材料已成为当下世界金属基复合材料研究领域中的一个最为重要的热点，各国已经相继进入了颗粒增强铝基复台材料的应用开发阶段，在美国和欧洲发达国家，该类复台材料的工业应用已开始，并且被列为二十一世纪新材料应用开发的重要方向并日益向工业规模化生产和应用的方向发展。本文旨在探讨颗粒增强铝基复合材料的制备方法及在亟待解决的各方面的问题，推进其应用发展的进程。 主要制备方法介绍： 增强体颗粒的分布均匀性和界面结合状况是影响复合材料性能的重要因素。因此，如何使增强体颗粒均匀分布于铝基体井与铝基体形成良好的界面结台是颗粒增强铝基复台材料制备过程中必须解决的两个最关键问题。以下是制备颗粒增强铝基复合材料的一些方法： 1、原位法 原位法的原理是通过元素间或元素与化合物之间反应制备陶瓷增强金属基复合材料，是近年来迅速发展的一种新的复合工艺方法，目前已成功地在铝基中实现了硼化物、碳化物、氮化物等的原位反应。由于这些增强相引入的特殊性，不仅它的尺寸非常细小，而且与基体具有良好的界面相容性，使得这种复合材料较传统外加增强相复合材料具有更高的强度和模量，以及良好的高温性能和抗疲劳、耐磨损性能。 原位自生铝基复合材料的制备方法较多，下面进行简略介绍。 （1）自蔓延高温合成法：该技术是利用热脉冲使放热反应起始于反应剂粉末压坯的一端，其生成热使邻近的粉末温度骤然升高．发生化学反应并以燃烧波的形式蔓延通过整个反应物，当燃烧波推行前移时反应物转变成产物。该技术的特点是在无需外加热源的情况下，利用高放热化学反应放出的热量使其在引发后自身延续合成材料，节能，粉末纯度高，粒径细小，活性高，易于烧结并能获得高性能的材料。 （2）原位热压放热反应合成法：该技术是在原位热压技术的基础上发展起来的一种新下艺。在制备过程中将反应物的物料混合或与某种基体原料混合后通过热压工艺制备，组成物相在热压过程中原位生成。该技术的突出优点是利用燃烧合成过程的放热反应，在产物处于反应高温时，施加一定的压力。使材料的致密与反应合成同时完成。获得了事半功倍的效果。 （3）放热弥散技术：这种方法法是美国一个实验室在自蔓延法的基础上改进而来的。
金属基复合材料的种类与性能 摘要：金属基复合材料科学是一门相对较新的材料科学，仅有40余年的发展历史。金属基复合材料的发展与现代科学技术和高技术产业的发展密切相关，特备是航天、航空、电子、汽车以及先进武器系统的迅速发展对材料提出了日益增高的性能要求，除了要求材料具有一些特殊的性能外，还要具有优良的综合性能，有力地促进了先进复合材料的迅速发展。单一的金属、陶瓷、高分子等工程材料均难以满足这些迅速增长的性能要求。金属基复合材料正是为了满足上述要求而诞生的。 关键词：金属；金属基复合材料；种类；性能特征；用途 1. 金属基复合材料的分类 1.1按增强体类型分 1.1.1颗粒增强复合材料 颗粒增强复合材料是指弥散的增强相以颗粒的形式存在，其颗粒直径和颗粒间距较大，一般大于1μm。 1.1.2层状复合材料 这种复合材料是指在韧性和成型性较好的金属基材料中含有重复排列的高强度、高模量片层状增强物的复合材料。片曾的间距是微观的，所以在正常比例下，材料按其结构组元看，可以认为是各向异性的和均匀的。 层状复合材料的强度和大尺寸增强物的性能比较接近，而与晶须或纤维类小尺寸增强物的性能差别较大。因为增强物薄片在二维方向上的尺寸相当于结构件的大小，因此增强物中的缺陷可以成为长度和构件相同的裂纹的核心。 由于薄片增强的强度不如纤维增强相高，因此层状结构复合材料的强度受到了限制。然而，在增强平面的各个方向上，薄片增强物对强度和模量都有增强，这与纤维单向增强的复合材料相比具有明显的优越性。 1.1.3纤维增强复合材料 金属基复合材料中的一维增强体根据其长度的不同可分为长纤维、短纤维和晶须。长纤维又叫连续纤维，它对金属基体的增强方式可以以单项纤维、二维织物和三维织物存在，前者增强的复合材料表现出明显的各向异性特征，第二种材料在织物平面方向的力学性能与垂直该平面的方向不同，而后者的性能基本是个向同性的。连续纤维增强金属基复合材料是指以高性能的纤维为增强体，金属或他们的合金为基体制成的复合材料。纤维是承受载荷的，纤维的加入不但大大改变了材料的力学性能，而且也提高了耐温性能。 短纤维和晶须是比较随机均匀地分散在金属基体中，因而其性能在宏观上是各向同性的；在特殊条件下，短纤维也可以定向排列，如对材料进行二次加工（挤压）就可达到。 当韧性金属基体用高强度脆性纤维增强时，基体的屈服和塑性流动是复合材料性能的主要特征，但纤维对复合材料弹性模量的增强具有相当大的作用。 1.2按基体类型分 主要有铝基、镁基、锌基、铜基、钛基、镍基、耐热金属基、金属间化合物基等复合材料。目前以铝基、镁基、钛基、镍基复合材料发展较为成熟，已在航天、航空、电子、汽车等工业中应用。在这里主要介绍这几种材料 1.2.1铝基复合材料 这是在金属基复合材料中应用最广的一种。由于铝合金基体为面心立方结构，因此具有良好的塑性和韧性，再加之它所具有的易加工性、工程可靠性及价格低廉等优点，为其在工程上应用创造了有利条件。再制造铝基复合材料时通常并不是使用纯铝而是铝合金。这主要是由于铝合金具有更好的综合性能。
3铝基复合材料及应用 Aluminum matrix composites and applications 在材料体系设计、制备技术、界面研究、改性处理、性能表征、塑性变形和应用研究等方面开展了系统的研究工作，攻克了高致密制备技术、复合材料稳定性设计、稳定化处理技术、超声波辅助钎焊技术和材料稳定性评价方法等关键技术。研制出的系列颗粒、晶须和纤维增强铝基复合材料，已经应用于卫星、飞机、载人航天等领域。2008年获得国家技术发明二等奖。 The fabrication technology,interface structure,surface modification,property characterization,and plastic deformation have been investigated.A series of key technological problems have been broken through,such as high-density composite fabrication,design of dimensional stability,stabilizing treatment,ultrasonic assisted brazing and evaluation of materials stability.The composites have been successfully applied for industries. SiCp/Al 复合材料样件 SiCp/Al composites samples SiCw/Al 复合材料卫星天线展开机构丝杠 Satellite antenna screw rods of SiCw/Al composite SiC p /Al 相机框架焊接件Brazed camera carriages of SiCp/Al composite
颗粒增强铝基复合材料研究与应用进展摘要：综述了颗粒增强铝基复合材料的研究现状，从基体、增强体的选择，铝基复合材料的制备方法，影响复合材料性能的因素和改善措施等方面进行阐述，并介绍了该复合材料的广泛应用。 关键词：颗粒；铝基复合材料；制备方法; 应用 Abstract ：The research progress of particle reinforced aluminum matrix composite was summarized. The research status of the composite was reviewed in detail from the choice of the reinforcement and the matrix, the preparation technique of aluminum matrix composite, the factors which can affect the performance of the composite. Key words ：particle; aluminum matrix composite; preparation methods; application 1.前言 铝基复合材料是以金属铝及其合金为基体 , 以金属或非金颗粒、晶须或纤维为增强相的非均质混合物。按照增强体的不同 , 铝基复合材料可分为纤维增强铝基复合材料和颗粒增强铝基复合材料。由于颗粒增强铝基复合材料具有高的比强度、比刚度，优良的高温力学性能和耐磨性，并且价格便宜，适于批量生产，良好的耐磨性和导热性能等优点，在航天、航空、汽车、电子、光学等工业领域具有相当广泛的应用前景。 颗粒增强复合材料是指弥散的硬质增强相的体积超过 20％的复合材料，而不包括那些弥散质点体积比很低的弥散强化金属的金属基复合材料[1] 。此外，这种复合材料的颗粒直径和颗粒间距很大，一般大于1μｍ。在这种复合材料中，增强相是主要的承载相，而基体的作用则在于传递载荷和便于加工。这种材料虽然其增强效应远不及连续纤维，但它主要是可以弥补某些材料性能的不足，如增加刚度、耐磨性、耐热性、抗蠕变等。在这种复合材料中，硬质增强相造成的对基体的束缚作用能阻止基体屈服。颗粒复合材料的强度通常取决于颗粒的直径、间距和体积比，但基体很重要。除此之外，这种材料的性能还对界面性能及颗粒排列的几何形状十分敏感[2]。 2.铝基复合材料的选择
颗粒增强铝基复合材料的研究 姓名：陈云班级：10161201 学号：1016120118 【摘要】本文简要介绍了常见的几种颗粒增强铝基复合材料的增强颗粒和性质，以及颗粒增强铝基复合材料的制备方法和应用。 【关键词】颗粒增强铝基复合材料碳化硅氧化铝碳化钛石墨粉末冶金原位反应合成 0 前言 金属基复合材料是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料。铝基复合材料是金属基复合材料的一种，按照增强体形式不同可以分为长纤维增强铝基复合材料，短纤维增强铝基复合材料，晶须增强铝基复合材料及颗粒增强铝基复合材料。 颗粒增强铝基复合材料的增强颗粒克服了制备过程中出现的纤维损伤，微观组织不均匀，纤维与纤维相互接触，反应带过大等影响材料性能的缺点。同时，颗粒增强铝基复合材料制备成本低廉，回收性和再利用性好，使其在各个领域都具有广泛应用。因此，本文将简要介绍颗粒增强铝基复合材料的部分相关内容。 1 颗粒增强铝基复合材料 颗粒增强铝基复合材料具有密度小，比强度、比刚度高，剪切强度高，热膨胀系数低，热稳定性和导热、导电性能良好，以及抗磨耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀优良等一系列优点。颗粒的增强主要是弥散强化，颗粒越小，弥散强化的效果越好，材料的性能也就越佳。 颗粒增强铝基复合材料增强体的选择要求颗粒在基体中高度弥散均匀分散，尺寸大小要适度，与基体间要有一定粘结作用，而且它们之间各方面都要相匹配。常见的增强颗粒有：碳化硅、碳化钛、氧化铝和石墨颗粒。 1.1 碳化硅颗粒增强铝基复合材料 碳化硅颗粒增强铝基(SiC p/Al)复合材料是一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料，它是用碳化硅颗粒作为增强体，采用铝或铝合金作基体，按设计要求，以一定形式、比例和分布状态，构成有明显界面的多组相复合材料。通过改变碳化硅颗粒在复合材料中的含量，可以对材料的性能进行调整。一般随碳化硅体积含量的增
碳化硅颗粒增强铝基复合材料 碳化硅颗粒增强铝基复合材料, 是目前普遍公认的最有竞争力的金属基复合材料品种之一。尽管其力学性能尤其是强度难与连续纤维复合材料相匹敌, 但它却有着极为显著的低成本优势, 而且相比之下制备难度小、制备方法也最为灵活多样, 并可以采用传统的冶金工艺设备进行二次加工, 因此易于实现批量生产。冷战结束后的20 世纪90 年代, 由于各国对国防工业投资力度的减小, 即使是航空航天等高技术领域, 也越来越难以接受成本居高不下的纤维增强铝基复合材料。于是, 颗粒增强铝基复合材料又重新得到普遍关注。特别是最近几年来, 它作为关键性承载构件终于在先进飞机上找到了出路, 且应用前景日趋看好, 进而使得其研究开发工作也再度升温。碳化硅颗粒增强铝基复合材料主要由机械加工和热处理再结合其的性质采用一定的方法制造。如铸造法、粘晶法和液相和固相重叠法等。 碳化硅颗粒增强铝基复合材料碳化硅和颗粒状的铝复合而成，其中碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成，再和增强颗粒铝复合而成，增强颗粒铝在基体中的分布状态直接影响到铝基复合材料的综合性能,能否使增强颗粒均匀分散在熔液中是能否成功制备铝基复合材料的关键,也是制备颗粒增强铝基复合材料的难点所在。纳米碳化硅颗粒分布的均匀与否与颗粒的大小、颗粒的密度、添加颗粒的体积分数、熔体的粘度、搅拌的方式和搅拌的速度等因素有关。纳米颗粒铝
的分散的物理方法主要有机械搅拌法、超声波分散法和高能处理法。对复合材料铸态组织的金相分析表明，碳化硅复合材料挤压棒实物照片 颗粒在宏观上分布均匀，但在高倍率下观察，可发其余代表不同粒度、含量的复台材料现SiC颗粒主要分布在树枝问和最后凝固的液相区，同时也有部分SiC颗粒存在于初生晶内部，即被初生晶所吞陷。从凝固理论分析，颗粒在固液界面前沿的行为与凝固速度、界面前沿的温度梯度及界面能的大小有很大关系，由于对SiC颗粒的预处理有效地改善了它与基体合金的润湿性，且在加入半固态台金浆料之前的预热温度大大低于此时的合金温度，故而部分SiC颗粒就可能直接作为凝固的核心而存在于部分初生晶的内部，但是太多数SiC在枝晶相汇处或最后凝固的液相中富集，这便形成了上述的组织形貌。金属中弥敷分布的铝对金属中的品界运动，位错组态及位错运动都有响．纳米碳化硅颗粒增强复合材料具有细小而均匀的组织其原因应该是细小而均匀分布的纳米颗粒高教率地占据空间，颗粒间距较小．有效地控制晶粒的长大；微米碳化硅颗粒增强复台材料中．颗粒尺寸较大，它在空间的分布间距也较大，由于基体热膨胀系数的差异而引起的局部应力也越大，造成了颗粒附近与远离颗粒处基体状态的差异．这种差异是造成微米颗粒增强复合材料组织不均匀的原因。 碳化硅颗粒增强铝基复合材料的航空航天工程应用；1、在惯导系统中的潜在应用；在我国自行研制的诸多型号机载、弹载惯性导航系统中, 不同程度地存在着现用的铸造铝合金结构件比刚度不足、热
目录 一、引言 (1) 二、铝基复合材料的基本成分 (1) 三、铝基复合材料的性能 (1) 3.1 低密度 (1) 3.2 良好的尺寸稳定性 (1) 3.3强度、模量与塑性 (2) 3.4耐磨性 (2) 3.5疲劳与断裂韧性 (2) 3.6热性能 (2) 四、铝基复合材料的应用 (3) 4.1 在汽车领域的应用 (3) 4.2 在航空航天领域的应用 (3) 4.3 在电子和光学仪器中的应用 (3) 4.4 在体育用品上的应用 (4) 五、铝基复合材料的制造工艺 (4) 5.1 粉末冶金法 (4) 5.2 高能-高速固结工艺 (4) 5.3 压力浸渗工艺 (5) 5.4 反应自生成法 (5) 5.5 液态金属搅拌铸造法 (5) 5.6 半固态搅拌复合铸造 (5) 六、铝基复合材料的研究的热点及发展趋势 (6) 6.1铝基复合材料的研究的热点 (6) 6.1.1纳米相增强铝基复合材料 (6) 6.1.2碳管纳米增强铝基复合材料 (6) 6.2铝基复合材料的发展趋势 (7)
铝基复合材料的综述 摘要：本文较为详细的介绍了铝基复合材料的性能、应用及其制造工艺，并指出了铝基复合材料的发展趋势。 关键词: 铝基复合材料; 性能; 应用; 工艺；发展趋势 一、引言 复合材料是应现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命力的材料，它由两种或两种以上性质不同的材料通过各种工艺手段复合而成。复合材料可分为三类：聚合物基复合材料（PMCs）、金属基复合材料（MMCs）、陶瓷基复合材料（CMCs）。金属基复合材料基体主要是铝、镍、镁、钛等。铝在制作复合材料上有许多特点,如质量轻、密度小、可塑性好,铝基复合技术容易掌握,易于加工等。此外,铝基复合材料比强度和比刚度高,高温性能好,更耐疲劳和更耐磨,阻尼性能好,热膨胀系数低。同其他复合材料一样,它能组合特定的力学和物理性能,以满足产品的需要[1]。因此,铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。按照增强体的不同,铝基复合材料可分为纤维增强铝基复合材料和颗粒增强铝基复合材料。纤维增强铝基复合材料具有比强度、比模量高,尺寸稳定性好等一系列优异性能,但价格昂贵,目前主要用于航天领域,作为航天飞机、人造卫星、空间站等的结构材料。颗粒增强铝基复合材料可用来制造卫星及航天用结构材料、飞机零部件、金属镜光学系统、汽车零部件;此外还可以用来制造微波电路插件、惯性导航系统的精密零件、涡轮增压推进器、电子封装器件等。 二、铝基复合材料的基本成分 铝及其合金都适于作金属基复合材料的基体，铝基复合材料的增强物可以是连续的纤维，也可以是短纤维，也可以是从球形到不规则形状的颗粒。目前铝极复合材料增强颗粒材料有SiC、AL2O3、BN等，金属间化合物如Ni-Al，Fe-Al和Ti-Al也被用工作增强颗粒。 三、铝基复合材料的性能 铝基复合材料的性能取决于基体合金和增强物的特性、含量、分布等。与基体合金相比,铝基复合材料具有许多优良的性能。 3.1 低密度 2,铝基复合材料的密度一般在8.2左右,基本上与一般铝合金相当,比钢低3同等几何尺寸的零件,其重量仅为钢制的1左右。 3.2 良好的尺寸稳定性 许多增强物都具有很小的热膨胀系数,加入相当含量的增强物可降低材料膨胀系数,从而得到热膨胀系数小、尺寸稳定性好的铝基复合材料。
铝基复合材料综述 XXXXXXXXXXX 摘要铝基复合材料凭借密度小、耐磨、热性能好等优点在航天航空等领域占有优势地位。文中综述了铝基复合材料的种类、铝基复合材料性能、各种铝基复合材料的制备和应用以及发展前景。 关键词铝基复合材料种类性能制备应用 Abstract Al-based alloys have advantages in the field of the aerospace by the advantages of small density , anti-function ,good thermal performance and so on. This article discussed the kinds ,performance ,approach , use and development prospect of Al-based alloys. Key words Al-based alloys kind performance approach use
1.引言 自20世纪80年代金属基复合材料大规模研究与开发以来，铝基复合材料在航空，航天，电子，汽车以及先进武器系统等领域得到迅速发展。铝基复合材料的制备工艺设计高温、增强材料的表面处理、复合成型等复杂工艺，而复合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决于其制造技术。因此，研究和开发心的制造技术，在提高铝基复合材料性能的同时降低成本，使其得到更广泛的应用，是铝基复合材料能否得到长远发展的关键所在。铝在制作复合材料上有许多特点,如质量轻、密度小、可塑性好,铝基复合技术容易掌握,易于加工等。此外,铝基复合材料比强度和比刚度高,高温性能好,更耐疲劳和更耐磨,阻尼性能好,热膨胀系数低。同其他复合材料一样,它能组合特定的力学和物理性能,以满足产品的需要。因此,铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。2.铝基复合材料分类 按照增强体的不同,铝基复合材料可分为纤维增强铝基复合材料和颗粒增强铝基复合材料。纤维增强铝基复合材料具有比强度、比模量高,尺寸稳定性好等一系列优异性能,但价格昂贵,目前主要用于航天领域,作为航天飞机、人造卫星、空间站等的结构材料。颗粒增强铝基复合材料可用来制造卫星及航天用结构材料、飞机零部件、金属镜光学系统、汽车零部件;此外还可以用来制造微波电路插件、惯性导航系统的精密零件、涡轮增压推进器、电子封装器件等。 3.铝基复合材料的基本成分 铝及其合金都适于作金属基复合材料的基体，铝基复合材料的增强物可以是连续的纤维，也可以是短纤维，也可以是从球形到不规则形状的颗粒。目前铝基复合材料增强颗粒材料有SiC、AL2O3、BN等，金属间化合物如Ni-Al，Fe-Al和Ti-Al也被用工作增强颗粒。 4.铝基复合材料特点 在众多金属基复合材料中，铝基复合材料发展最快且成为当前该类材料发展和研究的主流，这是因为铝基复合材料具有密度低、基体合金选择范围广、热处理性好、制备工艺灵活等许多优点。另外，铝和铝合金与许多增强相都有良好的接触性能，如连续状硼、AL2O3\ 、
铝基复合材料的研究发展现状与发展前景——颗粒增强铝基复合材料 课程名称：复合材料 学生：XX 学号：XXXXX 班级：XX 日期：20XX年X月X日
铝基复合材料的研究发展现状与发展前景 ——颗粒增强铝基复合材料 XX （刚理工大学，省市，650093） 摘要：介绍了颗粒增强铝基复合材料的发展历史、制备工艺、性能及应用，以碳化硅颗粒增强铝基复合材料为例指出了颗粒增强铝基复合材料这一行业存在的问题，并对这种材料的未来发展趋势做了预测。 关键词：颗粒增强铝基复合材料；历史；工艺；性能；应用；趋势 0.引言 近年来在金属基复合材料领域, 铝基复合材料(包括纤维增强和颗粒增强)的发展尤为迅速。这不仅因为它具有重量轻、比强度、比刚度高、剪切强度高、热膨胀系数低、良好的热稳定性和导热、导电性能, 以及良好的抗磨耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀等一系列优点, 而且因为在世界围有丰富的铝资源, 加之可用常规设备和工艺加工成型和处理, 因而制备和生产铝基复合材料比其他金属基复合材料更为经济, 易于推广和应用,因此, 这种材料在国外受到普遍重视。而其中的颗粒增强铝基复合材料解决了纤维增强铝基复合材料增强纤维制备成本昂贵的问题, 而且材料各向同性, 克服了制备过程中出现的诸如纤维损伤、微观组织不均匀、纤维与纤维相互接触、反应带过大等影响材料性能的许多缺点。所以颗粒增强铝基复合材料已成为当今世界金属基复合材料研究领域中的一个最为重要的热点, 并日益向工业规模化生产和应用的方向发展。 1.发展历史 金属基复合材料（复合材料）自60年代初期开始研究，现在已经取得了突破性的进展。初期研究的工作主要集中在连续纤维增强复合材料]1[,但由于连续长纤维本身的制造工艺复杂、价格昂贵，再加上纤维的预处理以及纤维增强复合材料制造工艺限制，使连续纤维增强复合材料成本极高，仅限用于要求极高性能的场合。 因此，进入80年代，研究重点转向了成本较低的SiC、Al 2O 3 等颗粒或晶须作为增 强材料的不连续增强复合材料，这种材料具有比刚度、比强度强，耐磨性、抗蠕变性好、热膨胀系数小等特点]2[，其比刚度超过了钢和钛合金，而价格不到钛合金的十分之一]3[，用以取代钢、钛等材料，对减轻产品结构重量，降低成本具有明显的经济效益，尤其是取代航空、航天飞行器中的合金钢、钛合金构件，更具有巨大的潜力。 20世纪70年代末，美国政府开始将复合材料列入武器研究清单，并对其研究成果限制发表。日本通产省在20世纪80年代初期开始实施的“下世纪产业基础技术”规划中，把发展铝基复合材料放在了主要位置，并在财力、物力上向有关院所、高校和公司倾斜。我国从20世纪80年代中期开始经过十几年的努力，在颗粒增强铝基复合材料的组织性能、复合材料界面等方面的研究工作已接近国际先进水平，铝基复合材料已列为国家“863”新型材料研究课题。
颗粒增强铝基复合材料 1.复合材料 1.1复合材料的概述 材料是社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。在许多方面，传统的单一材料已不能满足实际需要，这些都促进人们对材料的研究逐步摆脱过去单纯靠经验的摸索方法，向预定性能设计新材料的研究方展发展。复合材料(Composite Materials)一词大约出现在20世纪50年代，随之也出现复合材料较为严格的定义。复合材料是由两种或两种以上物理和纯学性质不固的物质组合两成的一种多相固体材料[1]。复合材料的组分材料虽然保持其相对的独立性，但复合材料的性能却不是组分材料的简单加和，两是有着重要的改进。复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。分散相是以独立的形态分布在整个连续相中，两相之间存在着相界面。分教相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料。 自上世界40年代美国诞生了玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢)以来，新型增强材料不断出现，到目前为止，聚合物基、金属基、陶瓷基、混凝土基复合材料和碳，碳复合材料正以前所未有的速度发展。随着航天航空技术的发展，对结构材料的比强度、比模量、韧性、耐热、抗环境能力和加工提出了新的要求。高强度、高模量的耐热纤维和颗粒与金属复合，特别是轻金属复合焉成的金属基复合材料，克服了树脂基复合材料耐热性差和不导电、导热性能低等不足，加上增强体不仅提高了材料的强度，还可以保持密度变纯不大甚至降低。此外，这种材料还具有耐疲劳、耐磨耗、高阻尼、不吸潮放气等特点，已经广泛应用予尖端技术领域，是理想的结构材料。2l世纪我们面临筋将是复合材料迅猛发展和更广泛应用的时代[2-4]。 1.2颗粒增强铝基复合材料 金属基复合材料(Metal Matrix Composite，简称MMC)是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料。其增强材料大多为无机非金属，如陶瓷、碳、石墨及硼等，也可以用金属丝。在结构材料方面，
铝基复合材料 1. 铝基复合材料的基本性能 1.1 强度，模量与塑性 铝基复合材料比强度和比刚度高．高温性能好。更耐疲劳和更耐磨，阻尼性 能好，热膨胀系数低。同其他复合材料一样，它能组合特定的力学和物理性能，以满足产品的需要。因此，铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。 增强体的加入在提高铝基复合材料强度和模量的同时。降低了塑性。 另外增强相的加入又赋予材料一些特殊性能，这样不同金属与合金基体及不 同增强体的优化组合。就使金属基复合材料具有各种特殊性能和优异的综合性能。 尤其是弥散增强的铝基复合材料，不仅具有各向同性特征，而且具有可加工 和价格低廉的优点，更加引起人们的注意。 1.2 耐磨性 高的耐磨性是铝基复合材料(SiC、A1203)增强的特点之一 颗粒体积分数对复合材料摩擦系数的影响显著，而颗粒尺寸对复合材料摩擦系数影响不大。 与基体合金相比，铝基复合材料表现出良好的抗磨损性能，并随着加入颗粒 尺寸的减小和数量的增多而变强。在滑动磨损实验中，颗粒及纤维增强的铝基复合材料的耐磨性有两个数量级的提高，但随着磨粒尺寸的增大，载荷中冲击成分的提高使其耐磨性迅速下降。材料的耐磨性的好坏取决于强化机制、增强相之间的相互制约及与基体在变形过程中的协调作用。当然，也与增强相类型及基体合金的性能有关。 增强相的聚结显著降低材料的耐磨性。 1.3 疲劳与断裂韧性 铝基复合材料的疲劳强度和疲劳寿命一般比基体金属高，这与刚度及强度的提高有关，而断裂韧性却下降。影响铝基复合材料疲劳性能和断裂的主要因素有：增强物与基体的界面结合状态、基体与增强物本身的特性和增强物在基体中的分布等。界面结合状态良好，可以有效地传递载荷，并阻止裂纹扩展，提高材料的断裂韧性。 目前对复合材料疲劳断裂过程的研究分为疲劳裂纹的萌生和扩展两个方面。现有的研究工作在实验的基础上得出疲劳裂纹萌生于SiC 附近。SiC与铝合金界
高性能聚乙烯纤维及其复合材料发展与应用 论文关键词：高性能聚乙烯纤维表面改性复合材料应用 论文摘要：高性能聚乙烯纤维作为新型有机纤维，其性能与复合材料的应用是科研人员研究的热点之一。着重探究高性能聚乙烯纤维的性能、表面改性以及复合材料的应用等问题。 近几年，纤维的高性能、高功能和高感性一直是研究者对新型化纤材料研究的重点，高性能聚乙烯纤维是继碳纤维、芳纶之后具有极其重要战略意义的新型纤维材料，因其独特的性能，该纤维及其增强复合材料已被广泛应用于多个领域，倍受研究人员与生产企业的青睐。 1 高性能聚乙烯纤维的结构及特点 高性能聚乙烯纤维的高强高模特性来源于自身的超高相对分子质量、沿轴向高度取向和晶体结构。聚乙烯具有亚甲基相连的大分子链的化学结构，在超倍牵伸时，形成伸直链超分子结构，高性能聚乙烯纤维的优越性能完全是由于它的这种超分子结构决定的。 高性能聚乙烯纤维的一个突出优点是密度低，为0.97g/cm3，使得其质量轻的同时，能够达到较大的比拉伸强度和拉伸模量；由于聚乙烯不含易与接触物质发生反应的羟基、芳香环等基团，使得其具有高耐酸碱腐蚀性；同时，高性能聚乙烯纤维熔点比普通聚乙烯低，沸水收缩率也较低。另外，即使在很低的温度下，该纤维仍能够保持柔软。 2 高性能聚乙烯纤维的缺点及改进现状 高性能聚乙烯纤维有其不可避免的不足，如熔点低蠕变高，在制造复合材料的过程中具有较高的纤维表面惰性和较差的浸润性。这些特点直接影响了高性能聚乙烯纤维在复合材料中的应用范围，围绕高性能聚乙烯纤维制造与改性的研究也在近些年取得了阶段性成果。 1）改进低熔点和高蠕变。研究证明进行放射处理，使超高强聚乙烯纤维产生分子间交联，或提高其分子量或共聚（如使用有机过氧化物等化学物质）改性，均可使纤维蠕变得到改善，熔点得以提高。 2）改进纤维与基体的粘结性。高性能聚乙烯纤维的化学惰性和低表面能，决定了其与基体的粘合性很低，研究表明可以通过以下方法对其加以改进：①使用化学试剂进行处理。如用二甲苯、铬酸、高锰酸钾等强氧化性剂对高性能聚乙烯纤维表面进行氧化处理，产生含氧活性基团，与基体形成化学键，使其表面凸凹不平，加大其粗糙程度，提高其粘接性能； ②使用辐射引发表面接枝处理。用丙烯类单体，如丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯等，接枝在高性能聚乙烯纤维链上，提高纤维与树脂基体的粘接性能；③采用电晕放电处理及等离子处理。它是利用等离子体发生装置产生等离子流利用它冲击纤维表面达到很高表面活性的目的其总的效果是在纤维表面产生微凹痕增加纤维表面积通过处理，使其表面形成极性基团，从而提高其与树脂基体的粘接性能；④目前高性能聚乙烯纤维复合材料常用的树脂体。由于上述3种方都会损害纤维的综合性能为代价的，而且拉伸强度和模量下降尤为明显，所以寻找或合成树脂基体来提高粘接性则是较好的方式。经过大量研究，目前符合聚乙烯纤维复合材料用树脂基体条件的有聚氨酯类、橡胶类、乙烯酯类树脂体。 3 高性能聚乙烯纤维复合材料类型 高性能聚乙烯纤维复合材料主要有以下几类： 1）自增强类。是以高密度聚乙烯或低密度聚乙烯为基体材料，以高性能聚乙烯纤维为增强体的纤维增强复合材料。选择同一类型的聚乙烯树脂作为基体材料能够改善UHMPE的界面粘结性差的缺点，并且有利于回收再利用的现代环保要求。 2）填充型复合材料。这种符合材料是在以往材料的基础上，为完善其综合性能而进行
——碳化物陶瓷基复合材料课程名称：复合材料 学生姓名：舒顺启 学号：200910204123 班级：材料091班 日期：2012年12月22日
——碳化物陶瓷基复合材料 摘要：本文综述了陶瓷基复合材料的发展历史,介绍了陶瓷基复合材料的制备工艺,详细阐述了陶瓷基复合材料的性能与应用,分析了陶瓷基复合材料存在的问题，并展望了陶瓷基复合材料未来发展趋势。 关键词：陶瓷基复合材料、制备工艺、性能、应用 Ceramic matrix composites research present situation and the development prospect --Carbide ceramic matrix composites Abstract：This paper reviews the ceramic base composite material, the development history of ceramic matrix composites is introduced the preparation process, elaborated the ceramic matrix composites, the properties and the application of the analysis of the ceramic base composite material existing problems, and prospects the ceramic matrix composites future development trend. Key words：Ceramic matrix composites, preparation process, performance and application 1 引言 陶瓷基复合材料是近二十年来发展起来的新型材料,由于该类材料具有良好的高温性能。因此它作为耐高温结构材料在航空航天工业和能源工业等领域的应用具有巨大的潜力。如航空发动机的推重比为lO时,涡轮前进口温度达1650℃,在这样高的温度下,传统的高温合金材料已经无法满足要求【1】,因此国内外的材料研究者纷纷把研究的重点转向陶瓷基复合材料。研究者通过大量的实验发现,陶瓷基复合材料不仅具有良好的高温稳定性和高温抗氧化能力,而且材料在断裂
铝基复合材料的应用领域及发展前景 铝基复合材料的简单介绍 铝在制作复合材料上有许多特点，如质量轻、密度小、可塑性好，铝基的符合技术容以掌握，易于加工等。此外，铝基复合材料比强度和比刚度高，高温性能好，耐疲劳和耐磨，以及工程可靠性。同其他复合材料一样，它能组合特定的力学和物理性能，以满足产品的需要。因此，铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的，最重要的材料之一。 复合材料的制造包括将复合材料的组分组装并压合成始于复合材料零件的形状。常用的工艺有两种，第一种是纤维与基体组装压合和零件成型同时进行；第二种是先加工成复合材料的预制品，然后再将预制品制成最终形态的零件。前一种工艺类似于铸件，后一件则类似于先铸锭然后再锻成零件的形状。 制造过程可分为三个阶段：纤维排列、复合材料组分的组装压合和零件层压。大多数硼-铝复合材料是用预制品或中间复合材料制造的。前述的两种工艺具有十分相似的制造工艺，这就是把树脂粘合或者是等离子喷涂条带预制品再经过热压扩散结合。 1.挥发性粘合剂工艺 这种工艺是一种直接的方法，几乎不需要什么重要设备或专门技术。制造预制品的材料包括成卷的硼纤维、铝合金箔、气化后不残留的易挥发树脂以及树脂的溶剂。铝箔的厚度应结合适当的纤维间距来选择，通常为50～75μm。 所用的纤维排列方法有两种，单丝滚筒缠绕和从纤维盘的线架用多丝排列成连续条带。前一种工艺因为简单而较常使用。利用滚筒缠绕可能做成幅片，其尺寸等于滚筒的宽度和围长。由于简单的螺杆机构便能保证纤维盘的移动与滚筒转动相配合，故能使间距非常精确和满足张力控制。 铝基复合材料的性能 铝基复合材料的性能取决于基体合金和增强物的特性、含量、分布等。与集体和金相比，铝基复合材料具有许多优良的性能。 低密度 良好的尺寸稳定性 强度、模量与塑性 耐磨性 疲劳与断裂韧性 在硼-铝的压合中有下述一些重要的限制： （1）纤维损伤问题限制了时间-温度参数。 （2）为保证铝的结合和消除孔隙度，时间-温度-压力参数必须高于门限值，因为这是一个受蠕变和扩散限制的过程。 （3）高压力会增加纤维的断裂。 （4）为防止硼氧化要求仔细控制气氛。
碳 化 硅 增 强 铝 基 复 合 材 料 班级：gj材料102 姓名：陈琨 指导老师：张小立 2012年6月6日
SiC增强铝基复合材料 摘要：SiC增强铝基复合材料能充分发挥SiC颗粒和金属基体的各自优势，而且可以进行成分设计，与基体合金相比，具有优异的机械性能和物理性能、高的比强度和比模量、良好的抗疲劳性能、低的热膨胀系数和良好的热稳定性，而且材料各向异性小，成本低廉，是一种具有广阔应用前景的先进材料，自问世以来一直受到材料科学及工程应用领域极大的重视，正在部分取代传统的金属材料而应用在航空航天、汽车、电子封装和体育器械等对材料性能要求较高的领域。本文将综合介绍和分析影响其导热性能、热膨胀系数及热稳定性的主要因素；SiC增强铝基复合材料的研究和进展，并比较了几种该复合材料的制备工艺，包括搅拌铸造法、压力铸造法、无压渗透法、喷雾沉积法、离心铸造法和粉末冶金法等；SiC增强铝基复合材料断裂韧性的影响因素，其影响因素有增强相的尺寸、形状以及含量，热处理工艺，基体与增强相具有不同的膨胀系数，金属基体的化学成分等，并在前人研究的基础上提出了几点设想。 关键词：SiC 颗粒；铝基复合材料；研究方法；导热性；热膨胀性；断裂韧性；影响因素 前言 近年来在金属基复合材料中，以颗粒、短纤维、晶须等非连续相增强的铝基复合材料(SiC Reinforced Aluminium Matrix Composite)因其良好的可再加工性和各向同性而倍受重视。由于其具有高的比强度、比刚度、导热性, 优良的摩擦性能，与铝合金密度相当，以及可调配的热膨胀系数等优点而成为目前国内外专家学者研究的热点之一。而SiCp 价格低廉，来源广泛，用它作为增强相，可以改善铝基或铝合金基体的高、低温强度，提高其弹性模量，增强其耐磨性能。所以铝基复合材料受到人们越来越广泛的关注, 国内外已对其进行了大量的研究报道。 1．SiC增强铝基复合材料的制备工艺【1】
铝合金的主要应用领域及其发展方向 一，铝合金简介 以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。 二，铝合金的分类 铝合金按照其性质和应用的不同可划分为普通铝合金，超高强度铝合金，耐热铝合金，铝基复合材料。其应用的领域各有侧重，涵盖了铝合金的所有应用领域。 三，铝合金的应用 1，典型用途 1050 食品、化学和酿造工业用挤压盘管，各种软管，烟花粉 1060 要求抗蚀性与成形性均高的场合，但对强度要求不高，化工设备是其典型用途 1100 用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性但不要求有高强度的零件部件，例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、印刷板、铭牌、反光器具 1145 包装及绝热铝箔，热交换器 1199 电解电容器箔，光学反光沉积膜 1350 电线、导电绞线、汇流排、变压器带材 2011 螺钉及要求有良好切削性能的机械加工产品 2014 应用于要求高强度与硬度（包括高温）的场合。飞机重型、锻件、厚板和挤压材料，车轮与结构元件，多级火箭第一级燃料槽与航天器零件，卡车构架与悬挂系统零件 2017 是第一个获得工业应用的2XXX系合金，目前的应用范围较窄，主要为铆钉、通用机械零件、结构与运输工具结构件，螺旋桨与配件 2024 飞机结构、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件 2036 汽车车身钣金件 2048 航空航天器结构件与兵器结构零件 2124 航空航天器结构件 2218 飞机发动机和柴油发动机活塞，飞机发动机汽缸头，喷气发动机叶轮和压缩机环 2219 航天火箭焊接氧化剂槽，超音速飞机蒙皮与结构零件，工作温度为-270~300℃。焊接性好，断裂韧性高，T8状态有很高的抗应力腐蚀开裂能力2319 焊拉2219合金的焊条和填充焊料 2618 模锻件与自由锻件。活塞和航空发动机零件
铝基复合材料的研究发展现状与发展前景摘要：铝基复合材料具有很高的比强度、比模量和较低的热膨胀系数，兼具结构材料和功能材料的特点。介绍了铝基复合材料的分类、制造工艺、性能及应用等几个方面，最后对铝基复合材料的研究状况及其发展趋势。做了简单的介绍。 关键词：铝基复合材料，制造工艺，性能，应用 Abstract:Aluminum matrix composite was in capacity of structure materials and function materials for its high specific strength and high specific modulus and low coefficient of thermal expansion.The classification of aluminum matrix composite were introduced and the preparation process、properties and application of aluminum matrix composite was expounded,and then the domestic research status and future development trends of the composite were summed up. Key words:aluminum matrix composites，preparation process，properties，application. 1.发展历史 1.1概述 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的材料通过先进的材料制备技术组合而成的一种多相固体材料。根据基体材料不同，复合材料包括三类:聚合物基复合材料(PMC)、金属基复合材料(MMC)和陶瓷基复合材料(CMC)[1]。金属基复合材料在20世纪60年代末才有较快的发展，是复合材料的一个新分支，其以高比强、高比模和耐磨蚀等优异的综合性能，在航空、航天、先进武器系统和汽车等领域有广泛的应用，已成为国内外十分重视发展的先进复合材料。 在金属基复合材料中，铝基复合材料具有密度低、基体合金选择范围广、可热处理性好、制备工艺灵活、比基体更高的比强度、比模量和低的热膨胀系数，尤其是弥散增强的铝基复合材料，不仅具有各向同性特征，而且具有可加工性和价格低廉的优点，更加引起人们的注意[2]。铝基复合材料具有很大的应用潜力，并且已有部分铝基复合材料成功地进入了商业化生产阶段。 铝基复合材料是以金属铝及其合金为基体，以金属或非金属颗粒、晶须或纤维为增强相的非均质混合物。按照增强体的不同，铝基复合材料可分为纤维增强铝基复合材料和颗粒增强铝基复合材料。纤维增强铝基复合材料具有比强度、比模量高，尺寸稳定性好等一系列优异性能，但价格昂贵，目前主要用于航天领域，作为航天飞机、人造卫星、空间站等的结构材料。颗粒增强铝基复合材料可用来制造卫星及航天用结构材料、飞机零部件、金属镜光学系统、汽车零部件；此外还可以用来制造微波电路插件、惯性导航系统的精密零件、涡轮增压推进器、电子封装器件等[3]。 然而不管增强物的类型和形状尺寸如何，大多数铝基复台材料具有以优点： ①重量轻、比强度、比刚度高。 ②具有高的剪切强度。 ③热膨胀系数低，热稳定性高，并有良好的导热性和导电性。 ④具有卓越的抗磨耐磨性。 ⑤能耐有机液体，如燃料和溶剂的侵蚀。 ⑥可用常规工艺和设备进行成型和处理。 1.2分类