无压渗透法制备铝基复合材料的研究现状
铝基复合材料的研究现状及发展
铝基复合材料的研究现状及发展
铝基复合材料是一种使用铝或铝基合金及其它材料进行复合的材料，具有在单一材料
不可比拟的力学性能和性能优势。
由于它包含两种以上不同性质的成分，因此具有良好的
综合性能、质量轻、热传导性能良好、强度好等优点，广泛应用于航空航天、机械等领域，已经成为当今最新的一类材料。
近年来，铝基复合材料引起了科学家和工程师们的广泛关注，随着铝基复合材料的应
用范围越来越广泛，研究设计和制造技术也有了显著进步。
目前，铝基复合材料在研究、
设计和制造方面具有众多优势，其中有三个重要方面：
首先，改善成型工艺。
铝基复合材料使用一种称为“厚壁注射成型”的工艺，可以在
短时间内实现大尺寸和复杂形状的件的成型。
这种新型成型技术可以大大减少生产成本，
同时还可提高产品的质量和性能。
其次，研制复合材料原料。
复合材料中所使用的各种原料具有不同性能，如金属粉末
和高分子等，因此必须加以合理搭配，使复合材料具有良好的机械性能。
此外，使用新的
抗氧化剂可有效减少铝基复合材料的氧化，有效延长铝基复合材料的使用寿命。
最后，完善铝基复合材料的产品设计。
通过模拟分析，以确定铝基复合材料的合理结构，使其具有良好的性能，才能达到设计上的要求。
总而言之，随着社会经济发展，铝基复合材料也将越来越受到重视，我们将在未来看
到更多关于铝基复合材料的研究和实践应用。
希望大家能关注这一重要领域，并参与进行
系统研究，以推进其发展。
铝基复合材料国内外技术水平及应用状况
先进复材技术
Ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ（ Ａ ＭＣ） 公 司 。这些公司 已经具备规模生产
的１ ／ ３ ， 但 比强度 比纯铝 和中碳 钢都高 ， 具有极强 的耐磨
能力和丰富 的产 品规格 。Ｄ ＷＡ铝基 复合材 料公司 的主
３ ． １ 在交通运输工具 中的应用
交通 运输工 具始终是 铝基 复合材料 最重要 的 民用 领 域之 一 。考虑 到成 本 以及产 业化 应用 等 相关 因素 ，
代 Ｗ— Ｃ ｕ基座 、 封 装微波 功率器件 ， 有 望在封装 领域 大
量替代 ｗ— Ｃ ｕ 、 Ｍ ｏ — Ｃ ｕ等材料 。 在强化机 制与制备加工研究 基础上 ， 铝基复合材料 的研制水 平逐渐成熟 。举 例来说 ， 我国 ２ ０ 世纪 ９ ０年代 以前 的铝基 复合 材料塑 韧性与成 型加工 一直没 有获得
轮箱 、 飞机起落架 、 高速列 车以及精密仪器的制造等 ， 并 形成市场化 的生产规模 。 目前 ， 国际市场价格为 ３ 万美 元／ ｔ 。 由于利用该 材料 生产终 端产 品的铸 造工艺 及其
深加工关键工艺不成熟 ， 目前 国 内尚无企业进行规模化
最早 的航 空应用 实 例是 ２ ０世 纪 ８ ０年代 美 国洛克
பைடு நூலகம்
倍左 右 。连 杆是 汽车发 动机 中第 ２个成 功地应用 金属
基 复合 材料 的零部 件 。 日本 Ｍａ ｚ ｄ ａ 公 司制造 的 Ａ １ ０ ／ Ａ１ 合 金复合 材料 连杆 ， 比钢质 连杆轻 ３ ５ ％ ， 抗 拉强度 和疲劳强度高 ， 分别 为 ５ ６ ０ ＭＰ ａ和 ３ ９ ２ Ｍ Ｐ ａ； 而且线性膨
铝基复合材料的制备和性能研究
碳纳米管增强铝基复合材料的制备及性能研究纳米相增强铝基复合材料是近年迅速发展起来的一种新型材料，表现出优异的理化和力学性能。
碳纳米管力学性能的理论和实验研究表明碳纳米管的韧性好，结构稳定，具有极小的尺度及优异的力学性能，是理想的一维纳米增强、增韧材料。
本文通过对无压渗透条件的探索，克服了碳纳米管与熔融铝不浸润性的障碍，实现了充分渗透，使碳纳米管在铝基体中分布均匀，与铝基体结合良好，同时对碳纳米管增强铝基复合材料的微结构、维氏硬度及摩擦磨损性能进行了研究。
一．设计与研究内容本实验采用无压渗透法制备了碳纳米管增强铝基复合材料，并对其摩擦性能进行了研究。
利用扫描电镜观察了复合材料断面的形貌，通过复合材料硬度测量和摩擦磨损实验，研究了不同碳纳米管体积分数对复合材料的硬度及摩擦磨损性能的影响。
同时根据碳纳米管增强铝基复合材料的特点，对材料的性能指标进行了预测。
二．选择基体和增强体材料的理由基体：铝1、低密度：铝基复合材料的密度一般在2.8左右，基本上与一般铝合金相当；2、高的比强度（强度/密度）：颗粒增强的铝基复合材料，其强度在400～700Mpa，与一般结构钢相当；3、高的比刚度（刚度/密度）：颗粒增强的铝及铝合金基复合材料弹性模量E约为80～140Gpa，其比刚度（E/P）比一般铝合金高约60%，是钢铁材料的1.5～2倍；4、优良的高温性能及高的抗大气腐蚀能力：一般铝合金（如硬铝超硬铝）的强度对温度较为敏感，而铝基复合材料的强度在高于300℃时才呈快速下降趋势，300℃时短时拉伸强度仍有400Mpa以上。
由于此材料的基体为铝及铝合金，故其抗大气腐蚀能力好；5、高的耐磨性：高的耐磨性是此材料显著的特点之一，在湿摩擦（有润滑）条件下呈现出优良的耐磨性。
增强体材料：碳纳米管1.碳纳米管的韧性好，结构稳定，具有极小的尺度及优异的力学性能，是理想的一维纳米增强、增韧材料；2.碳纳米管均匀地分散于复合材料中，且与铝基体结合良好；3.碳纳米管的加入增大了复合材料的硬度，且其摩擦系数和磨损率随着碳纳米管体积分数的增大而减小。
铝基复合材料的发展现状与研究样本
铝基复合材料的发展现状与研究样本铝基复合材料是以铝为基体材料，通过添加一定量的强化剂或增强材料制成的材料。
铝基复合材料具有优异的力学性能、耐热性能和耐腐蚀性能等特点，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。
随着科技的不断进步，铝基复合材料的研究与发展也变得越来越重要。
目前，铝基复合材料的研究主要集中在以下几个方面。
首先，增强剂的研究。
铝基复合材料中的增强剂起到增加材料强度和刚度的作用。
目前常用的增强剂有陶瓷颗粒、纤维和纳米颗粒等。
通过改变增强剂的尺寸、形状和含量等因素，可以调控铝基复合材料的力学性能。
其次，界面的研究。
界面是铝基复合材料中起到连接基体和增强剂之间作用的关键部分。
研究表明，优化界面相互作用可以有效提高铝基复合材料的力学性能。
因此，界面改性成为当前铝基复合材料研究的热点。
此外，加工工艺的研究也是铝基复合材料发展的关键。
复合材料的加工工艺对于材料的力学性能和成本都具有重要影响。
目前，常用的加工工艺包括热压、挤压和等离子弧焊等。
通过优化加工工艺参数，可以制备出具有理想力学性能的铝基复合材料。
另外，近年来，铝基纳米复合材料也成为铝基复合材料研究的热点之一、铝基纳米复合材料是将纳米颗粒加入到铝基复合材料中，可以显著改善材料的力学性能和热性能。
这得益于纳米颗粒的小尺寸效应、高比表面积和界面效应等特点。
总体来说，铝基复合材料的研究与发展主要集中在增强剂的研究、界面的研究、加工工艺的研究和铝基纳米复合材料的研究等方面。
随着科技的不断进步和社会对材料性能的不断需求，铝基复合材料在实际应用中的发展前景将会更加广阔。
高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备
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%。
SiCP_Al基复合材料的研究与进展
SiCP/Al基复合材料的研究与进展罗洪峰 林 茂 陈致水 廖宇兰（海南大学机电工程学院 海南 570228）摘 要： 综述了SiCP/Al基复合材料的国内外研究现状，从材料的选择、制备技术和性能等方面，分析了该材料发展过程中存在的一些问题，并且展望了该材料今后的发展。
关键词：铝基复合材料 碳化硅颗粒 研究进展1、前言SiC P/Al基复合材料具有较高的比强度、比刚度、弹性模量、耐磨性和低的热膨胀系数等优良的物理性能，且制造成本低，可用传统的金属加工工艺进行加工，引起了材料研究者们的极大兴趣，在航空航天、军事领域及汽车、电子仪表等行业中显示出巨大的应用潜力。
从80年代初开始，国外投入了大量财力致力于颗粒增强铝基复合材料的研究，并已在航空航天、体育、电子等领域取得应用。
如DWA公司生产的25V ol%SiC P/6061Al基复合材料仪表支架已用于Lockheed飞机的电子设备。
美国海军飞行动力试验室研制成SiC P/Al基复合材料薄板并应用于新型舰载战斗机。
俄罗斯航空、航天部门将SiC P/Al基复合材料应用于卫星的惯导平台和支承构件。
国内从80年代中期开始在863计划的支持下，经过十几年的努力，SiC P/Al基复合材料的研究方面有了很大提高，在材料组织性能、复合材料界面等方面的研究工作己接近国际先进水平。
2、SiC P/Al基复合材料的制备工艺目前用于生产颗粒增强铝基复合材料的工艺方法大体可分为四类：液态工艺（搅拌铸造、液态金属浸渗、挤压铸造等）、固态法（粉末冶金等）、双相（固液）法（喷射共沉积、半固态加工等）、原位复合法。
2.1、搅拌铸造法搅拌铸造法是通过机械搅拌装置使增强体颗粒与固态或半固态的合金相互混合，然后浇注成锭子的技术。
与其它制备技术相比，该方法工艺设备简单、制造成本低廉，可以进行大批量工业生产，而且可制造各种形状复杂的零件，因此是目前最受重视、用得最多的制备铝基复合材料的实用方法。
铝基复合材料的制备与性能研究
铝基复合材料的制备与性能研究铝基复合材料是一种结构轻、强度高的先进材料，因其具有良好的综合性能，广泛应用于飞机、航天器以及高速列车等领域。
本文将探讨铝基复合材料的制备方法以及其性能研究。
一、制备方法铝基复合材料的制备方法主要有粉末冶金法、热压力法和表面处理复合法等。
其中，粉末冶金法是一种常见的制备铝基复合材料的方法。
这种方法通过将金属粉末和增强相粉末混合，利用高温和高压进行烧结和热机械压实，使其形成均匀的复合结构。
热压力法则是将预先制备好的增强相附加在铝基体上，并在高压和高温下进行压实，使其与铝基体结合紧密。
表面处理复合法则是通过在铝基体表面进行化学处理，形成一层与增强相似的物质，再将增强相粘贴在其上，通过热处理将其牢固结合。
二、性能研究铝基复合材料具有良好的性能，主要表现在以下几个方面：1. 机械性能：铝基复合材料的机械性能优异，强度高、硬度大。
这主要得益于增强相的加入，使其成为一种具有强韧性的材料。
通过对不同增强相的选择和控制，可以调节铝基复合材料的力学性能，使其适用于不同的工程领域。
2. 热性能：铝基复合材料的热导率相对较低，热膨胀系数相对较小。
这使得铝基复合材料在高温环境下具有稳定的性能，并能够抵抗热膨胀引起的变形和应力。
3. 导电性：铝基复合材料具有优良的电导性能，可以广泛应用于电子器件和导电材料领域。
增强相的加入可以提高铝基复合材料的导电性，进而提高其在导电领域的应用性能。
4. 耐腐蚀性：铝基复合材料具有较好的耐腐蚀性能，能够抵抗酸碱等腐蚀介质的侵蚀。
这使得铝基复合材料在化学工业等领域具有广泛的应用前景。
在铝基复合材料的性能研究中，可以通过各种表征手段来评估材料的性能。
例如，利用扫描电子显微镜（SEM）来观察材料的微观形貌和界面结构；利用X射线衍射（XRD）来分析材料的晶体结构和相组成；利用力学测试方法来评估材料的强度和硬度等。
这些手段的综合运用可以全面地评价铝基复合材料的性能，并为其进一步的应用研究提供指导。
铝基复合材料的研究发展现状与发展前景
铝基复合材料的研究发展现状与发展前景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]。
无压浸渗工艺制备铝基复合材料的研究现状和机理探讨
摘要
无压浸渗法是一类先进的金属基复合材料制备方 法。总结 了无压浸渗方 法制备 陶瓷增 强金属基 复合材
料 的工 艺特点及 国内外的研究现状 ， 分析 了影 响无压浸渗 工 艺的主要 因素及存在 的 问题 ， 探讨 了该 工艺的 可能机 理 ，
并 指 出 了该 工 艺 存 在 的 问题 和 今 后 的 研 究 重 点 。
形 产 品 等 突 出优 点 而受 到 各 国 复 合 材 料 工 作 者 的 关 注 Ⅲ ］ 经 】 。 ０ 过 近 年来 的研 究 和发 展 ， 工 艺 过 程 日趋 成 熟 ， 用 范 围也 日益 其 应
润性随 Ｓ 含量 的增 加而 提高 。但 这种改 善也 有可 能是 由于温 ｉ 度升高促进铝液 表面 的 Ａ ３氧化 膜破 裂而 引起 的。总 的来 ｌ０
Ｌｉｏ ｉ ｇ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ ａ ｎ ｎ ｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ｉｅ ｓｔ ，Ａｎ ｈ ｎ １ ４ ４ ） ｃ ｓ ａ ０ ４ １
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ
Ｔｈ ｒ ｃ ｓ ｎ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｓｏ ｒｓ ｕ ｅｅｓ ｉｆ ｔａｉｎ ｐ ｅ ａｉｇ ｍｅａ ｔｉ ｏ ｏ ｉ ｓａ ｅ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓａ ｄ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉ ｆｐ ｅｓ ｒｌｓ ｎ ｉ ｒｔ ｒｐ ｒ ｔｌｍａ ｒ ｃ ｍｐ ｓｔ ｒ ｃ ｌ ｏ ｎ ｘ ｅ
关 键 词 无压浸渗 金属基 复合材料 浸渗机理
Ｃｕ ｒ ｎｔＲｅ ｅ ｒ ｈ Ｓ ａ ｕ ｎ ｅ ｈａ ｓ ｒ ｅ ｓ ａ ｃ ｔ ｔ ｓ ａ ｄ Ｍ ｃ ｎｉｍ Ａｎａ ｙ ｉ ｆ Ｐｒ ｓ ｕ ｅ ｅ ｓ Ｉ ｉｔ ａ ｉ ｎ ｌ ｓ ｓｏ ｅ ｓ ｒ ｌ ｓ ｎｆｌｒ ｔｏ Ｔｅ ｈｎ ｑｕ ｎ Ｐｒ ｐ ｒ ｔｏ ｆＡｉ ｍ ｉ ｕ Ｍ ａ ｒｘ Ｃｏ ｐｏ ｉｅ ｃ ｉ ｅ ｉ ｅ ａ ａ ｉ ｎ ｏ ｕ ｎｉ ｍ ｔ ｉ ｍ ｓｔ ｓ ＺＨＡＧＮ ｙ ｎ Ｈｅ ｏ ｇ ，ＰＡＮ ｆｎ Ｘｉ ｇ ，Ｗ ＡＮＧ 。 ｅ Ｑｉ
铝基复合材料的制造方法、研究现状及发展
铝基复合材料的制造方法、研究现状及发展李杨20090560材料科学与工程学院090201摘要：本文介绍了铝基复合材料的设计与制备、应用，重点讲述了国内外的研究现状和发展趋势。
关键词：铝基复合，设计与制备，应用，研究现状及发展前言复合材料是应现代科学发展需求而涌现出具有强大生命力的材料，在金属基复合材料中表现尤为明显。
金属基复合材料有铝基、镍基、镁基、抬基、铁基复合材料等多种，其中铝基复合材料发展最快而成为主流。
本文主要对国内外铝及复合材料的研究现状进行简要评述，主要包括材料的设计与制备、界面、性能、应用等方面。
一、铝基复合材料的设计与制备1.基体材料的选择铝基复合材料的基体可以是纯铝也可以是铝合金，其中采用铝合金居多。
工业上常采用的铝合金基体有Al-Mg、Al-Si、Al-Cu、Al-Li和Al-Fe等。
如希望减轻构件质量并提高刚度，可以采用Al-Li合金做基体；用高温的零部件则采用Al-Fe合金做基体；经过处理后的Al-Cu合金强度高、且有非常好的塑性、韧性和抗蚀性、易焊接、易加工，可考虑作这些要求高的基体；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膨胀系数，使其与半导体材料或陶瓷基片保持低匹配常采用Al-Si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。
基体的强度并不是它的强度越高复合材料的性能就越好。
如纤维增强铝基复合材料中，用纯铝或含有少量合金元素的铝合金作为基体，就比用高强度铝合金做基体要好的多，用高强度铝合金作基体组成的碳纤维的性能反而低。
因此，只有当基体金属与增强体合理搭配时，才能充分发挥基体材料和增强相的性能优势。
2.增强材料的选择增强材料主要有纤维、晶须以及颗粒。
为了提高基体金属的性能，增强材料的本身需要具备特殊的性能，如高强度、高弹性模量、低密度、高硬度、高耐磨性、良好的化学稳定性、增强体与基体金属有良好的润湿性等。
B、Al2O3、Si、和C纤维等是最早的纤维材料，该材料的性能优异，但高昂的成本限制了它们的广泛发展及应用。
铝基复合材料的发展现状与研究
铝基复合材料的发展现状与研究铝基复合材料的发展现状与研究摘要：随着现代生产技术的发展，对材料的性能要求越来越高，目前，铝基复合材料由于其优良的性能已经成为现时研究的热点。
阐述了铝基复合材料的基本性能及应用情况，总结了近几年关于铝基复合材料的主要研究成果与发展趋势。
关键词：铝基复合材料,材料性能,研究成果,趋势Development and progress of aluminiummatrix compositesTang nong-jAbstract:With the development of modern manufacturing technology, The material performance requirements more and more high,The development of aluminum matrix composite materials was reviewed with their properties. Espectively in accordance with the classes to which they belong. The fundamental property and application field of aluminum matrix composite were briefly introduced. The main research achievements and development were summarized in recent years. Meanwhile, the outlook of its development was put forward.Key words:aluminium matrix composites,material properties,researchfindings,trend复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。
铝基复合材料的发展现状及应用
四 其他增韧方法
1、自增韧 自增韧是通过引入添加剂或晶种来诱导Al2O3晶粒异向 生长成为板状、棒状等形貌, 从而产生类晶须或短纤维的增 韧效果, 其增韧机制主要为晶粒拔出、裂纹桥接、裂纹偏转 等。
2、ZrO2 相变增韧
ZrO2 从t 相( 正方相) 向m相( 单斜相) 转变时 会产生约5%的体积膨胀, 以其作为Al2O3 陶瓷的增韧相, 将在基体内产生微裂纹和残余应力等, 并产生韧化效果。 其增韧机理主要有: 裂纹尖端应力场诱发t m相变产生 的体积膨胀和断裂表面吸收能量, ZrO2 相变产生的残 余压应力阻碍裂纹扩展并使其转向和分叉,相变诱发显 微裂纹, 细化晶粒等。
1、 颗粒增强铝基复合材料的组分
颗粒增强铝基复合材料的组分包括基体和增强体。
基体的作用是: 固结增强体、传递和承受载荷、赋予 复合材料以特定的形状。基体是颗粒增强铝基复合材料的 主要承载组分。一般选用高强度的铝合金作基体。 根据软硬程度, 颗粒增强体可分为两种。一种是硬质 的陶瓷颗粒, 这种复合材料主要用于制作航空航天领域的 结构件、电子壳体、汽车发动机和其它零部件瓦和 机座。
5、面临的问题及发展趋势
纤维增强铝基复合材料不但增强纤维价格昂贵, 而且制造工艺独特、成本高。这样就极大地限制了它 的推广和应用。因此, 为了进一步推广纤维增强铝基 复合材料的应用, 必须努力降低成本。同时还要对纤 维表面涂层技术、合金元素对于界面的影响, 以及界 面对性能的影响等问题进一步展开研究。
小组成员 无机1班：常静 崔红梅 张召娟 无机2班：李小丽 辛明廉 王鹏 王文通
绪论
一 铝基复合材料简单介绍
二 颗粒增强铝基复合材料的发展、应用
三 纤维增韧的发展现状及应用 四 其他增韧方法 五 参考文献
以铝合金为基体复合材料的发展现状及其应用
• 颗粒增强铝基复合材料国内研究现状
• 我国对金属基复合材料的研究和发展非常重规，国家 “863”计划将金属基复合材料作为新材料的一个重点予 以支持。
• 在颗粒增强铝基复合材料的制备技术、组织性能、应用研 究等方面的研究工作取得了突破性迚展。国内以碳化硅颗 粒增强铝基复合材料体系为主，围绕界面不组织控制、颗 粒分布均匀性等关键问题，开发了粉末冶金、搅拌铸造、 压力浸渗和无压浸渗等制备方法，制备的复合材料性能达 到了国际先迚水平。
• 碳纤维是将有机纤维烧结后得到的一种含碳量在90% 以 上的纤维[ 8] 。碳纤维质轻而强度高, 具有良好的润滑及耐 磨性能, 其价格约为硼纤维的十分之一。碳纤维的制备包 括原料纤维制造、纤维稳定处理和高温碳化及石墨化烧结 等工艺过程。常用的碳纤维有PAN 类、沥青类和人造丝 类。其中PAN类碳纤维性能较好, 但价格较高, 主要用于对 材料性能要求极高的航空航天领域。 • 3 .碳化硅纤维 • 碳化硅纤维因其高的抗拉强度和弹性模量、良好的高温强 度和耐热性、不金属间润湿性极好且纤维直径小等优点, 完全有可能满足2 000 e 耐温性能的要求[ 10] 。碳化硅纤 维的制备方法主要有两种: 一是利用CAD 方法将碳化硅沉 积在钨丝戒碳纤维表面以得到碳化硅纤维; 二是以有机硅 化合物为原料,绊过热处理和烧结后而获得碳化硅连续纤 维。
• 3 在核能领域 • 先迚国家的核反应堆采用DWA Technologies，Inc． 生产 的BORTEC# B4Cp /Al 复合材料和Ceradyne，Inc． 生产 的BORAL#B4Cp /Al 复合材料制造核废料处理容器。 • 4 在电子领域 • 美国Motorola，Inc Semiconductor Products Sector采用 dmc2 Electronic Components 公司的SiCp /Al 复合材料应 用于卫星电子基片、散热基片，PCC、CeramicsProcess Systems、LEC 等多家公司研制生产封装、导热材料，应 用量较大。
分析铝基复合材料的研究现状及发展论文
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。
铝基复合材料研究进展
铝基复合材料研究进展文章将从铝基复合材料强化机理等方面，介绍铝基复合材料的在目前阶段的研究进展，及铝基复合材料强化方面的研究与应用。
希望通过文章的介绍，对相关工作提供参考。
标签：铝基复合材料；强化；基体前言随着现代科技水平的迅速发展，在航空航天、军用以及其它高科技领域传统材料已经很难满足其需要。
复合材料以其综合性能优异的特点逐步开始代替传统单一材料。
然而一些纤维增强树脂基在某些特定的空间环境下使用时容易产生老化。
在此方面，铝基复合材料具有高比强度、比模量、低热膨胀系数，较高的高温力学性能以及抗疲劳、耐磨损等优良性能，特别是颗粒、短纤维、晶须等非连续增强的铝基复合材料，因其良好的可再加工性及尺寸稳定性备受关注，成为近年来研究最多的复合材料。
1 金属基复合材料强化机理由于材料的强度是一个极度结构敏感性质，金属基复合材料的变形过程极具复杂性，其所具有的强化机制在现有的模型只能在一定程度上较好地诠释金属基复合材料时的强化规律，不能完全得出具体的强化数值。
金属基复合材料的强化机理主要有以下方面：1.1 增强体承载与载荷传递金属基复合材料的主要强化机制是载荷从基体向增强体传递的一个过程，增强体是主要起的是一个承担者作用。
目前相关的模型举例很多，最简单的是混合定律，该模型未考虑增强体形状、分布等其他因素对材料的影响，因此预测强度与实际相比相差较大。
Nardone和Prewo的改进剪切套模型是根据载荷在基体与增强体界面上传递的机制建立的，从该模型计算出的所得的屈服强度值可确认比实验所得屈服强度值约高10%。
1.2 基体中的位错强化金属的热膨胀系数一般要比增强相的热膨胀系数大很多，因此在金属基复合材料的制作生产和热处理过程中，在基体材料中会形成高密度的位错，导致强化。
位错模型主要包括：Orowan模型；林位错硬化模型；弹性栓模型；冲孔模型，且Orowan机制可以较好的预测材料的强度值，对材料强度的预判有着明显的帮助。
空气气氛下无压渗透法制备SiCp／Al复合材料的研究
第 ５期
有 色 金 属 加 工
１ ９
压实 、 温 。聚 乙烯 醇 溶 液具 有 良好 的粘结 性 和 成膜 保
到较 低值 ， 能够减 少 制 品的 后 期加 工 。 因此 合 金 几 还
性 ， 以有效 地把 粒度 不 同的颗粒 结合起 来 。 可 为 了改 善 渗 透效 果 、 提高 渗 透程 度 ， 预制 件需 要
优 缺 点 及 应 用 实 例 见 表 １ 。
无 压渗 透制 备 ＳＣ ／ １ ｉｐ Ａ 复合 材料 的研究 ， 并取 ，’ 导了较
表 １ ＳＣ预 制 件 制 备 技 术 ｉ
Ｔａ ｌ １ ｔ ｅ ｆｂ ｉａｉｎ ｔｃ ｎ ｌ ｇｅ ｆＳＣ ｒ ｆｒ ｂｅ ｈ ａ ｒｃ ｔ ｅ ｈ ｏ ｏ ｉ ｓｏ ｉ ｐ ｅｏ ｍｓ ｏ
制 ．
无 压渗 透法 在 制 备 工 艺 、 备 、 本 等 方 面 都 具 有 显 设 成
著 的优 势 … 。此法 最初 是 由 Ａ ｈｊｎａ ｇａ ｉ ａ ｎ等人 提 出的 ，
他 们对 不 同 的增 强 体 （ １ ， ＳＣ、 １ ＴＢ ） 透 到 Ａ： 、 ｉ ＡＮ、 ｉ 渗 Ｏ
Ａ 一 合 金 中的情况 进 了实验 分析 ， ７ ０～ ０ １ Ｍｇ 在 ５ ９ ０℃温 度 范 围 内 实 现 成 功 复 合 ， 渗 透 速 率 高 达 １～２ 且
ＳＣ预 制件 一 般 是 便 于 金 属 液 渗 透 的 多 孔 形 结 ｉ
构， 对获 得高 质 量 的 ＳＯ ／ １ 料 起着 至 关 重 要 的作 ｌｐ Ａ 材 用 。预 制件 的形 状 、 尺寸精 度 、 ｉ ＳＣ粗 细粉 末分 布 的均 匀 性等对 复 合 材料 的性 能 有 直 接 的影 响。所 采 用 的 制 备技 术主要 有 三 种¨ ： 模压 成 形 （ 内） 注 浆 成形 国 、
无压浸渗工艺制备Al SiCp复合材料的研究
工程技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald67高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料（碳化硅体积分数>50%）相较于传统铝合金、钛合金具有比刚度高、线膨胀系数小、导热系数大等特点[1-3]，现已广泛应用在国防、航空航天、微电子领域[1,4]。
采用无压浸渗工艺制备高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料相较于传统的压力熔渗、粉末冶金等工艺具有体积分数可在一定范围内进行变化，可根据实际需要制备不同体积分数的复合材料、无需专用压力设备、投入成本较低、可制备大尺寸复合材料等优点。
该工艺自20世纪80年代末由美国La n xide 公司提出以来广泛受到关注，在国内外已有相当数量研究机构针对其工艺进行研究[1,5-6]。
无压浸渗高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料制备主要分为两部分：(1)预制坯体的制备；(2)铝合金无压浸渗预制坯。
该文主要介绍通过采用凝胶注模方式制备预制坯体，其优点是可以近净成型出所需要的外形并可对预制坯体进行加工，可减少无压熔渗后续加工余量，从而提高材料利用率，并通过利用自行熔炼的铝合金制备高体积分数无压浸渗碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
1 实验1.1 预制坯体的制备制备固含量约为55%无压浸渗碳化硅颗粒增强铝基复合材料，碳化硅微粉选用市售经过圆化处理的粒径为40 μm 的陶瓷级绿碳化硅微粉。
采用丙烯酰胺——N ,N ’-亚甲基双丙烯酰胺凝胶体系。
采用丙烯酰胺——N ，N ’-亚甲基双丙烯酰胺凝胶体系，分散剂为四甲基氢氧化铵溶液（T M A H ）、催化剂为四甲基乙二胺（TEMED）、引发剂为过硫酸铵（APS）。
首先将配置碳化积分数为55%的碳化硅浆料搅拌均匀，然后待加入一定量催化剂和引发剂后浇注到经过引发剂处理后的模具内，待完全凝胶后将坯体脱模取出；对坯体在一定温度下烘干脱水处理。
经过处理的坯体进行缓慢升温至1600 ℃进行排①作者简介：曹琪(1987—)，男，汉，黑龙江哈尔滨人，硕士，研究实习员，从事碳化硅颗粒增强铝基复合材料制备方面研究。
新型渗透增强型铝合金层状复合材料的研究
新型渗透增强型铝合金层状复合材料的研究【前言】随着科技的不断发展，复合材料在工业、航空航天、汽车等领域中的应用越来越广泛。
铝合金作为一种重要的工程材料，其性能也得到不断提升。
本文主要介绍一种新型的渗透增强型铝合金层状复合材料的研究。
【一、背景介绍】在工程实践中，材料的性能往往决定了产品或工程的性能和可靠性。
铝合金作为一种轻量、高强度、耐腐蚀的材料，被广泛应用于汽车、航空航天、军工等领域。
但是，铝合金也存在一些缺点，比如其在高温、高压等环境下容易发生变形、疲劳等问题。
因此，如何提高铝合金的性能，是一个重要的研究方向。
复合材料因其优良的性能，已经成为了材料科学研究的热点之一。
将不同种类的材料或结构进行组合，可以实现对材料性能的提升。
而铝合金层状复合材料，就是一种将铝合金板与其他材料层叠在一起的复合材料。
它的结构可以用一张图来表示：铝合金层状复合材料示意图如图所示，铝合金层状复合材料由两部分组成：上下两层是铝合金板，中间夹层是其他材料（比如陶瓷、碳纤维等）。
这种结构可以在不影响铝合金的优良性能的同时，通过夹层材料的增加或改变，实现对复合材料性能的提升。
然而，早期的铝合金层状复合材料存在一些问题，比如夹层材料的分散性不好、层间结合强度不高等。
【二、研究内容】近年来，研究者们对铝合金层状复合材料进行了改进，提出了一种新型的渗透增强型铝合金层状复合材料。
它的制备过程如下：1.首先，将铝合金板和夹层材料分别加热至一定温度，使得它们的表面产生一定程度的氧化。
2.接着，将两者叠放在一起，用一定的压力进行热处理，使其表面的氧化物发生还原反应。
这一步是渗透增强的关键步骤，它能让铝合金板和夹层材料之间形成良好的结合，从而提高复合材料的层间结合强度。
3.最后，将制备好的复合材料进行加工和表面处理，以得到符合要求的最终产品。
渗透增强型铝合金层状复合材料示意图这种渗透增强型铝合金层状复合材料的优点在于：夹层材料与铝合金板之间的结合强度高，能够有效防止层状复合材料在力学性能方面的劣化；夹层材料分散性好，可以均匀地分布在铝合金板的表面上，从而提高了整个复合材料的性能。
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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。
另外，添加一定量的Si对改变陶瓷颗粒与铝液的润湿性也起着一定作用，较高温度下，两者的润湿角0随Si含量增加会逐渐减小，从非浸润向浸润的温度也随之降低。
(3)在渗透过程中，通道内的气体必须充分消耗或推出，才能形成满渗状态。
二、无压渗透法工艺过程无压渗透法制备铝基颗粒增强复合材料的工艺流程如图l所示。
浇注过程如图2。
模子的材料应选用高温情性材料．如石英砂、石墨、陶土或钢。
制备工艺可仿精密铸造制模工艺，制备出所需零件形状的模子。
加入的增强相填料可以是碳化硅、氧化铝、石墨、石英砂或其他陶瓷粉粒的一种。
也可以是上述几种陶瓷粉粒的不同比例混合物或者同一填料的不同粒度的混合物。
铝合金必须经精炼后浇入模内。
浇注铝液后的模子放入低于IOOOZ"的一般空气加热炉中保温一段时间，随炉砖却到50o℃后出炉即可获得一定形状的铝基复合材料零件。
三、无压渗透法工艺过程的控制因素1.助渗剂选择合适的助渗剂类型及配比，是本工艺的关键．助渗剂应含有能够促进铝合金与陶瓷增强相发生反应的元素，起到改善二者润湿性的作用。
此外，还应有能够破坏铝合金液中的氧化膜的成分，试图通过铝液与氧、氮反应，千万颗粒之间的真空环境，从而使铝合金液自动地吸人填料中。
根据试验条件，分别试制了几种肋渗剂。
试验结果表明，对于不同的增强颗粒、颗粒大小以及铝合金液，应选用不同的渗剂类型和配比，才能成功地形成复合材料。
助渗剂的加人方式有两种。
一种是铝合金熔炼后直接加人铝液中；另一种是与增强颗粒混合后加人模内。
后者如配合加人一定量的铝粉，有利于控制增强相的比例，可获得不同增强相含量的铝基复合材料。
2.浇注时间浇注温度过低，铝合金液粘性太，流动性差，不利于渗人填料中，尤其是对助渗剂中改善润湿性的元素和破坏氧化膜的元素起不到作用，浇注温度过高，往往会使加人的助渗剂中的有效成分(特别是可燃成分)烧损，也难以达到顾期效果。
试验表明，选择温度在750～850℃之间，可以达到较好的效果。
3.保温时间浇注后的保温是获得一定厚度和致密的复合材料所必须的过程。
温度过低，助渗剂对润湿角的改善作用不太。
根据采用SiC颗粒增强体的试验结果(如表2所示)，保温温度应不低于750℃，否则，制备出的材料孔隙度较大，致密性较差，因而难以获得良好的复合材料。
但保温温度过高，则对设备与节能不利，故一般控制在800℃～900℃为宜。
4.保温时间为了保证铝合金液自动渗人增强颗粒中的渗透厚度和复合材料的致密性，浇注后保温过程的时间控制具有重要作用。
试验发现，对不同的增强颗粒，铝合金基体存在着一个不同的渗透孕育期，如图所示。
可是，只有当助渗剂发挥作用，把颗粒填料中的空气赶出和消耗后，铝合金液才可自动吸人填料中。
四、无压渗透法制备碳化硼铝基复合材料1.碳化硼铝基复合材料的性能与应用碳化硼铝基复合材料的密度小，具有轻质、高强及高韧的特点，主要应用于军事、电子领域，如以减重为首要前提的军事装甲系统中的首选材料、计算机硬盘材料及信息贮存磁盘的基片等。
目前该复合材料已在美国国家航空和宇宙航行局(NAsA)所研制的航天飞机上作为飞机起落架等得以应用。
由于碳化硼与铝基体复合后仍具有中子吸收的性能，可以广泛地用作核反应堆用容器填充料。
此复合材料还具有一个显著特点，即其线膨胀系数随碳化硼含量的增加而减小，因此调整复合材料中碳化硼的含量可使其与其他材料(如钢或钛)达到适宜的匹配性，并且可采用普通铝合金的焊接技术进行方便地焊接，焊接中碳化硼不与熔融的铝产生粘附作用，从而形成高强度焊接。
而其他增强材料可能会与铝反应形成脆性的铝的碳化物或者与基体中的其他元素反应形成脆性相，从而降低复合材料的性能。
2.碳化硼铝基复合材料的制备(1)碳化硼预制体的制备首先将碳化硼粉末与2％～3％(质量分数)的PVA溶液混合，然后在40 MPa 下将混合物压制成块状，破碎、过筛，将粉粒粒度控制在60～140目之间。
造粒后的粉末置于冷压模具中，缓慢升压至100 MPa后保压2 min，缓慢降压出模，即得到冷压坯体。
此预制体的致密度随压力的增加和保压时间的加长而增大，但压力超过100 MPa、保压时间大于2 min时，预制体密度增加不再明显，故而选择匕述最佳压制参数。
压制好的块体还需要在含碳的氩气氛中进行高温短时间煅烧，使之成为多孔的碳化硼陶瓷预制体。
对碳化硼预制体进行预烧还可以改变碳化硼表面化学状态，使碳化硼表面反应活性降低，以避免在渗透过程中碳化硼与铝发生剧烈的界面反应。
此过程中去除粘接剂时，要控制预烧过程的升温速率，以免引起预制体开裂和微观缺陷的增加。
(2)渗透合金的制备利用无压渗透法制备复合材料，其合金成分的确定也是十分重要的，既要保证合金的液态流动性又要使金属与预制体之间具有良好的润湿。
金属液态的流动性和润湿性越好，对润湿过程越有利。
硅含量的增加是使合金的润湿角降低的主要的因素，但当硅的含量高于9％以后，硅对润湿角的降低作用不再明显，故硅含量不必太高。
一般所选合金中，Mg为3％左右，si小于9％，有时含有少量的，其作用和—Ig一样，都是促进金属和预制体间的渗透和润湿。
(3)碳化硼铝基复合材料的制备按图4所示将装有碳化硼和浸渗金属的氧化铝坩埚置于炉内，抽至10 Pa以下真空，然后在氩气保护下迅速升温至1200℃，保温0．5 h后随炉冷却，即可得到碳化硼铝基复合材料。
结束语无压渗透铝基复合材料具有优良的综合性能，目前已受到国内外材料研究者的普遍关注，但现有资料表明，只有美国1．anxide公司已制备出具有一定形状且可供应用的材料，控制材料成型的关键工艺参数及助渗剂等处于保密状态，因此对其成型方法及工艺、渗透过程进行的机制等加以研究势在必行。
综合国内外的资料来看，我们现需进行的研究工作应着手于以下几个方面。
(1)对所制备的复合材料的微观组织、界面形貌与性能之间的关系进行详尽的分析，尤其是预制体与增强体之间的微观界面结构和界面反应，确定出温度、气氛等对材料最终性能的影响，优化工艺参数。
(2)改变系统的润湿性，选择合理的助渗剂。
目前，较佳的助渗剂有A12(SO4)3、Ti、Mg、Zn和NaHCO3等，机理均是利用其较高的蒸气压或者分解放出的大量气体冲破合金基体表面的氧化膜来达到促渗的作用，研究确定高效复合助渗剂和添加剂的化学组成、比例是改善润湿性的必要途径。
(3)寻找控制增强相体积分数的工艺措施，能够制备出增强相体积分数较小的铝基复合材料，同时保证增强颗粒分布的均匀性。
(4)设计合适的无压渗透设备及生产装置，稳定渗透工艺，针对复合材料的不同组成，采用合理的保护气氛以保证材料组织致密及良好的界面结合程度。
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