下载文档原格式
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：复合材料学生姓名：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（昆明刚理工大学，云南省昆明市，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, 而且因为在世界范围内有丰富的铝资源, 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, 这种材料在国内外受到普遍重视。
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、Al2O3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。
《AlCoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al基复合材料制备及界面行为研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，材料科学领域对于高性能复合材料的需求日益增长。
其中，高熵合金颗粒增强铝基复合材料因结合了高熵合金和铝基体各自独特的优点，被广泛运用于航空、航天及机械等工业领域。
AlCoCrFeNi高熵合金因其卓越的物理性能和力学性能成为了该类复合材料中的一种重要组成部分。
本文针对AlCoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al基复合材料的制备工艺及界面行为进行了深入研究。
二、材料制备1. 材料选择与制备方法本研究所选用的AlCoCrFeNi高熵合金和纯铝，经精心调配并使用高精度技术设备制备出粒度适中的合金颗粒。
其中，高熵合金颗粒的制备采用真空熔炼法，确保了合金的纯度和均匀性。
2. 制备工艺流程（1）将AlCoCrFeNi合金原料进行预处理，包括清洗、破碎和筛分等步骤。
（2）在保护气氛下进行真空熔炼，确保合金成分的均匀性。
（3）熔炼完成后，将液态合金迅速冷却，得到高熵合金颗粒。
（4）将得到的合金颗粒与铝基体混合，采用热压或搅拌铸造法进行复合材料的制备。
三、界面行为研究1. 界面结构分析通过高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）对复合材料的界面结构进行观察，发现AlCoCrFeNi高熵合金颗粒与铝基体之间形成了良好的界面结构，无明显的界面缺陷或孔洞。
这有利于提高复合材料的力学性能和耐腐蚀性。
2. 界面反应分析通过差分热分析（DTA）和X射线衍射（XRD）等方法，发现界面处存在轻微的化学反应，形成了金属间化合物或反应层。
这些反应层有助于提高合金颗粒与铝基体之间的结合强度，从而提高了复合材料的整体性能。
3. 界面力学行为分析通过拉伸试验和硬度测试等方法，对复合材料的界面力学行为进行了研究。
结果表明，AlCoCrFeNi高熵合金颗粒的加入显著提高了铝基体的力学性能，包括抗拉强度、屈服强度和延伸率等。
这主要得益于高熵合金颗粒与铝基体之间的良好结合以及界面反应所形成的强化层。
《AlCoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al基复合材料制备及界面行为研究》摘要：本文针对AlCoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al基复合材料的制备工艺及界面行为进行了深入研究。
通过优化制备工艺，成功制备了具有优异性能的复合材料，并对其界面结构与性能进行了系统分析。
本文旨在为高熵合金增强铝基复合材料的应用与发展提供理论依据和实验支持。
一、引言随着材料科学的不断发展，高熵合金因其独特的物理和化学性能，在金属材料领域中得到了广泛关注。
其中，AlCoCrFeNi高熵合金因其良好的力学性能和耐腐蚀性，被视为一种极具潜力的新型合金材料。
而将高熵合金颗粒与Al基复合，可进一步提高材料的综合性能。
因此，对AlCoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al基复合材料的制备及界面行为进行研究具有重要意义。
二、制备工艺1. 材料选择与预处理选择纯度较高的AlCoCrFeNi高熵合金颗粒和Al基体作为原材料。
对原材料进行清洗、干燥和球磨处理，以提高其表面活性和均匀性。
2. 制备方法采用粉末冶金法，通过高温烧结和热压工艺，将高熵合金颗粒与Al基体复合。
在制备过程中，控制烧结温度、压力和时间等参数，以获得理想的复合材料。
三、界面行为研究1. 界面结构分析利用扫描电子显微镜（SEM）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）对复合材料的界面结构进行观察。
分析界面处的元素分布、相结构和晶格参数等，以揭示界面结合机制。
2. 界面反应研究通过X射线衍射（XRD）和差热分析（DSC）等技术手段，研究界面处的化学反应和相变行为。
分析界面反应对复合材料性能的影响。
四、性能分析1. 力学性能测试对制备的AlCoCrFeNi高熵合金增强Al基复合材料进行拉伸、压缩和硬度测试，分析其力学性能。
2. 耐腐蚀性能测试通过电化学腐蚀测试和盐雾腐蚀试验等方法，评估复合材料的耐腐蚀性能。
五、结果与讨论1. 制备结果通过优化制备工艺，成功制备了AlCoCrFeNi高熵合金增强Al基复合材料，其组织结构致密、颗粒分布均匀。
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。
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。
《AlCoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al基复合材料制备及界面行为研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，材料科学领域对于高性能复合材料的需求日益增长。
其中，高熵合金颗粒增强铝基复合材料因其独特的物理和机械性能，在航空航天、汽车制造、生物医疗等领域具有广泛的应用前景。
本文以AlCoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al基复合材料为研究对象，对其制备工艺及界面行为进行深入研究。
二、材料制备（一）材料选择与制备方法本研究所选用的AlCoCrFeNi高熵合金颗粒作为增强体，具有优异的力学性能和良好的耐腐蚀性。
Al基体则选用纯度较高的铝材。
制备方法采用粉末冶金法，包括混合、压制、烧结等步骤。
（二）制备流程具体制备流程如下：1. 按照一定比例将AlCoCrFeNi高熵合金颗粒与铝基体粉末混合均匀；2. 将混合后的粉末进行压制，形成所需的形状和尺寸；3. 将压制后的样品进行烧结，使金属颗粒之间形成良好的冶金结合。
三、界面行为研究（一）界面结构分析通过对制备的AlCoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al基复合材料进行显微结构观察，可以发现颗粒与基体之间形成了良好的界面结构。
高熵合金颗粒与铝基体之间的界面清晰，无明显缺陷，说明两者之间的结合力较强。
（二）界面反应研究在界面处，由于原子扩散和化学反应的作用，可能发生界面反应。
通过分析界面处的相组成和化学成分，可以发现存在微量的金属间化合物。
这些金属间化合物的形成有助于提高界面处的结合力，进一步提高复合材料的性能。
（三）界面力学行为研究通过对复合材料进行拉伸、压缩等力学性能测试，可以观察到高熵合金颗粒对基体的强化作用。
在加载过程中，高熵合金颗粒能够有效地阻碍位错运动，提高材料的力学性能。
此外，通过对断口形貌的观察，可以了解界面的断裂行为和失效模式。
四、结果与讨论（一）制备工艺对复合材料性能的影响制备工艺对AlCoCrFeNi高熵合金颗粒增强Al基复合材料的性能具有重要影响。
颗粒增强金属基复合材料论文：基于周期性边界条件的颗粒增强金属基复合材料棘轮行为的数值模拟【中文摘要】材料在非对称应力循环加载时,由于平均应力的存在,导致塑性应变沿平均应力方向积累,这种应变积累称为棘轮应变或棘轮效应(ratcheting)。
由于复合材料内部结构的复杂性,对其棘轮效应进行的研究成为了难点与热点,并出现了不少实验及理论方面的研究成果。
近年来,得益于计算机的迅猛发展,将有限元软件应用到对复合材料棘轮效应的数值模拟研究中,不仅大大提高了计算效率,而且加快了实验及理论的研究进度。
本文采用3D弹塑性有限元模型对SiCp/6061Al复合材料的棘轮行为进行研究：(1)借助已有循环本构关系的有限元实现,采用随机序列吸附(RSA)和统计平均方法,建立3-D多颗粒单胞模型对SiC颗粒增强6061A1合金复合材料的单拉行为、单轴棘轮行为进行有限元分析,结果表明：单个数值模拟结果往往具有较大分散性,统计平均方法降低了模拟结果分散性,使所得规律具有较高的可信性。
(2)通过Hypermesh软件辅助建立可施加周期性边界条件的三维有限元单胞模型。
分别采用周期性边界条件与简化边界条件对SiC颗粒增强6061Al合金复合材料的单轴循环变形行为进行模拟,结果表明：两种边界条件的计算结果有较大的差别；与试验结果相比,周期性边界条件比简化边界条件更加合理。
(3)使用施加了周期性边界条件的三维有限元单胞模型,模拟SiC颗粒增强6061A1合金复合材料在单轴加载条件下的单拉及棘轮行为,讨论增强颗粒的尺寸颗粒形状以及分布方式等微结构效应对复合材料力学性能的影响。
发现：颗粒数目越多、尺寸越小,复合材料抵抗变形的能力越强；颗粒的边界越尖锐,对复合材料的增强效果越好；颗粒堆积分布,复合材料的流动应力越高。
【英文摘要】When the materials and structures subjected to a cyclic stressing with non-zero mean stress, a cyclic accumulation of inelastic deformation will occur in the direction of average stress, which is called ratchetting. Due to the complicated internal structure of the composites, the research of the ratchetting effect of the composites is very difficult. Domestic and international scholars had a lot of researches, and attained valuable experimental and theoretical achievements. Recently, following the rapid development of computer, finite element softwares have been used in numerical simulation for the ratchetting effect of the composites, which greatly improve the calculation efficiency and accelerate the experimental and theoretical researchprogress.Three-dimensional elastic-plastic finite element models were used to analyze the ratchetting behavior ofSiC/6061Al composites:Firstly, the effects of stochastic properties of SiC particles on the ratchetting behavior of SiC/6061Al composites were numerically analyzed by employinga 3D multi-particulate unit cell and using an existed cyclic constitutive model. A 3D multi-particle unit cell containing randomly distributed particle was generated by Random Sequential Adsorption (RSA) method in the simulation. It is shown from the results that:results of the single numerical simulation indicated dispersion. The introduction of statistical method decreases the dispersibility of the simulation results, the reliability of results were highly increased.Secondly, the three-dimensional simulation model, which can be applied in periodic boundary conditions, had been built by used Hypermesh. The periodic boundary conditions and simplified boundary conditions were used to simulate the cyclic deformation behaviors of SiC/6061Al composites. It is shown from the results that:there is a relatively large deviation for calculating results under two kinds of boundary conditions, and the numerical results with periodic boundary conditions satisfy experimental data, showing the result is more reasonable.Thirdly, simulate the monotonic tensile and ratchetting behaviors of SiC/6O61Al composites with periodic boundary condition. The microscopic features, such as the particulate shape, numbers and size as well as the arrangement, were concerned in the numerical simulation of the ratchettingmechanical properties of the composites. It is concluded that increasing the particulate numbers and decreasing particulatesize contained in the unit cell can enhance the reinforcementof the particles. The boundary of the particulate is more poignant, the reinforcement of the particles is more enhanced; increasing the stacking density of the particles can enhancethe flow stress of the composites.【关键词】颗粒增强金属基复合材料棘轮行为随机分布统计平均周期性边界条件【英文关键词】particle reinforced metal matrix composite ratcheting random sequential adsorptionstatistical method periodic boundary condition【目录】基于周期性边界条件的颗粒增强金属基复合材料棘轮行为的数值模拟摘要6-7Abstract7-8第1章绪论11-19 1.1 复合材料棘轮效应的研究意义11-12 1.2国内外研究现状12-17 1.2.1 复合材料变形行为的实验研究现状12-14 1.2.2 复合材料变形行为的理论研究现状14-15 1.2.3 复合材料变形行为的有限元分析研究现状15-17 1.3 现有研究的不足17-18 1.4 本论文的主要工作18-19第2章颗粒随机分布理论以及统计平均化理论19-29 2.1 颗粒随机分布理论19-23 2.1.1 颗粒随机分布理论的意义19-20 2.1.2 颗粒随机分布理论的数值实现20-23 2.2 统计平均原理23-24 2.3 颗粒随机分布理论与统计平均原理的应用24-28 2.3.1 有限元模型及材料参数24 2.3.2 统计平均理论的模拟结果和讨论24-25 2.3.3 颗粒分布方式及其随机特性的影响25-28 2.4 本章小结28-29第3章周期性边界条件29-43 3.1 周期性边界条件的意义29-32 3.2 周期性网格的建立32-36 3.2.1 Hypermesh软件介绍32-33 3.2.2 Hypermesh软件周期性网格的建立过程33-34 3.2.3 节点耦合方程的建立34-36 3.3 周期性边界条件在复合材料数值模拟中的应用36-40 3.3.1 有限元模型及加载条件36 3.3.2 结果分析与讨论36-40 3.4 单元类型对复合材料棘轮行为的影响40-42 3.5 本章小结42-43第4章颗粒数目对复合材料棘轮行为的影响43-50 4.1 有限元模型及参数44-45 4.1.1 有限元模型44-45 4.1.2 材料参数45 4.2 模拟结果的分析与讨论45-48 4.3 本章小结48-50第5章颗粒形状对复合材料棘轮行为的影响50-56 5.1 有限元模型及材料参数50-51 5.2 模拟结果及讨论51-55 5.2.1 颗粒形状对复合材料力学性能的影响52-55 5.2.2 分析与讨论55 5.3 本章小结55-56结论56-58致谢58-59参考文献59-68攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果68。
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。
颗粒增强铝/镁基复合材料D. J. Lloyd颗粒增强金属基复合材料正在被商业化生产，并在此基础考察这些材料的当前状态。
正在使用不同类型的加固，替代的处理方法，对其进行讨论。
根据初步的处理方法，必须考虑不同的因素，以生产高品质的钢坯。
随着粉末冶金加工，组成矩阵和加固型是彼此独立的。
然而，在熔融金属处理时，他们正在密切挂在加固和在熔融状态下的矩阵之间发生的不同反应性的状态。
钢筋分布的控制因素，还取决于初始的处理方法。
中间的制造方法，如挤压，轧制，加工粉末冶金生产的复合材料至关重要，因为它们需要充分巩固复合。
其他方法，如喷涂浇注，熔融金属浸润，和混合熔融金属直接给一个基体上完全巩固的产品，但挤压等，可以通过修改增强体的分布改善性能。
本文对影响金属基复合材料的力学性能的多种因素，以目前的理解和需要进一步研究的领域，进行了讨论。
金属基复合材料的商业化生产的成功最终将取决于他们针对不同的应用的成本效益。
这就要求加工，机械加工，回收的最佳方法，与发实现这一目标的路线。
介绍金属基复合材料（MMC）的发展在过去20年来一直是材料的重大创新之一。
这个发展的社会和技术的影响因素很多已审查通过。
Kelly.L制造了连续纤维增强复合材料的早期样品，并且仍在继续这方面的工作。
很快，明显的连续纤维，复杂的制造路线，有限的可加工性，成本将限制其使用性能的最终应用。
这导致间断增强复合材料，特别是短纤铝，03纤维“和碳化硅晶须增强复合材料”的发展。
柴油机活塞环接触面积的选择性增强，已成为不连续纤维的商业应用，航空航天应用和正在开发的晶须补强。
颗粒增强轻金属，其低成本，高弹性模量和高强度，高耐磨，容易制作材料的潜力，已经达到商业化生产阶段。
了解这些材料的物理和机械性能的影响因素，有相当大的挑战，因为他们是敏感的加固，制造的模式，需要注意任何工艺处理后的最初制造复合材料的细节。
虽然仍然有许多知之甚少的领域，在过去五年左右的工作已经确定了许多必须考虑到，以达到最佳性能的关键因素。
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、Al2O3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。
2.制备工艺2.1 原位复合法原位复合法的原理是通过元素间或元素与化合物之间反应制备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，主要包括自蔓延高温合成法、原位热压放热反应合成法、放热弥散技术、反应自发浸渗技术、接触反应法、混合盐反应法、气液反应合成法、技术反应喷射沉积法、熔体直接反应法等。
原位法固然有许多优点，但也存在一定的问题，如：a.化相的种类有限,限制了材料的研发种类。
b.对制备过程中材料微观组织的形成规律有待深入认识。
c.工艺控制问题。
在目前的制备水平下,增强体的均匀化分布程度难以提高,反应过程也无法精确控制。
d.界面问题。
界面的结构和结合强度极影响材料的性能界面反应产生的脆性相甚至使材料报废。
对界面的研究还不够深入,如增强体的尺寸和体积分数、第二强化相、第三组元的加入对界面的影响、在热加工和使用环境下界面结构的变化等。
e.反应副产物问题。
在反应生成增强体的同时，往往产生其它物质，使材料的性能恶化，因此必须在工艺过程中抑制或消除副产物的产生。
f.应用问题。
许多原位铝基复合材料具有优异的综合性能，然而许多材料还处于研发阶段。
目前，制备成本无法大幅度降低限制了其在民用工业领域的应用。
2.2 粉末冶金法(PM)粉末冶金法是将金属粉末充满在排列规整或无规取向的短纤维或晶须中，然后进行烧结或挤压成型。
粉末冶金法工艺过程分为混合、压实和烧结三个步骤，工艺过程如下：首先将碳化硅颗粒和激冷微晶铝合金粉用机械手段均匀混合制得复合坯料。
然后将复合坯料装人金属或非金属的摸具中经冷压、除气，然后加热到固液两相区进行真空热压制成复合材料锭块，再通过挤压、轧制、铸造等二次加工制成型材和零件。
粉末冶金法可以任意改变碳化硅与铝的体积百分比，故能够根据不同要求制得各种不同体积分数的复合材料，而且颗粒分布均匀，性能稳定。
该方法的缺点是制造出的复合材料的部组织出现不均匀现象、孔洞率较大、工艺比较复杂、所制零件的结构和尺寸均受限制。
随着科研人员对粉末冶金法的不断深入研究，开发出了新的粉末冶金方法——机械合金化粉末冶金法。
机械合金化粉末冶金法制备的复合材料中增强体颗粒分布均匀、界面结合良好、增强体颗粒粒度可在纳米至微米围调节、增强体含量可高达70%(体积分数）。
同时，该方法制备的复合材料的力学性能最高，制备工艺较为成熟。
但工艺成本较高，产品价格比基体合金约高十倍左右，所以还只能用于航空航天和军事用途，不能在民用工业推广使用。
2.3 喷射沉积法喷射沉积成形技术是一种新型的快速凝固技术，是在雾化器将瓷颗粒与金属熔体相混合后被雾化喷射到水冷基底上形成激冷复合颗粒(见图1)。
喷射沉积成形过程中将一定量的增强相颗粒喷人与金属熔滴强制混合后在沉积器上共沉积以获得复合材料坯件。
其突出的优点是可以直接由液态金属雾化与沉积形成具有快速凝固组织和性能特征的具有一定形状的坯件，以减少或去除各种高成本的制造和加工中间环节。
利用喷射沉积成形技术制备颗粒增强金属基复合材料是该技术近年来发展的一个重要方向。
但这类方法的最大缺点是增强颗粒利用率低、材料制备成本高。
为了有效解决喷射沉积成形金属基复合材料制备过程中增强颗粒分布不匀和颗粒利用率较低的问题，目前又研发出了多层喷射沉积技术和熔铸-原位反应喷射沉积成形颗粒增强金属基复合材料制备技术。
多层喷射沉积技术可以改善增强颗粒在材料中的微观均匀性，改善或消除微区域增强体颗粒的偏聚，有效解决颗粒在基体中分布不匀和利用率较低的难题。
熔铸-原位反应喷射沉积成形颗粒增强金属基复合材料制备技术的突出优点是：颗粒在熔体部原位反应生成，不存在颗粒损失问题；材料制备成本降低，颗粒在基体中均匀分布，可沿用现行喷射沉积成形制备金属材料的各项工艺参数，设备无需做任何改动。
2.4 液态金属浸渗法在这种方法中增强物须预先用适当的粘结剂粘结并冷压成一定形状和尺寸的预制件, 然后进行烘干。
在进行浸渗之前, 先把预制件加热至600～ 800℃, 再将其放入预热的金属压型的适当位置, 浇入精炼后的熔融金属液, 用加压或抽真空的方法, 使熔融金属渗入预制件中, 保持一段时间, 待其凝固后即得到所需的颗粒增强铝基复合材料制件。
这种方法的优点是制备工艺及设备简单, 制造成本相对较低, 可以避免增强物与基体不浸润的问题, 制得的材料密度较为均匀, 制备过程周期短, 熔融金属冷却快,减轻了颗粒界面反应, 材料性能较高; 但是制造有一定孔隙的颗粒预制件相当困难, 制造过程中还存在颗粒与基体的结合问题, 浸渗工艺参数也不易控制, 压力过高时可能破坏预制件, 制造形状复杂的工件较为困难, 因此该工艺的应用受到一定限制。
近年来, 国外不少研究机构对这一工艺开展了较为深入的研究]6~4[。
2.5 搅拌制备法搅拌法又称为漩涡法，其基本原理是将颗粒增强物直接加入到熔融的铝合金熔体中，通过一定方式的搅拌，使颗粒分散在铝合金熔体中，最后复合成PRAMCs熔体。
按照增强颗粒与铝液混合搅拌方式，其可分为机械搅拌法、高能超声复合法和电磁搅拌法等。
其中机械搅拌法对设备要求低、工艺简单，对颗粒种类和尺寸适应围广，并且几乎可以采用所有的铸造方法成形，吴召玲等[7]采用该法制备的SiCp/A356复合材料通过差压铸造技术，制备了铁道车辆用制动盘。
但是，由于机械搅拌过程中易卷入气体产生铸造缺陷，朱瑞杰等[8]在真空条件下，利用电磁搅拌技术与机械搅拌技术复合法制备了含量为10%的α-Al2O3铝基复合材料，结果表明该复合搅拌方法解决了采用单一械搅拌法制备复合材料易出现增强体分布不均和卷气现象的问题。
飞等[9]采用机械搅拌法经过后续液态模锻成形工艺，制备5%SiCp/ZL102复合材料。
SiCp分布均匀、组织致密、无铸造缺陷。
2.6 其他工艺诸如流变铸造、高能-高速工艺等制备工艺可望解决增强颗粒的有效加入, 以及保证其分布均匀等技术问题。
3.性能及应用3.1 颗粒增强铝基复合材料的特性(1)模量与塑性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。
研究人员采用铸造法制备出Al/Al3Ti复合材料，抗拉强度比纯Al基体提高77.5％，硬度提高132％，而延伸率较纯铝略有下降[10]。
王文明等人以SiCp/6066A复合材料为例研究了颗粒增强铝基复合材料弹性模量的影响因素，发现界面性能对复合材料的弹性模量影响显著，细观结构的影响不明显[11]。
颗粒增强铝基复合材料和铝合金力学性能相比较之下的优缺点在表1中表现得很明显。
表1 铝基复合材料和铝合金力学性能的比较(2)疲劳与断裂韧性颗粒增强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。
(3)耐磨性高的耐磨性是颗粒增强铝基复合材料的特点之一。
马东辉对颗粒增强铝基复合材料及其基体与40Cr钢摩擦材料组成的摩擦副的摩擦磨损特性进行了对比试验研究，研究表明复合材料具有较稳定的摩擦系数、低的磨损率[12]。
王宝顺等人研究了大围(15％～55％)的SiCp（45、63μm)／Al复合材料与半金属刹车材料配副的摩擦磨损性能。
其结果表明．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[13]。
(4)热性能增强体和基体之间的热膨胀失配在任何复合材料中难以避免，但可通过控制增强体和基体的含量以及增强体在基体中的分布来减小热失配。
