喷射沉积颗粒增强铝基复合材料显微组织调控与强韧化机制的研究现状

多尺度双结构Al3Ti颗粒增强铝基复合材料的制备及其强韧化机理多尺度双结构Al3Ti颗粒增强铝基复合材料的制备及其强韧化机理摘要：随着材料科学技术的不断发展，铝基复合材料受到了广泛关注。

本文以铝为基体，采用多尺度双结构Al3Ti颗粒增强技术制备了铝基复合材料，并研究了其强韧化机理。

通过SEM、TEM、XRD等手段对制备材料的微观结构进行了表征，并对其力学性能进行了测试。

结果显示，多尺度双结构Al3Ti颗粒增强铝基复合材料具有优异的强度和韧性，具备广阔的应用前景。

关键词：复合材料；Al3Ti颗粒；多尺度结构；强韧化机理1. 引言铝及其合金是重要的结构材料，在航空航天、汽车制造、电子设备等领域有广泛应用。

然而，纯铝的力学性能有限，不适合于高强度和高刚度的要求。

为了提高铝材料的力学性能，研究人员提出了多种增强方法，其中包括颗粒增强、纤维增强等。

2. 实验方法本实验所使用的原料包括纯铝粉、TiH2粉末和纳米Al3Ti颗粒。

首先，将纯铝粉和TiH2粉末按一定比例混合，并在氩气保护下进行球磨。

然后将球磨后的混合粉末与纳米Al3Ti颗粒进行干法混合，并在精细球磨机中继续球磨。

最后，将球磨后的混合粉末放入真空感应熔炼炉中，在熔炼温度下进行熔炼，得到Al3Ti颗粒分散均匀的铝基复合材料。

3. 结果与讨论通过SEM和TEM观察，发现制备的铝基复合材料中Al3Ti颗粒分布均匀，呈现多尺度双结构。

XRD分析结果显示，Al3Ti颗粒的晶体结构与单晶体相同。

力学性能测试表明，多尺度双结构Al3Ti颗粒增强铝基复合材料具有优异的强度和韧性。

其强韧化机理主要包括以下几个方面：3.1 Al3Ti颗粒的强化效应Al3Ti颗粒在铝基复合材料中具有很高的强化效应。

其颗粒形态可以有效阻碍晶体的滑移和蠕化，提高材料的塑性变形能力。

3.2 多尺度结构的协同效应本实验中采用了多尺度结构的Al3Ti颗粒增强技术，通过控制颗粒大小和分布范围，能够有效提高材料的综合力学性能。

颗粒增强铝基复合材料的研究某某：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，以与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响合成0 前言金属基复合材料是以金属与其合金为基体，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与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制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，反响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本钱低廉，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局部相关内容。

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，以与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(/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展调整。

一般随碳化硅体积含量的增加，复合材料强度增加，塑性下降。

按SiC含量不同可将/Al复合材料的功能特性分为三类：SiC含量<20％，被用作结构级复合材料；SiC含量在35％～50％间，被用作光学仪表与功能级复合材料：SiC含量50％--80％，被用作电子级复合材料。

图1Osprey 喷射沉积制备盘或棒示意图Fig.1Scheme of Osprey spray -forming machine formanufacturing disc and bar在线参数喷嘴直径雾化气体类型雾化器结构沉积器几何结构雾化沉积沉积器预设参数喷射熔融金属1熔融金属过热度2金属流量3气体压强4射流运动状态5喷射高度6沉积器运动状态喷射沉积技术作为快速凝固技术领域的一个新的发展方向，迄今已经有近30多年的历史。

其研究起因是为了解决快速凝固—粉末冶金（RS/PM ）工艺中存在的种种问题，如无法制备大型的构件，以及粉末冶金工艺固有的材料含氧高、成本高的缺点。

喷射沉积技术概念最初由英国Swansea 大学的A ·Singer 教授于1968年最先提出喷射雾化轧制工艺，即把熔融的金属雾化喷射到一旋转沉积辊上，并直接将沉积坯料旋转到轧机加工成板材［1］。

随后，Swansea 大学的研究者成立Osprey 金属公司，致力于把喷射沉积技术商用化，与英国Oxford 大学、Swansea 大学合作进行喷射沉积机理方面的研究，主要研究雾化与凝固数学模型［2］，并以此理论模型结合Singer 教授的雾化器技术，最终提出Osprey TM 工艺。

该工艺是将熔融金属流利用高压惰性气体以103~105K 的冷却速度，雾化成半固/半液的糊状物沉积在一旋转的盘或管上，制成棒状、管状坯料［3］（见图1）。

与Osprey 工艺相对应，美国麻省理工学院的Grant 教授，采用拉乌尔喷嘴结构，把高压雾化气体加速到超音速，使得雾化液滴更细小。

该工艺称为超声气体雾化和液态动压实工艺（USGA-LDC 工艺）［4］，但该工艺的商业普及远不及Osprey 工艺。

1研究现状喷射沉积作为一项材料制备的新工艺，其技术研究方向目前基本分为3类，其一为工艺研究，主要通过数学分析方法进行喷射沉积过程中的传热、传质过程研究，对雾化、沉积等工艺过程提出数理模型，指导喷射沉积工艺技术的改进，为基础研究工作。

喷射沉积A l一3．3Fe-10．7Si合金的组织、韧性及内耗性能研究／罗兵辉等439喷射沉积A I一3．3Fe-10．7Si合金的组织、韧性及内耗性能研究罗兵辉，高健华，柏振海(中南大学材料科学与工程学院，长沙410083)摘要利用喷射沉积工艺制备A1-3．3Fe-10．7S i合金坯，经挤压制成试样。

研究了合金组织、韧性及内耗行为，得出该合金在60～250℃温度范围产生的内耗峰，是由于晶界滑动弛豫引起的，弛豫过程激活能为172．2kJ／t ool。

在内耗峰位置晶界滑动消耗部分振动能，舍金韧性在此处出现极大值。

关键词喷射沉积A l-3．3Fe-10．7S i合金韧性内耗中图分类号：TG l l3．22+6S t udy of M i cr ost r uct ur e，D uct i l i t y a nd I nt ernal Fr i ct i on of Spr a y-depos i t edA I一3．3Fe-10．7S i A l l oyL U O B i nghui，G A O J i anhua，B A I Zhenghai(D e pa rt m e nt of M at er i a l s Sci ence a nd E ng i neer i ng，C ent r al Sou t h U ni ve r si t y，Changsha410083)A bst r act A1—3．3Fe-10．7Si al l o y i s exper i m ent al l y m ade w i t h sp r ay-depo si t e d ex t r us i on t e ch nol ogy．T he m i—cr ost r uct ur e。

duct i l i t y and i nt em a l f ri ct i o n of t he al l oy unde r ext r udi ng and i so t her m al ann eal i ng condi t i ons ar e i nve s t i—ga t e d．A ni nt erna】f r i ct i on pe a k i s obser ve d i n t he t em pe r a t ur e r ange of60～250℃i n t he pr e sent al l oy．The i nt er nal—f r ict ion pea k i s i n t r od uce d by gr ai n bounda ry r el axat i o n．T he pl ace of i nt em al-f r i ct i on peak s how s t he hi gh est ducti l i t yi n t he al l oy．T he r e ason of t he a lloy’S duct i l i t y e nha nc em e nt i s t hat gr ai n boundary s l i di ng depl e t es t he vi b r at i on en er g yat t h i s i nt ernal-f r i ct i on pe a k pla c e,K ey w or ds spr ay-deposi t i on，AI-3．3Fe-10．7Si al l oy，duct i li t y，i nt er nal f ri ct i o n裂纹扩展能通过不同途径被阻止，如位错、相转变或其它耗能机制等。

颗粒增强铝基复合材料的研究摘要：近年来，由于颗粒增强金属基复合材料具有显著的混合性能，通过粉末冶金工艺制备的颗粒增强金属基复合材料的应用范围不断扩大。

具体来说，金属基复合材料摩擦学性能的提高为其在汽车、航空航天等众多领域的应用铺平了道路。

这种金属基复合材料的加工方法越来越具有挑战性，因为需要先进的加工技术才能将纳米级的颗粒作为增强材料。

碳同素异形体（包括石墨烯和碳纳米管）是纳米范围内存在的唯一材料，用于增强纳米复合材料的各种性能。

然而，由于缺乏具体应用的加工技术，这类材料的开发还处于起步阶段。

这需要通过整合制作方法和加强选择和增加方法来满足工业需求。

基体和增强材料的加工工艺和界面粘结将决定构件的最终性能。

关键词：原位反应；铝基复合材料；微结构；塑性变形方式；搅拌摩擦加工一、颗粒增强铝基复合材料概述现代工程需要更轻、更坚固、更便宜的材料。

在使用性能要求广谱的要求，这是很难满足现有的单片材料。

金属基复合材料具有高耐热性、低热膨胀系数、高比强度、优异的耐磨性、良好的阻尼性、高耐腐蚀性和高比刚度等特性。

金属基复合材料包括大量由增强型、几何形状和矩阵定义的材料。

具有优异力学性能的轻质金属基复合材料已应用于结构工程。

金属基复合材料可以保持金属的优良性能而不损害整块金属的刚度和强度限制。

开发具有优异力学性能的新型轻质结构复合材料是提高航空航天或汽车应用能源效率的有效技术。

对于汽车应用，铝是一种常见的材料。

在增强方面，陶瓷基材料的使用是因为他们允许一个理想的组合强度，刚度，低密度，高强度重量比，优良的疲劳，蠕变和耐磨性。

增强相采用了Al2O3、SiC、TiC、TiO2、TiB2、B4C、石墨等多种增强材料。

铝、镁、铍、钛、镍、铁、银、钴等多种金属元素广泛应用于金属基复合材料中。

在这些金属材料中，铝基金属基复合材料的使用量最大。

填料颗粒被认为是利用作为增强剂的金属基复合材料的重量减少。

当基体载荷有效地转移到增强体上时，填料颗粒可以优化增强复合材料的强度和刚度。

颗粒增强铝基复合材料的研究专业:金属材料工程班级:09-1姓名:孟XX学号:09XXXXXX颗粒增强铝基复合材料的研究摘要：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，并指出了该复合材料的研究方向和发展前景。

关键词：颗粒；铝基复合材料；制备方法；润湿性；分布铝基复合材料,就是在铝或铝合金中加人其他材料而形成的一种具有金属特性的材料,其中前者是复合材料中的基本材料称为基体材料,后者为添加材料称为增强材料或增强体。

颗粒增强铝基复合材料是21世纪最有发展前途的先进材料之一，以其高比强度、高比刚度、高比模量、低密度及良好的高温性能、更耐疲劳和更耐磨，阻尼性能好，热膨胀系数低、导电性能良好等优良的综合力学性能和使用性能。

其中弥散增强的铝基复合材料，不仅各向同性特征突出，而且可加工性强、价格低廉以及无高分子复合材料常见的老化、高温蠕变现象和在高真空条件下不释放小分子的特点，这克服了树脂基复合材料在航空领域中使用时存在的缺陷，更是受到复合材料工作者的广泛关注。

在航空航天、先进武器系统、汽车、电子封装及体育器材等领域都显示出广阔的应用前景，因此，颗粒增强铝基复合材料已成为铝基复合材料研究领域中最重要、最常用的材料之一。

从理论上分析，颗粒越小，复合材料的弥散强化作用越好，复合材料的性能越佳。

如果粒径太小，将导致材料在制备时由于铝合金溶液的粘度大，使得颗粒在液态铝合金中不易分散开来，造成复合材料整体不均与，而且界面反应也不易控制；颗粒太大，将会由于颗粒自重产生沉降或上浮，造成严重的铸造偏析，影响铝基复合材料的力学性能。

所以，应选择大小合适、密度相当的颗粒，才能使其发挥良好的弥散增强效果，颗粒尺寸通常选取5～20μm。

在制备复合材料过程中，颗粒数量太少，则起不到良好的增强作用；太多又容易聚集成团，使铝基复合材料变得疏松，颗粒与颗粒之间的结合不牢固，也可能引起基体的连接受阻，导致作用力不强，使得铝基复合材料的致密度不高。

Sip/Al复合材料的发展及研究现状自1958年世界上第一块集成电路问世以来,微电子技术的核心及代表—集成电路(ＩＣ)技术经历了飞速的发展。

在微电子集成电路以及大功率整流器件中,因材料之间热膨胀系数的不匹配而引起的热应力以及散热性能不佳而导致的热疲劳成为微电子电路和器件的主要失效形式。

30%左右的芯片计算能力受到封装材料的限制,解决该问题的重要手段就是进行合理的封装。

此时封装对系统性能的影响已经变得与芯片同样的重要。

常见的电子元器件裸露在外的仅仅是它们的封装外壳。

电子封装就是把构成电子器件或集成电路的各种部件按规定的要求，实现合理布局、组装、键合、连接、与环境隔离和保护等操作工艺。

电子封装应当实现防止水分、尘埃及有害气体对电子器件或集成电路的侵入，减少震动、防止外力损伤和稳定元件参数的目的。

对电子元器件进行封装可以对内部结构起到保护、支撑的作用。

除此之外，由于电子元件在工作的时候会把消耗的一部分电能转化成热量，这些热量如果不能及时散发就会导致器件的失效，所以封装材料在很大的程度上起到了散热器的作用。

一些电子器件在特殊环境F工作时会与海水、酸雨、盐雾等等有腐蚀性的介质接触，这时外层的封装材料就会起到防腐蚀的作用。

在有电磁辐射的环境下，封装材料还可以起到防止局部高压、射频信号和因发热而伤害临近的电子器件的作用。

在运输以及使用过程中，封装材料对内部的电子元件起到了防止压力、震动、冲击和摩擦的作用。

基于电子封装所起的以上作用，对应用于电子封装的材料就提出了以下的要求：(1)导热性能良好导热性能是封装基片材料所要考虑的主要性能。

大规模集成电路(LSI)集成度、表面安装密度及半导体输出功率的不断提高，带来的主要问题之一就是电子元器件单位体积发热量显著增加。

大规模集成电路允许工作温度范围为0～70℃，可靠使用温度范围为0～40℃，当半导体器件发热面温度由100℃升高到125℃时，故障将会增加5～6倍。

电路高速运转而产生的热量甚至可以使电路温度达到400℃，如果封装基片不能及时散热，这将影响电子设备的寿命和运行状况。

第24卷第5期2008年9月 昆明冶金高等专科学校学报Jour nal of K un m i ng M etall ur gy Co llege V ol 24N o 5Sep 2008收稿日期:2008-07-09作者简介:刘智雄(1982-),男,湖南益阳人,助理工程师,硕士研究生,主要从事金属复合基材料、钢铁材料研究。

颗粒增强铝基复合材料的研究与发展刘智雄,刘荣佩,张国强(昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南昆明650093)摘 要:金属基复合材料(MM Cs)是新材料的重点研究领域,尤其是颗粒增强铝基复合材料(PRA )在金属基复合材料中占有重要地位。

介绍了颗粒增强铝基复合材料的组分、性能、界面、制备新技术和应用,并提出了当前颗粒增强铝基复合材料研发过程中所面临的问题,展望了其发展趋势。

关键词:颗粒增强铝基复合材料;组分;界面;制备技术;应用中图分类号:TB331 文献标识码:A 文章编号:1009-0479-(2008)05-0005-06R esearch and D evel opm ent of Parti cle rei nforcedA l um i num M atrix Co mpositesLIU Zh i x iong ,LIU Rong pe,i Z HANG Guo qiang(F acu lty ofM aterial and M eta llurg ica l Eng ineer i ng ,K un m i ng U nivers it y of Science and T echno l ogy ,Kun m i ng 650093,Ch i na)A bstract :M eta lM atri x Co m posites (MMC s)is a ne w and i m portant research area of ne w m a terials .Par tic le-re i n fo rced A lum i n um M atri x Co m posites (PRA ),in particu lar ,occupies a sign ificant positi o n a m ong MM Cs m aterials .Co m ponents ,capability ,i n terface ,ne w preparation techno l o gy and application o f PRA w ere intr oduced .Proble m s i n the m aterials 'research and developm ent process were d iscussed .K ey words :particle re i n forced a l u m i n u m m atri x co m posites ;co m ponents ;interface ;preparati o n tech no logy ;app lication0引言颗粒增强铝基复合材料(PRA )是以铝及铝合金为基体,与颗粒增强体人工合成的复合材料,是最具发展潜力的金属基复合材料之一,其中以碳化硅、氧化铝颗粒增强铝基复合材料的发展最为迅猛,已广泛应用于航空航天、汽车制造、电子电气等领域,能代替铝合金、钛合金、钢等材料制造高性能轻型构件,并可提高材料的性能、使用寿命和仪器精度。

分析铝基复合材料的研究现状及开展论文(一)铝基复合材料的概述铝基复合材料是具有很大实用性的一种复合材料。

纤维增强铝基复合材料和颗粒增强铝基复合材料是根据增强体的不同而区别开的两种铝基复合材料。

其增强相的形态通常为长纤维、短纤维、晶须以及颗粒四种。

除了长纤维之外的另外三种增强相所组成的复合材料为非连续增强铝基复合材料;长纤维增强的铝基复合材料的优越性表达在纤维长度性能上。

碳化硅铝基复合材料中最常见的增强相，强度、硬度与模量都非常高，所以关于耐磨和承载等构造件中可以采用碳化硅铝基复合材料。

除此之外，还有具备特殊性能的增强相，例如金刚石，其导热效果非常显著，可应用于需要高导热的铝基复合材料。

(二)铝基复合材料的主要性能简介1. 耐磨性。

铝基复合材料的耐磨性是非常好的，这也是它最突出的性能之一。

在诸多研究中发现复合材料的摩擦系数与颗粒的体积分数息息相关，这是王宝顺等人针对磨损性能研究的结论，除此之外，还可以从结果显示中发现其颗粒的尺寸大小与铝基复合材料的摩擦系数仅仅有很小的`影响。

2. 塑性与模量和强度性能之间的联系。

铝基复合材料的塑性与增强体是否参加以及模量与强度的提升或降低有关，如果在参加增强体，模量和强度都提高的情况下，铝基复合材料的塑性就会降低。

也就是说其塑性的上下与强度与模量呈反比趋势。

得出规律性结论之后，就可以将金属的优化通过增强体与其他性能的改变来加工改造成产品所需要的高性能材料。

3. 疲劳与断裂韧性。

铝基复合材料的疲劳强度比较高，而断裂韧性却不是很好。

增强物的特性、分布以及状态都有可能影响铝基复合材料的疲劳强度和断裂韧性。

其中，断裂韧性与界面结合的状态严密相连，界面结合状态越好，断裂韧性也随之增强。

铝基复合材料的疲劳与断裂韧性也是在实际应用中需要考量的两大性能。

(三)铝基复合材料的制备采用连续性纤维增强的复合材料和颗粒增强的复合材料是铝基复合材料主要研究的两个模块。

长纤维增强铝基复合材料的制备：1. 铝/ 碳化硅复合材料。

颗粒增强铝基复合材料强化机制的研究现状评述
华波;朱和国
【期刊名称】《材料科学与工程学报》
【年(卷),期】2015(033)001
【摘要】颗粒强化机制研究对于复合材料的设计及性能预测具有极其重要的意义,一直是复合材料学领域的研究热点.但相关的系统报道甚少,本文就颗粒增强铝基复合材料的强化机制从直接强化、间接强化与混合强化三个方面展开综述,并指出这些强化机制所存在的不足及其发展趋势.
【总页数】6页(P151-156)
【作者】华波;朱和国
【作者单位】南京理工大学材料科学与工程学院,江苏南京210094;南京理工大学材料科学与工程学院,江苏南京210094
【正文语种】中文
【中图分类】TB331
【相关文献】
1.SiCp颗粒增强铝基复合材料塑性变形中过程的强化机制与断裂机制研究 [J], 詹美燕;陈振华
2.短纤维增强铝基复合材料强化机制评述 [J], 董尚利;杨德庄;江中浩
3.基于增强相分布均匀性的颗粒增强铝基复合材料的强化机制 [J], 陈刚;万佳;贺宁;张鸿名;韩飞;张宇民
4.基于增强相分布均匀性的颗粒增强铝基复合材料的强化机制 [J], 陈刚;万佳;贺宁;
张鸿名;韩飞;张宇民;
5.亚微米级SiC颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能与强化机制 [J], 才庆魁;贺春林;赵明久;毕敬;刘常升
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