无压浸渗法制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料工艺研究

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。

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备和性能研究的开题报告一、选题背景和研究意义随着工业领域对强度、硬度以及耐磨性等性能要求的日益提高，金属材料面临严峻的挑战。

传统的单一金属材料已经不能满足工业要求。

因此，铝基复合材料应运而生。

铝基复合材料具有优良的机械性能、高的耐腐蚀性、良好的热稳定性等优点，被广泛应用于汽车、航空航天、电子、能源等领域。

目前，铝基复合材料制备方法多种多样，其中碳化硅颗粒增强铝基复合材料受到人们的广泛关注。

碳化硅具有高强度、高硬度、高耐磨性等特点，能够有效增强铝基复合材料的力学性能，提高其耐磨性和抗疲劳性能，因此具有广阔的应用前景。

二、研究内容本研究旨在制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料，并对其力学性能、热稳定性、耐磨性等性能进行研究。

具体包括以下内容：1. 碳化硅颗粒的制备：采用化学气相沉积法制备高纯度的碳化硅颗粒。

2. 铝基复合材料的制备：将碳化硅颗粒加入到铝合金熔体中，采用压力铸造方法制备铝基复合材料。

3. 材料性能测试：对制备的铝基复合材料进行力学性能、热稳定性、耐磨性等性能测试。

4. 微观结构分析：对铝基复合材料进行微观结构分析，探究碳化硅颗粒与铝基矩阵的相互作用机制。

三、研究方法1. 碳化硅颗粒的制备采用化学气相沉积法，通过改变反应条件来控制颗粒的尺寸和形貌。

2. 铝基复合材料的制备采用压力铸造法，可以提高材料的密实度和连续性。

3. 物理性能测试采用扫描电子显微镜、X射线衍射、热重分析等分析测试手段。

4. 微观结构分析采用透射电镜和扫描电镜等手段进行分析观察。

四、预期结果预计研究结果将优化碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备工艺，进一步提高材料的力学性能、热稳定性、耐磨性等性能，为该领域的研究提供新的理论依据和实验数据。

五、研究进度安排第一年1. 确定碳化硅颗粒的制备工艺；2. 制备铝基复合材料；3. 开展铝基复合材料的物理性能测试；4. 进行微观结构分析。

第二年1. 优化铝基复合材料的制备工艺；2. 继续进行铝基复合材料的物理性能测试；3. 开展铝基复合材料的力学性能和耐磨性测试；4. 继续进行微观结构分析。

SiC颗粒增强铝基复合材料制备工艺及性能研究中期
报告
中期报告主要介绍了SiC颗粒增强铝基复合材料的制备工艺和性能研究的进展情况。

具体内容如下：
1. 研究背景和意义
本文研究的是SiC颗粒增强铝基复合材料，这种材料因其轻质、高强度、高刚性、耐腐蚀等特点被广泛应用于航空、汽车、船舶等领域。

通过研究该材料的制备工艺和性能，可以提高材料的性能，为材料的应用提供支持。

2. 研究方法
本文首先使用球磨机对铝粉和SiC颗粒进行混合，然后采用压力机将混合物压制成坯料，最后通过热压烧结技术制备铝基复合材料。

对制备过程中的参数进行了系统的优化，研究了不同加热温度、保温时间、加压力度等对材料性能的影响。

3. 成果与分析
经过优化，最终制备出了质量稳定的SiC颗粒增强铝基复合材料，并对其力学性能和热性能进行了测试。

结果表明，SiC颗粒增强铝基复合材料的力学性能和热性能均显著优于纯铝材料，其中强度和硬度分别提高了40%和60%以上。

4. 存在的问题和展望
目前研究中存在一些问题，例如坯料压制不够均匀、材料中存在气孔等。

未来将着重优化制备工艺，提高材料的性能，并探索材料在不同应力条件下的性能表现。

总之，本文研究了SiC颗粒增强铝基复合材料的制备工艺和性能，为该材料的应用提供了基础性支持。

精 密 成 形 工 程第16卷 第4期 28JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年4月收稿日期：2024-03-01 Received ：2024-03-01基金项目：国家重点研发计划（2022YFB3707402）Fund ：National Key R&D Program of China (2022YFB3707402)引文格式：曹雷刚, 黄磊, 朱明雨, 等. 高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备[J]. 精密成形工程, 2024, 16(4): 28-35. CAO Leigang, HUANG Lei, ZHU Mingyu, et al. Near-net-shape Preparation of High Volume Fraction Aluminum-matrix Com-posite by Pressureless Infiltration[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(4): 28-35. *通信作者（Corresponding author ） 高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备曹雷刚，黄磊，朱明雨，杨越，刘园，崔岩*（北方工业大学 机械与材料工程学院，北京 100144）摘要：目的 研究高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备的可行性，分析近净形复合材料的微观组织和力学性能。

方法 分别采用74 μm 的碳化硅颗粒和5%（质量分数）的聚乙烯醇溶液作为增强相和黏结剂，通过模具冷压获得立方体陶瓷生坯，经干燥后加工成异形预制体，再经高温烧结脱胶处理，采用无压浸渗法制备高体分铝基复合材料近净形样品，并采用颗粒自然堆积方案制备复合材料对比样品。

采用扫描电子显微镜、三点弯曲测试等手段对比分析复合材料的微观组织、力学性能和断口形貌。

结果 基于无压浸渗法成功制备出具有特定外形结构的铝基复合材料，复合材料密度为2.93 g/cm 3，弯曲强度为327 MPa ，弹性模量为205 GPa ，可达到自然堆积型复合材料弯曲强度的86.7%。

无压渗透法制备铝基复合材料的研究现状李杨20090560材料科学与工程学院090901前言无压渗透法是美国Lanxide公司M．K．Aghaianian等人于1989年在直接金属氧化法(DIMOX)工艺基础上发展而来的又一种制备复合材料的新方法，该法使用特殊的渗透气氛(如氮、氩和氢混合气等)，使得铝液能自动渗入填料预制体中而形成兼有基体和增强体综合优良性能的复合材料。

无压渗透法因其具有工艺简单、成本低廉、产品性能优良、增强体的体积可控等优点，在短短的数年内得到了飞速的发展，不仅是产品系列得到了扩展，制备技术也从单体材料的生长拓展为基体与预制体的复合技术，即铝合金熔液渗入到各种相容的金属及非金属颗粒、晶须和纤维等预制件中(尤其是SiC、A12O3)制备出多成分的复合材料。

从研究现状来看，目前利用无压渗透法所研究的复合材料主要集中在下列几种：SiCp／Al复合材料、B4C／A1复合材料和Al2O3/Al 复合材料。

本文主要叙述了无压渗透法制备铝基复合材料的工艺原理、工艺过程及其控制因素以及无压渗透法制备碳化硼铝基复合材料的研究现状。

一、无压渗透法制备铝基复合材料的工艺原理无压渗透法充分利用了熔融金属铝液与环境气氛之间的反应，消耗有限空间内的氧或特殊气氛，在增强颗粒间或预制件中形成局部真空，自行生成增强相的同时使熔融金属的润湿液面不断向未渗透的区域推进，直至完全渗透。

实现无压渗透须具备下列条件。

(1)反应前沿的通道是开放形的，且为毛细管状。

微观通道越大，合金熔液向界面的供应越容易，渗透也越容易进行。

当合金中含有si元素时有助于扩大渗透所需的微观通道。

(2)要实现无压渗透状态下的自发渗透，必须克服陶瓷颗粒与铝液间的不润湿性，并在毛细管中(或通道内)形成局部的真空，造成吸渗的现象。

Mg元素是保证基体与增强体间的润湿与渗透过程顺利进行的必要因素。

实验证明，Mg是一种活性元素，将其加入铝液中，会形成界面处的局部聚集，其高的蒸气压会破坏层，改变界面处的氧化状态，故而一方面可以降低熔融铝合金的表面张力，另一方面可以降低固液表面能，使得润湿角减小，自发渗透得以进行。