材料科学方法.docx

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1、铝基复合材料发展现状及制备应用张谭谭金属1101材料科学与工程学院摘要：本文通过对当前铝基复合材料的研究，介绍了铝基复合材料的发展现状。综述了影响铝基复合材料的因素及铝基复合材料的制备与成形技术；概述了铝基复合材料的主要制备工艺，并且提出了铝基复合材料存在的问题。关键词：铝基复合材料、制备方法、颗粒（晶须）增强、纤维增强、发展应用1、引言金属基复合材料被誉为21世纪的材料,它兼有金属的塑性和韧性，以及其它材料如陶瓷的高强度和高刚度，而且比重小，因此具有较高的比强度、比刚度和更好的热稳定性、耐磨性以及尺寸稳定性等优点，从而在机械、汽车、航空航

2、天、兵器、电子等许多领域得到了应用。复合材料是指由两种或两种以上异质、异形、异性的原材料通过某种工艺组合成的一种新的材料。它即保留了原组分材料的主要特性，又通过复合效应获得了原组分材料所不具备的新性能。而铝基复合材料又是金属基复合材料中应用最广泛的。2、铝基复合材料定义铝基复合材料是以金属铝或铝合金为基体与各种增强材料复合而制得的复合材料。3、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。具有较低的密度、良好的尺寸稳定性；强度、模量与塑性增强体的加入在提高铝基

3、复合材料强度和模量的同时,降低了塑性。耐磨性高的耐磨性是铝基复合材料(SiC、Al2O3增强)的特点之一。疲劳与断裂韧性铝基复合材料的疲劳强度一般比基体金属高,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。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都难以避免,为了有效降低复合材料的热膨胀系数,使其与半导体材料或陶瓷基片保持热匹配,常选用低膨胀的合金作为基体和采用不同粒径的颗粒制备高体积分数的复合材料。4、铝基复合材料的制备方法铝基复合材料的制

4、备方法有固态法、液态金属法、自生成法以及其它的一些制备方法。固态方法是将铝粉末或铝箔与增强物（纤维，晶须，颗粒）按设计要求以一定的含量、分布、方向混合或排布在一起，再经加压、加热，将铝或铝合金基体与增强物复合在一起，形成复合材料。【1】整个过程处于较低的温度，铝基体与增强物都处于固态。铝基体与增强物之间的界面反应不严重。其包含粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法、拉拔法。液态金属法是铝基体处于熔融状态下与固体增强物复合成材料的方法。铝在熔融状态下流动性好，在一定的外界条件下容易进入增强物间隙。为了克服液态铝基体与增强物浸润性差的问题，可采

5、用加压浸渗。金属液在超过某一临界压力时，能渗入增强物诶的微小间隙，形成复合材料。也可通过增强物表面涂层处理使铝液与增强物自发浸润。液态方法制备的时候，制备温度高，容易发生比较严重的界面反应，有效控制界面反应是液态法的关键。液态法可用来直接制造复合材料的零件，也可用来制造复合丝，复合带，锭坯等作为二次加工成零件的原料。挤压铸造法，真空吸铸、液态金属浸渍法、真空压力浸渍法、搅拌复合法等均属于液态法。自生成法制备是在铝金属通过加入反应物质，或者通入反应气体在液态金属的内部进行反应，产生微小的固态增强相。通过控制工艺参数获得所需的增强物的含量和分布

6、。别的方法还有复合涂镀法，将增强物（主要是细颗粒）悬浮于镀液中，通过电镀或化学镀将金属与颗粒同时沉积在基板或零件表面，形成复合材料层。也可用等离子、热喷镀将金属与增强物同时喷镀在底板上形成复合材料。其会形成复合涂层，提高耐磨性，耐热性等作用。5、颗粒（晶须）增强铝基复合材料颗粒（晶须）增强铝基复合材料的制备方法既可用固态法也可用液态法，用固态法制备颗粒（晶须）增强铝基复合材料复合材料的有：粉末冶金法制备SiC颗粒和晶须增强铝基复合材料、热等静压法制备SiC颗粒和晶须增强基复合材料，挤压法制备SiC和Al2O3颗粒增强铝基复合材料。由于铝的熔

7、点低，因而用液态法比较多。【2】颗粒（晶须）增强铝基复合材料的性能优异，可用常规方法制造和加工。增强用的颗粒价格低廉，某些晶须由于找到了便宜的原料和较为简单的生产方法，成本大幅度降低。因此，这些复合材料具有广阔的应用前景。目前主要使用的有SiC、Al2O3颗粒（晶须）增强铝基复合材料。表一是SiC晶须增强铝基复合材料的力学性能，从该表可知：复合材料的拉伸强度和弹性模量比基体高，且随着SiC晶须含量的增加，其拉伸强度和弹性模量均有较大的提高。SiC颗粒（晶须）增强铝基复合材料具有良好的力学性能和耐磨性能。随着SiC含量的增加，其热膨胀系数减小

8、，并低于基体。这些复合材料的韧性低于基体，但高于连续纤维增强铝基复合材料，而且其刚度比基体提高很多。由于SiC的硬度很高，使得这种材料的硬度大大提高，其耐磨性也相应大大提高。颗粒