SiC增强铝基复合材料要点
《热变形SiC_p增强2024铝基复合材料的显微组织与力学性能》范文
《热变形SiC_p增强2024铝基复合材料的显微组织与力学性能》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，对于材料性能的要求越来越高。
在众多材料中，铝基复合材料因其优异的力学性能和良好的加工性能，得到了广泛的应用。
其中，SiC_p（硅碳化物颗粒）增强2024铝基复合材料因其高强度、高硬度、良好的耐热性和抗蠕变性等特性，在航空航天、汽车制造等领域具有广泛的应用前景。
本文将重点研究热变形SiC_p增强2024铝基复合材料的显微组织与力学性能。
二、材料制备与实验方法本实验采用热变形工艺制备SiC_p增强2024铝基复合材料。
首先，选用优质的2024铝合金作为基体，SiC颗粒作为增强相。
在熔炼过程中，将SiC颗粒均匀分布在铝合金中。
随后，经过铸造、轧制、热处理等工艺过程，得到所需尺寸和形状的复合材料。
为了研究其显微组织和力学性能，我们采用了光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等手段进行观察和分析。
同时，通过拉伸试验、硬度测试和疲劳试验等方法，对材料的力学性能进行评估。
三、显微组织分析1. 显微组织结构通过OM和SEM观察，我们发现SiC_p增强2024铝基复合材料具有典型的金属基复合材料结构。
SiC颗粒均匀分布在铝合金基体中，两者之间结合紧密，无明显界面反应。
此外，铝基体中还存在一定数量的晶界和亚晶结构。
2. 晶粒形貌与分布通过TEM观察，我们可以更清晰地看到晶粒的形貌和分布情况。
SiC颗粒的加入使得晶粒尺寸减小，晶界更加清晰。
同时，SiC颗粒对晶粒的生长起到了阻碍作用，使得晶粒分布更加均匀。
四、力学性能分析1. 拉伸性能实验结果表明，SiC_p增强2024铝基复合材料具有较高的拉伸强度和延伸率。
这主要得益于SiC颗粒的加入使得材料在受力过程中能够更好地传递应力，从而提高材料的拉伸性能。
此外，热处理工艺也能显著提高材料的拉伸性能。
2. 硬度性能该复合材料的硬度明显高于纯2024铝合金。
碳化硅颗粒增强铝基复合材料
碳化硅颗粒增强铝基复合材料碳化硅颗粒增强铝基复合材料, 是目前普遍公认的最有竞争力的金属基复合材料品种之一。
尽管其力学性能尤其是强度难与连续纤维复合材料相匹敌, 但它却有着极为显著的低成本优势, 而且相比之下制备难度小、制备方法也最为灵活多样, 并可以采用传统的冶金工艺设备进行二次加工, 因此易于实现批量生产。
冷战结束后的20 世纪90 年代, 由于各国对国防工业投资力度的减小, 即使是航空航天等高技术领域, 也越来越难以接受成本居高不下的纤维增强铝基复合材料。
于是, 颗粒增强铝基复合材料又重新得到普遍关注。
特别是最近几年来, 它作为关键性承载构件终于在先进飞机上找到了出路, 且应用前景日趋看好, 进而使得其研究开发工作也再度升温。
碳化硅颗粒增强铝基复合材料主要由机械加工和热处理再结合其的性质采用一定的方法制造。
如铸造法、粘晶法和液相和固相重叠法等。
碳化硅颗粒增强铝基复合材料碳化硅和颗粒状的铝复合而成，其中碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成，再和增强颗粒铝复合而成，增强颗粒铝在基体中的分布状态直接影响到铝基复合材料的综合性能,能否使增强颗粒均匀分散在熔液中是能否成功制备铝基复合材料的关键,也是制备颗粒增强铝基复合材料的难点所在。
纳米碳化硅颗粒分布的均匀与否与颗粒的大小、颗粒的密度、添加颗粒的体积分数、熔体的粘度、搅拌的方式和搅拌的速度等因素有关。
纳米颗粒铝的分散的物理方法主要有机械搅拌法、超声波分散法和高能处理法。
对复合材料铸态组织的金相分析表明，碳化硅复合材料挤压棒实物照片颗粒在宏观上分布均匀，但在高倍率下观察，可发其余代表不同粒度、含量的复台材料现SiC颗粒主要分布在树枝问和最后凝固的液相区，同时也有部分SiC颗粒存在于初生晶内部，即被初生晶所吞陷。
从凝固理论分析，颗粒在固液界面前沿的行为与凝固速度、界面前沿的温度梯度及界面能的大小有很大关系，由于对SiC颗粒的预处理有效地改善了它与基体合金的润湿性，且在加入半固态台金浆料之前的预热温度大大低于此时的合金温度，故而部分SiC颗粒就可能直接作为凝固的核心而存在于部分初生晶的内部，但是太多数SiC在枝晶相汇处或最后凝固的液相中富集，这便形成了上述的组织形貌。
SiC颗粒增强铝基复合材料制备工艺及性能研究中期报告
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。
短碳纤维增强铝基复合材料的制备及其性能研究
短碳纤维增强铝基复合材料的制备及其性能研究一、内容描述短碳纤维增强铝基复合材料（Short Carbon Fiber Reforced Aluminum Matrix Composite, SCFRA）作为一种先进的复合材料，凭借其轻质、高强、高刚度、良好的耐腐蚀性等优异性能，成为了现代材料科学领域的研究热点。
本文将围绕SCFRA的制备及其性能展开深入探讨。
在制备方面，本文首先介绍了短碳纤维（Short Carbon Fiber, SCF）的基本特性和常用的制备方法。
SCF具有高强度、低密度、良好的热导性和电导性等特性，因此在众多工业领域如航空航天、汽车制造、建筑工程等得到了广泛应用。
文章详细阐述了铝基复合材料（Aluminum Matrix Composite, AMC）的组成、分类及制备工艺。
铝基复合材料以铝合金为基体，通过填充其他材料如陶瓷颗粒、碳纤维、塑料等，可以显著提高其力学性能、耐磨性、耐高温性等。
结合SCF和AMC的特点，本文提出了一种新型的短碳纤维增强铝基复合材料，旨在充分发挥两者优势，实现高性能化。
通过优化SCF 与AMC的配比、制备工艺和微观结构调控，有望获得具有更高比强度、更高比刚度、良好耐磨性和耐腐蚀性的复合材料。
在性能研究方面，本文首先分析了SCFRA的基本力学性能，如拉伸强度、弯曲强度、压缩强度等。
实验结果表明，SCFRA的力学性能明显优于相同成分的铝合金，显示出短碳纤维对铝基体的增强作用。
本文还探讨了SCFRA的热稳定性、耐磨损性、耐蚀性等性能，并与铝合金和碳纤维增强铝基复合材料进行了对比分析。
研究结果显示，SCFRA在高温下仍能保持较高的力学性能和热稳定性，同时具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。
针对SCFRA在实际应用中可能遇到的问题，如界面结合强度低、复合材料易氧化等，本文也提出了相应的解决方案。
通过优化表面处理工艺、控制SCF与AMC的界面相容性等手段，可以提高SCFRA的整体性能。
SiC增强铝基复合材料 (2)
碳化硅增强铝基复合材料专业班级：国教材料102姓名：秦振国学号：201006374223指导老师：张小立目录摘要-------------------------------------------------31.引言-----------------------------------------------42.碳化硅增强铝基复合材料的制备-----------------------42.1粉末冶金法-------------------------------------42.2搅拌铸造法-------------------------------------42.3 压力铸造法------------------------------------62.4 无压渗透法------------------------------------62.5 喷射沉积法------------------------------------72.6 离心铸造法------------------------------------73.碳化硅铝基复合材料性能的相关研究-------------------8 3.1 SiC铝基复合材料的拉伸性能----------------------8 3.2 SiC铝基复合材料的超塑性------------------------9 3.3 SiC增强陆基复合材料的热性能研究----------------93.3.1 导热性------------------------------------103.3.2 热膨胀性----------------------------------103.3.3 热稳定性----------------------------------114.碳化硅铝基复合材料细观损伤的温度效应---------------125. 碳化硅铝基复合材料断裂韧度的研究------------------136.碳化硅铝基复合材料的现状与未来---------------------14 参考文献---------------------------------------------15碳化硅增强铝基复合材料的研究摘要：碳化硅铝基复合材料充分结合了碳化硅陶瓷和金属铝的不同优势，具有高导热性、与芯片相匹配的热膨胀系数、密度小、重量轻，以及高硬度和高抗弯强度，是新一代电子封装材料中的佼佼者，满足了封装的轻便化、高密度化等要求，适于应用航空、航天、高铁及微波等领域，是解决热学管理问题的首选材料。
搅拌法制备SiC粒子增强Al—Si基复合材料的工艺研究
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合 材 料 的制 备 工 艺 。 在 国 外 ， 基 复 合 材 料 作 为结 构 材 料 ， 铝 已被 大 规 模 应 用 于 直升 飞机 旋 翼 系统 上 ； 为仪 表 材 料 ， 用 于 航 天 飞 机 、 弹 和 作 应 导 卫 星 等 航 天 器 的 零 部 件 上 ； 为光 学 材 料 ， 来 制 作 轻 量 化 光 作 用
采 用 机 械 搅 拌 法 来 探 讨 不 同 含 量 的 ＳＣ粒 子 增 强 Ａｌｓ 基 复 ｉ —ｉ
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喷 气 战 斗 机 的 地 垂 尾 安 定 面
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表 ２ 铝基 复合 材 料 在 航 天 航 空 上 的应 用 情 况
制 造 单 位
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颗 粒 及 其
应 用对 象 活 塞 、连 杆 、刹 车 片
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碳化硅铝基复合材料
Байду номын сангаас 应用
在汽车领域旳应用
美国旳Duralcan研制出用SiC颗粒增强铝基复合材料制造汽 车制动盘,用其替代老式铸铁制动盘，使其重量减轻了60%~40%, 而且提升了耐磨性能,噪音明显减小,摩擦散热快; 同步该企业还用SiC颗粒增强铝基复合材料制造 了汽车发动机活塞和齿轮箱等汽车零部件,这种 汽车活塞比铝合金活塞具有较高旳耐磨性、良 好旳耐高温性能和抗咬合性能,同步热膨胀系数 更小,导热性更加好。
制造工艺
喷射共沉淀法
制造工艺
优点：
增强颗粒分布均匀 没有严重旳界面反应 基体组织有迅速凝固特征 呈细小等轴晶形态等优点 且产率高 易于制备大件。
制造工艺
压力浸渗工艺
原理：压力浸渗工艺是先将增强体制成预制件, 再将预制件放入模具后,以惰性气体或机械装置为 压力媒体将铝液压入预制件旳间隙,凝固后即形成 复合材料。
应用
铸造SiC颗粒增强 A356和A357复合材料 能够制造飞机液压管 、直升机旳起落架和 阀体等
应用
在精密仪器和光学 仪器旳应用研究方面, 铝基复合材料用于制 造望远镜旳支架和副 镜等部件。
应用
在航空航天领域旳应用 Cercast企业采用熔模铸造工艺研制成A357SiC20%Vol+ 复合材料,用该材料替代钛合金制造直径达180mm、重 17.3kg旳飞机摄相镜方向架,使其成本和重量明显降低, 同步该复合材料还可用来制造卫星反动轮和方向架旳支 撑架。 美国DWA企业用/6061SiC 25%p铝基复合材料替代7075 制造航空构造旳导槽、角材，使其密度下降了17%，模 量提升了65%。
SiC铝基合金复合材料 ——制备工艺
组员：
目录
1、生产背景 2、构造组织 3、制造工艺 4、利用
纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能
收稿日期:2004-09-16基金项目:教育部跨世纪优秀人才培养计划项目;国家自然科学基金资助项目(50474084;辽宁省科技计划项目(2004221010・作者简介:贺春林(1964-,男,辽宁葫芦岛人,东北大学博士后研究人员,沈阳大学教授;刘常升(1963-,男,内蒙古奈曼旗人,东北大学教授,博士生导师;孙旭东(1961-,男,吉林磐石人,东北大学教授,博士生导师;才庆魁(1944-,男,黑龙江绥化人,沈阳大学教授,博士生导师・第26卷第6期2005年6月东北大学学报(自然科学版Journal of Northeastern University (Natural Science Vol .26,No .6Jun .2005文章编号:1005-3026(200506-0554-04纳米SiC 颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能贺春林1,刘常升1,孙旭东1,才庆魁2(1.东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110004;2.沈阳大学材料科学与工程系,辽宁沈阳110044摘要:用粉末冶金法制备了纳米SiC 颗粒增强纯Al 基复合材料(Al MMCs ,对该材料的微观结构和拉伸性能进行了研究・结果表明,纳米SiC 颗粒在含量很少时即对Al 有明显的强化作用,此时,纳米颗粒在基体中的分散比较均匀;当含量较高时则纳米颗粒易于团聚,团聚会使SiC 颗粒对Al 的强化作用降低・纳米SiC 颗粒含量发生变化,SiC p /Al MMCs 的断裂机制也有所改变・关键词:Al ;纳米SiC 颗粒;金属基复合材料;结构;拉伸性能中图分类号:TB 331文献标识码:A颗粒增强铝金属基复合材料(Al MMCs 的性能与增强相的尺寸有很大关系,广泛使用的颗粒大都在3~30μm 之间・研究表明,增强相尺寸越小,则增强效果越好[1~3]・这是因为小颗粒不仅自身很少存在结构缺陷,而且其周围还具有更高的热错配位错密度[2~4]・也有人发现,0.15μm 的亚微米Al 2O 3颗粒增强Al MMCs 虽然具有较高的强度和塑性,但材料组织中不存在由热错配引起的位错,Al MMCs 的强化机制有所改变[5] ・纳米颗粒对Al 也表现出良好的强化作用[6,7],但因细小颗粒易于团聚,因而使其增强效果大为降低[7,8];而且,纳米颗粒的体积分数一般都很小(<3% [7,8],当体积分数达到5%时,已不能制备出合格的拉伸样品[8]・为了便于理论分析,本文拟采用纯Al 为基体,选取纳米级SiC 颗粒为增强体,对Al MMCs 的拉伸性能、组织结构进行研究,并对复合材料的增强机制进行探讨・1实验材料与方法1.1纳米SiC p /Al MMCs 的制备本实验所用的基体原料为惰性气体雾化纯铝粉,Al 粉平均粒度为6μm ,纯度为99.9%・增强相SiC 粉由激光诱导化学气相沉积法制备,平均尺寸为25nm ,纯度为98%~99%,为β晶型・纳米SiC 粉体在具有较好分散性的丙酮和异丙醇混合液中超声波分散30min 后,立即将其倒入装有钢球和铝粉的球磨罐中,并用行星式球磨机进行湿混,球磨机转速为130~160r /min ,球磨时间为8h ・球磨后的粉体,于真空干燥箱中干燥・为了比较,纯Al 也经过相同的球磨湿混过程・球磨混合粉经过冷压成型,真空除气处理和630℃,10-3Pa 条件下真空热压40min 后,即制得相对密度达90%以上的坯锭・烧结坯锭经机加工后,封装于工业纯铝的包套内,于420℃进行热挤,挤压比为40∶1,挤出的复合材料直径为14mm 的棒材・1.2纳米SiC p /Al MMCs 的拉伸试验试样由经过挤压的棒材车削加工而成,轴向与挤压方向平行・标距长度和直径分别为40mm 和8mm ・在电子拉伸试验机上进行拉伸实验,应变速率为4.17×10-4s -1・1.3纳米SiC p /Al MMCs 的拉伸断口和组织观察对拉伸断口进行SEM 观察,以确定复合材料的微观断裂机制・取SiC p /Al MMCs 纵断面,在SEM 下观察微观组织结构・2实验结果2.1纳米SiC p /Al MMCs 组织SiC p (25nm /Al MMCs 在SiC 中的体积分数为1%时,分散性很好,没有团聚,但有些区域颗粒偏少(见图1a・由图可见,纳米颗粒沿挤压方向(图中箭头指向有规律地呈纵队排布・当SiC 体积分数提高至3%时,局部出现小的团聚(见图1b・继续提高至5%时,虽然一些区域颗粒分散较均匀,但大部分区域颗粒团聚非常明显,团聚体较大(见图1c・团聚体长轴沿挤压方向(图中箭头指向排列,类似于一个大颗粒的行为・然而,二者之间却有明显不同,大颗粒不能变形,只能作整体旋转使自己与轴向尽量取向一致;而团聚体因内部疏松,在挤压过程中,依靠其自身发生变形,使团聚体颗粒伸长,而不是通过整体旋转・可以预见,SiC的大量团聚会使MMCs的拉伸强度下降,塑性变差・图1不同体积分数的SiC p(25nm/Al MMCs SEM组织(箭头表示MMCs挤压方向Fig.1SEM images of microstructure of SiC p(25nm/Al MMCs with different volume fractions (a—φ(SiC p=1%,均匀分布;(b—φ(SiC p=3%,部分团聚;(c—φ(SiCp=5%,严重团聚・2.2SiC p/Al MMCs的拉伸断裂行为SiC p(25nm/Al MMCs和纯Al的拉伸性能见表1・由表1可见,纳米SiC颗粒对纯Al的增强效果明显・MMCs屈服强度和最大拉伸强度随SiC p含量的增加均线性增加・SiC p体积分数为1%,3%和5%的纳米SiC p/Al MMCs的屈服强度和最大拉伸强度较基体纯Al分别提高了7.7%, 11.8%,26.8%和8.3%,21.3%,30.6%・由于SiC含量较低,因纯Al颗粒表面的Al2O3而引起的MMCs强度变化,经计算发现可忽略不计・由表1还可看出,SiC p/Al MMCs延伸率随SiC p含量的增加明显降低・这主要是由于本研究所使用的超细颗粒极易发生团聚,当外应力作用时,裂纹优先在颗粒团聚处形核,并迅速长大・结果在较小的应变下,MMCs即发生断裂・可见,SiC p/Al MMCs的强度增加是以牺牲塑性为代价的,强度增加越高,塑性降低往往越大・表1复合材料的拉伸性能Table1Tensile properties of the composites材料σ0.2/MPaσb/MPaδ/%纳米SiC颗粒体积分数为1%,3%和5%的SiC p/Al MMCs的拉伸断口形貌见图2・由图2可见,纳米MMCs的断口上分布着尺寸不等的韧窝,说明断裂是通过微观延性断裂机制进行的・但纳米颗粒含量不同,断口形貌也不尽相同・图2不同体积分数的SiC p(25nm/Al MMCs拉伸断口形貌Fig.2SEM images of tensile fracture of SiC p(25nm/Al MMCs with different volume fractions(a—φ(SiC p=1%;(b—φ(SiC p=3%;(c—φ(SiC p=5%・体积分数为1%的纳米SiC p/Al MMCs的断口韧窝大小混合出现,在大的韧窝中分布几个圆形小韧窝,韧窝底部不见SiC颗粒,见图2a・大视场内也不见SiC团聚体,表明SiC颗粒分散较好・555第6期贺春林等:纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能体积分数为3%的纳米SiC p/Al MMCs的断口韧窝尺寸明显较1%纳米MMCs 的小,韧窝也更浅,韧窝尺寸也更均匀,见图2b,在韧窝底部找不到SiC颗粒・由于纳米SiC颗粒细小,数量较大,又很少有明显大的团聚体,使得颗粒间基体的变形空间减小,界面上的三维约束力较高,因而导致韧窝较浅较小,并多数彼此分开,很少出现相互嵌套现象・但也可见局部有大韧窝出现,能谱分析确认此处多含SiC,为纳米SiC颗粒团聚体・在MMCs受拉应力时,团聚体颗粒垂直于应力轴方向开裂,形成大而浅的韧窝・从严格意义上说这些大“韧窝”可能不算韧窝,因为这更近于脆断・在大团聚的SiC颗粒中央处出现二次裂纹,说明团聚体疏松,而处于团聚SiC边缘的颗粒与Al 基体结合良好・因此,SiC 颗粒团聚体行为类似于一个具有临界裂纹尺寸的较大的SiC颗粒・纳米颗粒体积分数增至5%时的SiC p/Al MMCs的断口韧窝数目较多,且形状不规则・能谱分析确认,大韧窝由SiC团聚引起,在团聚SiC 中央常出现与断口垂直的二次裂纹,如图2c的中心处,说明团聚的SiC有利于大韧窝及二次裂纹形核・也发现韧窝中团聚SiC与基体结合良好,未发现界面撕脱现象,这表明Al MMCs的断裂首先从SiC团聚体开始・因此,5%纳米MMCs 的断口具有团聚SiC的脆断和基体的韧性断裂混合特征・这说明高含量的纳米颗粒对Al增强效果会因SiC的团聚而大打折扣・3结果讨论3.1SiC p/Al MMCs的屈服强度Orowan机制引起的材料强度增量可用式(1来预测[9]:Δσor=2Gb/λ・(1式中,λ为颗粒间距,b为Burgers矢量,G为剪模量,对纯Al,b=0.286nm,G=2.64×104MPa・假设增强相为等轴粒子,并以简立方形式均匀分布于基体中,则[7]λ=π6φ(SiC p(13d≈0.806φ(SiC p(-13・d・(23.2SiC p/Al MMCs的最大拉伸强度、延性和拉伸断口形貌纳米颗粒增强Al MMCs,因弥散强化作用,使其拉伸强度达到较高的值・但因SiC含量较高,细小颗粒不可避免地出现团聚现象・由于在Al MMCs压制压力和烧结温度下,SiC颗粒团聚体不能被压实,也不能实现烧结,所以,团聚体内部会存在大量细小的孔隙・当MMCs受力时,外力就会由基体通过结合良好的界面传递给这些大的团聚体,其结果因团聚体内部疏松的结构而在外应力较低时即率先开裂・于是其他未团聚区域受力骤然增加,引起MMCs的过早断裂・结果使MMCs的最大拉伸强度降低,塑性明显下降,断口特征为团聚体的脆性开裂,并有二次裂纹生成,而基体则后于团聚体发生韧性断裂,形成众多小韧窝・由此可见,团聚体对MMCs的拉伸性能的影响,类似于具有临界裂纹尺寸的大颗粒的行为[2,3]・4结论(1纳米SiC颗粒在含量很少时即对纯Al 有明显的强化作用,此时纳米SiC颗粒在基体中的分散比较均匀;当含量较高时则易于出现团聚,团聚会使SiC颗粒对Al的增强效果明显降低・(21%SiC p(25nm/Al MMCs断裂机制为基体的韧性断裂;而当体积分数达到5%时,Al MMCs断裂机制为基体的韧性断裂和SiC团聚体的脆性断裂・参考文献:[1]吕毓雄,毕敬,陈礼清,等・SiC p尺寸及其基体强度对铝基复合材料破坏机制的影响[J]・金属学报,1998,34(11:1188-1192・(L¨u Y X,Bi J,Chen L Q,et al.E ffects of p article size andmat rix strength on the failure mechanism of SiCpreinforce d aluminum matrix composit es[J].Acta Metal l Sin,1998,34(11:1188-1192.[2]Doel T J A,Bowen P.T ensile properties of part ic ula tereinforced met al matrix composites[J].Com posites Pa rt A,1996,27A(8:655-665.[3]Varma V K,Kamat S V,Kutumbarao V V.Tensilebe havior of powder me tallurgy processed(Al-Cu-Mg/SiC pcom posit es[J].M ater S ci Technol,2001,17(1:93-101.655东北大学学报(自然科学版第26卷[4]Arsen ault R J ,Shi N .Dislocation g eneration du e to differe nces between th e coefficients of ther mal expansion [J ].Mater Sci Eng ,1986,81(2:175-187.[5]武高辉,赵永春,马森林・亚微米级Al 2O 3颗粒增强L D 2铝合金复合材料的拉伸性能与强化机制[J ]・复合材料学报,1998,15(3:21-26・(Wu G H ,Zhao Y C ,Ma S L .Tensile properties and stre ngthening mecha nisms of LD 2Al alloy composit es reinforced wi th submicron Al 2O 3part iculat es [J ].Acta M ater Com p Sin ,1998,15(3:21-26.[6]M alch ere A ,Grosbras M ,Demenet J L ,et al .Study of an Al composi tes reinforced with nanometric SiC particles ,produced by mec hanical alloying [J ].M ater Sci Foru m ,1996,225-227:763-768.[7]M a Z Y ,Li Y L ,Liang Y ,et al .Na nometric Si 3N 4particulate -reinforced aluminum composi te [J ].M ater S ci E ng ,1996,A 219(2:229-231.[8]肖永亮・金属基复合材料的仿生愈合探讨及纳米SiC p /Al 与微米SiC p /Al 复合材料对比研究[D ]・沈阳:中国科学院金属研究所,1996.56-110・(Xiao Y L .Studies of mimic healing of met al matrix composites and n anosize SiC p /Al by comparison with micron SiC p /Al metal matrix composites[D ].Shenyang :Institut e of M etal Researc h ,Chinese Aca demy of Sciences ,1996.56-110.[9]Miller W S ,Humphreys F J .Strengthening mech anisms in part iculat e met al matrix composites [J ].Scr M etall Mater ,1991,25(1:33-39.[10]克莱因T W ,威瑟斯P J ・金属基复合材料导论[M ]・余永宁,房志刚译・北京:冶金工业出版社,1996,218-227・(Clyn e T W ,Wither P J .A n introduct ion to metal mat ri x composi tes [M ].T ranslate d by Yu Y N ,Fa ng Z G .Beijing :M etallurgical Industry Press ,1996.218-227.Tensile Properties of SiC Nanoparticle Reinforced Pure Aluminum Matrix CompositesHE Chun -lin 1,L IU Chang -sheng 1,SU N Xu -dong 1,CAI Qing -kui2(1.School of Materials &Metallurgy ,Northeastern University ,Shenyang 110004,China ;2.Depart ment of Materials Science and Engineering ,Shenyang University ,Shenyang 110044,China .Correspondent :HE Chun -lin ,professor ,E -mail :chunlinhe @hotmail .com Ab s tra ct :The SiC nanoparticle reinforced pure aluminum metal matrix composites (Al MMCs were prepared through a powder metallurgy technique .Their microstructures and tensile properties were investigated .The results showed that SiC nanoparticles enhance the strength of pure aluminium significantly even if their content is very low ,with the nanoparticles uniformly dispersed in the Al matrix .However ,when the content becomes higher ,the SiC nanoparticles are easily agglomerated to lower their strength enhancement effect on aluminum .The tensile fracture showed that the damage mechanism of the Al MMCs changes with the changing content of SiC nanoparticles .Ke y w o rd s :Al ;SiC nanoparticle ;metal matrix composite ;microstructure ;tensile property(Received September 16,2004待发表文章摘要预报浮游球衣菌的分离及其对铅离子的吸附性能秦玉春,关晓辉,魏德洲,沈岩柏利用改进后的菌种分离方法,从某污水中分离得到一菌株・研究了该菌株的菌落形态特征、菌株形态特征、生理生化特性、生长曲线、菌种保藏方法及其对Pb 2+的吸附特性・经研究确定该菌株为第十四群鞘细菌类(sheathed bacteria 球衣菌属(Sphaerotilus 浮游球衣菌(Sphaerotilus natans ・吸附实验结果表明:浮游球衣菌对Pb 2+有很好的吸附效果,在10min 内即可达到吸附平衡;在pH 值约为5.5,菌的质量浓度为0.6g /L ,铅离子初始质量浓度不大于20mg /L 时,Pb 2+去除率接近100%・微生物絮凝剂BS -5的筛选及其特性胡筱敏,董怡华,李亮从河水底泥中筛选出一株高效稳定的微生物絮凝剂产生菌BS -5・对该菌培养条件进行优化后,BS -5产生的絮凝剂对高岭土悬浮液的絮凝率可达97.5%・研究了微生物产生菌BS -5培养时间与其培养液絮凝性能的关系,培养液中絮凝活性的分布・以高岭土悬浮液为研究对象,考察了MBFBS -5的用量、pH 值对絮凝性能的影响和热稳定性能・结果表明,MBFBS -5具有培养时间短,用量小,pH 值应用范围广,热稳定性能高等优点・啤酒废水的净化处理结果表明,BS -5产生的絮凝剂具有良好的絮凝作用,COD Cr 去除率可达79.2%・755第6期贺春林等:纳米SiC 颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能。
碳化硅增强铝基材料
碳化硅增强铝基材料一、概述碳化硅增强铝基材料（SiCp/Al）是一种新型的复合材料，由铝基体和碳化硅颗粒组成。
其具有优异的力学性能、高温稳定性和耐腐蚀性，广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶建造等领域。
二、制备方法1. 熔融浸渍法：将铝合金浸入含有碳化硅颗粒的熔体中，使其浸渍到一定深度后取出冷却即可得到SiCp/Al复合材料。
2. 热压法：将铝合金与碳化硅颗粒混合后，在高温高压下进行热压成型，制备出具有均匀分布的SiCp/Al复合材料。
3. 溶胶-凝胶法：将铝溶液与碳化硅颗粒混合后，在特定条件下进行溶胶-凝胶反应，形成SiCp/Al复合材料。
三、性能表现1. 强度：SiCp/Al复合材料具有较高的强度和刚度，可用于制造高强度零部件。
2. 韧性：SiCp/Al复合材料具有较好的韧性和抗裂性能，可有效防止零件在使用中发生断裂。
3. 耐磨性：SiCp/Al复合材料具有较好的耐磨性，在高速运动和重载条件下仍能保持较长寿命。
4. 耐腐蚀性：SiCp/Al复合材料具有良好的耐腐蚀性，可用于制造耐腐蚀零部件。
四、应用领域1. 航空航天领域：SiCp/Al复合材料可用于制造飞机、导弹等高强度、高速度零部件。
2. 汽车制造领域：SiCp/Al复合材料可用于制造汽车发动机缸体、变速箱壳体等高强度零部件，提高汽车整体性能。
3. 船舶建造领域：SiCp/Al复合材料可用于制造船舶结构零部件，提高船舶的耐久性和安全性。
五、未来发展趋势1. 提高制备工艺水平，实现规模化生产。
2. 开发新型碳化硅增强铝基材料，提高性能表现。
3. 拓展应用领域，开发更多高性能、高强度的SiCp/Al复合材料。
SiCpAl铝基复合材料的焊接
基本内容
在电子产品领域，由于其对小型化和高效能的要求，颗粒增强铝基复合材料 被用于制造电子封装材料、散热器等。
基本内容
3、研究焊接工艺参数对SiCp/Al铝基复合材料力学性能和服役性能的影响规 律，优化工艺参数并指导实际生产。
参考内容
基本内容
基本内容
摘要：本次演示主要研究了颗粒增强铝基复合材料的焊接工艺与机理。通过 实验研究和分析，本次演示揭示了焊接工艺参数对复合材料焊接质量的影响，并 探讨了焊接过程中的微观机理。本次演示为优化颗粒增强铝基复合材料的焊接工 艺提供了理论指导，对于提高复合材料的焊接质量和应用范围具有重要意义。关 键词：颗粒增强铝基复合材料，焊接工艺，机理，微观结构，焊接质量。
基本内容
未来研究方向：SiCp/Al铝基复合材料的焊接技术还有很多需要进一步研究和 改进的地方。对于未来的研究工作，可以从以下几个方面展开：
基本内容
1、进一步研究焊接过程中的物理和化学变化，探究焊接缺陷的产生机制和预 防措施。
2、针对不同的应用场景和需求，开发更加高效的焊接技术和设备，提高 SiCp/Al铝基复合材料的可焊性和连接质量。
基本内容
颗粒增强铝基复合材料的制备方法主要有粉末冶金法、液相搅拌法、原位合 成法等。其中，粉末冶金法是最常用的制备方法之一，它通过将金属粉末和增强 颗粒混合、压制和烧结等步骤制备出复合材料。液相搅拌法则是在熔融的铝液中 加入增强颗粒，通过搅拌使它们均匀混合，然后进行凝固和加工处理。原位合成 法则是在铝基体中直接合成增强颗粒，例如通过铝热反应或化学气相沉积等方法。
基本内容
焊接过程中金属间化合物层的形成和演化规律缺乏深入研究；3）焊接工艺优 化方法尚不成熟。因此，本次演示针对这些问题，设计了以下实验和研究内容。
碳化硅颗粒增强铝
组织和性能
碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有如下特点： （1）良好的力学性能：较高的强度、模量、硬度、较低的断 裂韧性 （2）良好的化学性能：耐高温性，抗氧化性，耐磨性和耐腐 蚀性 （3）具有良好的尺寸稳定性，可以在温度变化剧烈的环境中 使用 （4）具有各向同性，可以用传统铝合金材料的设计理论进行 结构设计； （5）可以利用传统的金属材料加工技术和设备来制造和进行 二次加工，因而可以降低成本；
设计思路
力学模型
3.有限元分析
将求解域看成是由许多小的在节点出互相连接的子域构 成，单元内部点的待求量通过选定的函数关系查插值求得。 单元划分越细，结果越精确。
基础方程
边界条件
近似求解
数值分析法
组织和性能
宏观上分布均匀，微观下观察，SiC颗粒主要分 布在树枝间和最后凝固的液相区，同时也有部分 存在于初生晶内部作为凝固的核心，即被初生晶 所吞陷。 碳化硅颗粒在金属中弥 散分布，细小而均匀分 布的纳米颗粒高教率地 占据空间，颗粒间距较 小．有效地控制晶粒长 大，使组织细小而均匀
生产工艺
1.真空压力浸透法
原理： 先将增强体制成预制件，再将预制件放入 位于承压容器的模具内，抽出预制件内的气体后 ，在真空和惰性气体的共同作用下，采用压力将 金属熔体由通道压入模具内，使之浸透预制件。 优点：（1）可直接制成复合零件，特别是形状复 杂的零件。 （2）浸渍在真空进行，无气孔，疏松， 缩孔等缺陷。 （3）工艺简单，参数易控制 缺点：设备比较复杂，工艺周期长，投资大，成 本 高。
生产工艺
4.粉末冶金法
优点：（1）增强体分 布均匀，晶粒细 （2）可减少 界面反应，具有优 异 力学性能。 缺点：（1）工艺繁琐 （2）组织不 均匀，孔洞率较大， 必须进行二次加工
SiC颗粒增强铝基复合材料的制备及性能
Ａ ｓ ａｔ ＳＣ ｐｒｃｌ ｅｒｉ ｏｅｃｄａｕ ｉｉｍ ｍ ｔｘｃｍ ｏｉｓ ＳＣ ／ １ ｗ ｒ ｐｅ ａｅ ｙ ｐｗ ｅ ｍ ｔ ｌ ｇ ｅ ｏ ． ｂｔ ｃ： ｉ ａｔ ｕ ｔ ｅ ｆｒｎｅ ｍ ｎ ａｒ ｏ ｐｓ ｅ （ ｉｐ Ａ ） ｅｅ ｒ ｒｄ ｂ ｏ ｄ ｒ ｅａｕ ｙ ｍ ｔ ｄ ｒ ｉ ａ ｎ ｌ ｕ ｉ ｔ ｐ ｌｒ ｈ
金属基陶瓷复合材料兼具有金属的塑性和韧性和陶
粒， 山东潍坊 凯华碳 化硅 微粉有 限公 司 ， ＝ ０Ｉ Ｄ ２ ｍ。 ｘ
１２混粉 与模压 成形 ．
瓷的高强度和刚度等优点 ， 世界各国竞相研究开发这类材
料， 从材料的制备工艺 、 微观组织 、 力学性能与断裂特性等
角度进 行 了大量研 究 ， 了显著成 果 。碳 化硅 颗粒 增 强 取得
将模压成形的试样置于 Ｓ ＇ ２—１ ｌ 一 （ ２型管式电阻炉 内， 通入 Ａ 气， ｒ 抽真空 ， 反复 ３次 ， 在流动 气气氛下 ， ４０ 预烧 １ｈ 再 以一定的升温速率升温至 ５０Ｃ， ０￣ Ｃ ， ７￣ 保温 １５ｈ试样随炉冷却。将所制备的试样置于 ｓ 一 ． ， ２一ｌ ２ 型管式炉 内， 缓慢升温至 ５０ 保温 （５ｈ 立即将样品置 ０￣ Ｃ， ） ， ． 于蒸馏水中进行淬火处理 ， 淬火处理 的试验， 置于管式炉
明显的孔洞缺陷 ， 主要是 由于 Ｓ 这 ｉ Ｃ颗粒 质量分数较大 时， 材料挤压出现局部 的陶瓷颗粒 团聚而难 以压实 ， 从而
如图 ３ 所示 ， 从图中可知 ， 未添加 Ｓ ｉ Ｃ颗粒的硬铝基体材 料抗拉强度为 ２０Ｍ ａ随 Ｓ ６ Ｐ ， ｉ Ｃ颗粒含量的增加复合材料 抗拉强度 出现先升高后降低的趋势 ， Ｓ 在 ｉ Ｃ颗粒含量为 ７ 耽％时 ， 抗拉强度获得最大值 ， ３ １Ｍ ａ 为 １ Ｐ 。在颗粒加入 量为 １ ５耽％时 ， 抗拉强度值仍 高于硬铝基体材料 的抗拉 强度值 ， 在颗粒加入量为 ２ ０耽％时 ， 抗拉强度低于硬铝基 体合金。这主要是由于， Ｓ 当 ｉ Ｃ颗粒加入较少时 ， Ｃ颗粒 Ｓ ｉ
SiC颗粒增强铝基复合材料的熔化焊与扩散焊
现代焊接 Ｍｏｄｅｒｎ ＷｅｌｄｉｎｇSiC颗粒增强铝基复合材料的 熔化焊与扩散焊Fusion welding and diffusion welding of composite materials of reinforced aluminum base of SiC granules安徽机电职业技术学院机械工程系 合肥工业大学材料科学与工程学院 王立跃 邵光辉 徐道荣［摘要］ 本文综述了近年来关于ＳｉＣｐ／Ａｌ基复合材料熔化焊和扩散焊的研究现状，详细介绍了熔化焊和扩散焊中 存在的问题和工艺。
［关键词］ 铝基复合材料；颗粒增强；熔化焊；扩散焊 颗粒增强铝基复合材料是目前公 认的最有竞争力的金属基复合材料品 种之一，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，其中ＳｉＣ颗粒增强铝基复合材料发 展最快 。
碳化硅颗粒（ＳｉＣｐ）增强铝 基复合材料（Ａｌ ＭＭＣｓ）具有比强度高、 比刚性好、抗磨损能力强、尺寸稳定 性好等优越性能，因而在航空航天、 船舶、汽车、电子及空间技术等领域 具有广泛的工程应用前景。
目前，包 括我国在内的许多国家都投入了大量 精力对这种材料进行开发应用研究， 美欧等发达国家已经实现了该种材料 的工业应用。
但是这种材料的焊接性 不良，焊接工艺一直是限制其工程应 用、阻碍其发展的主要因素。
目前， ＳｉＣｐ／Ａｌ ＭＭＣｓ的连接主要包括熔化焊、 固相焊、钎焊三大类。
由于铝合金基 体与增强相ＳｉＣｐ的物理化学性能相差作者简介：王立跃，男，安徽宿州人，安徽机电职业技术学 院机械工程系教师，现就读于合肥工业大学工学硕士班，研 究方向：先进材料的焊接。
［１］很大，故采用常规熔化焊接很难得到 优质的焊接接头，这也是焊接性问题 的主要体现，但熔化焊高效、操作简 单方便，成本也相对较低，因而仍然 是研究的一个重点。
固相焊和钎焊避 免了母材的熔化，还可将连接温度控 制在基体与增强相不发生反应的范围 内，因此明显优于熔化焊。
纳米SiC增强铝基复合材料
纳米SiC增强铝基复合材料Nano-SiCp ReinforcedAI Matrix Composite摘要：纳米SiC增强铝基复合材料能充分发挥纳米SiC颗粒和金属基体的各自优势，而且可以进行成分设计，与基体合金相比，具有优异的机械性能和物理性能、高的比强度和比模量、良好的抗疲劳性能、低的热膨胀系数和良好的热稳定性，是一种具有广阔应用前景的先进材料，自问世以来一直受到材料科学及工程应用领域极大的重视，正在部分取代传统的金属材料而应用在航空航天、汽车、电子封装和体育器械等对材料性能要求较高的领域。
本文介绍纳米复合材料的发展现状，重点介绍几种固态法制备纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的工艺,极其断裂韧性的影响因素。
分析铝基复合材料的显微组织，综合评价纳米SiC颗粒增强铝基复合材料制备工艺中存在的几个重要问题，并提出解决方案。
在展望其应用前景基础上，指出制备技术未来的发展方向。
关键词：纳米SiC颗粒；铝基复合材料；研究方法；断裂韧性；影响因素引言近年来在金属基复合材料中，以颗粒、短纤维、晶须等非连续相增强的铝基复合材料因其良好的可再加工性和各向同性而倍受重视。
由于其具有高的比强度、比刚度、导热性, 优良的摩擦性能，与铝合金密度相当，以及可调配的热膨胀系数等优点而成为目前国内外专家学者研究的热点之一。
而纳米SiCp可以改善铝基或铝合金基体的高、低温强度，提高其弹性模量，增强其耐磨性能。
近30年来，世界各国竞相研究并开发金属基复合材料，从材料的基体、增强粒子、制备工艺、微观组织、力学性能与断裂韧性等角度进行了许多基础和应用性研究，取得了显著的成绩。
在美国国防部“T it le”项目支持下DWA复合材料公司与洛克希德·马丁公司以及空军进行合作，将粉末冶金法制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料用于F16战斗机的腹鳍，代替了原有2214铝合金蒙皮，不仅使刚度提高了50%，寿命也由数百小时提高到约8000h。
SiC颗粒增强铝基复合材料的制备及性能
SiC颗粒增强铝基复合材料的制备及性能SiC颗粒增强铝基复合材料具有良好的性能，其制备过程是通过将SiC颗粒加入铝基合金中，并在高温下进行加热、烧结和冷却等过程得到的。
在制备过程中，需要考虑材料选择、成分配比、加热温度和时间等因素。
首先，选择合适的铝基合金是制备SiC颗粒增强铝基复合材料的重要一步。
通常选择含有硅、铜、镁等元素的铝合金作为基体材料，因为这些元素可以提高铝合金的强度和硬度，使其更适合作为复合材料的基体。
其次，粒径和配比也是影响制备SiC颗粒增强铝基复合材料的因素之一。
通常，SiC颗粒的粒径应控制在10-50μm之间，同时需要适当调整其添加量，以达到复合材料的最佳性能。
在制备过程中，需要对复合材料进行高温加热，以实现SiC颗粒与铝基合金的结合。
通常可以通过烧结或热压等方法进行加热处理。
在加热过程中，需要控制加热温度和时间，以避免过度烧结或热压，导致复合材料的性能下降。
最后，制备好的SiC颗粒增强铝基复合材料具有优异的机械性能和耐磨性能。
其强度和硬度比普通铝合金要高，而且耐磨性能也较好，可用于制作各种机械零件和工具等。
总之，制备SiC颗粒增强铝基复合材料是一项复杂而有挑战性的工作。
只有深入了解其成分和加工工艺，才能制备出优质的复合材料。
SiC颗粒增强铝基复合材料的关键性能指标主要包括强度、硬度、耐磨性能等。
下面将针对目前文献报道的数据进行分析，并探讨其可能的影响因素。
首先是复合材料的强度。
根据文献报道，SiC颗粒增强铝基复合材料的强度通常高于单纯的铝合金，其中最高的强度值可以达到1100MPa。
这是由于SiC颗粒的加入增加了复合材料的晶间模量，从而提高了材料的强度。
此外，当SiC颗粒的大小适中时，其与铝基合金的界面结合更紧密，对于强度的提升也有一定的贡献。
其次是复合材料的硬度。
SiC颗粒的硬度高于铝合金，加入后可以明显提高复合材料的硬度。
根据文献报道，复合材料的硬度通常在100~200Hv之间，其中SiC颗粒的含量和均匀性是影响硬度的主要因素。
SiC 颗粒增强铝合金基复合材料
还有一种韧窝存在于基体上,在撕裂棱上分布着轮廓清晰、尺寸较 小的小韧窝,大小一般在 3 μm以下( 见图 (a) 。
微观断口分析
正断一般为脆性断裂，切断一般为韧性断裂。
微观断口分析
• 如图显示了两类 PRMMCs 的微观拉伸断口形貌。可见, SiC 颗粒 增强铝合金基复合材料拉伸断裂有基体韧断界面脱开和颗粒断裂 三种方式
• 就微观角度来看, 这两类材料断裂时均未出现解理面, 断口中存在 着不同大小和深浅的韧窝, 呈现出韧性断裂特征。
• 上述实验结果, 随增强体颗粒增加, 材料弹性模量升高具有一般性。 这是因为材料弹性模量和刚度是增强体颗粒和金属基体的平均表 现, 属于结构不敏感特性, 是由整体的量所决定的。
• 随 SiC 颗粒增加, 材料增强与否是有条件的。这是因为材料强度属 于结构敏感特性, 是由局部的量决定的, SiC 颗粒的加入, 造成了变 形的区域化, 区域化程度的差别及基体与增强体间界面状况的不 同便产生了增强与降强的相反效果 。
• 当基体屈服强度 较低时, 复合材料抗拉强度由基体 的韧断机制控制, SiC 颗粒的加入提高了基体内的 位错密度并阻止滑 移进行, 从而起到了增强作用; 当基体屈服强度较高 时, 界面受到数倍于基体的高 应力作用, 在基体尚未 发生塑性变形前便破坏, 故 其抗拉强度由界面脱开 机制控制。显然, 只有基体 与界面强度的合理匹配, 才能使该类复合材料性能
达到最佳。
•
• 由上面的分析可知，当基体的强度较低时, SiC 颗粒的加入起到了增强的作用;当基体的强度 较高时, SiC 颗粒的加入起到了降强的作用。
铝基碳化硅复合材料
铝基碳化硅复合材料
铝基碳化硅（Al/SiC）复合材料是一种性能优异的复合材料，具有高强度、高刚性、耐热性和耐腐蚀性等优点，因此在航空航天、汽车制造、电子设备等领域得到了广泛的应用。
本文将对铝基碳化硅复合材料的制备方法、性能特点及应用领域进行详细介绍。
首先，铝基碳化硅复合材料的制备方法包括粉末冶金法、溶液浸渍法、热压法等。
粉末冶金法是将铝粉与碳化硅颗粒混合后在高温下进行烧结得到复合材料；溶液浸渍法是将铝液浸渍在碳化硅纤维预制件中，再经过热处理形成复合材料；热压法则是将铝和碳化硅粉末层层堆叠后进行热压成型。
这些方法各有优缺点，可以根据具体的应用需求选择合适的制备方法。
其次，铝基碳化硅复合材料具有优异的性能特点。
其高强度和高刚性使其在航空航天领域得到广泛应用，可以用于制造飞机结构件、导弹外壳等；耐热性和耐腐蚀性使其在汽车制造领域有着重要的地位，可以用于发动机缸体、制动系统等零部件；同时，铝基碳化硅复合材料还具有良好的导热性和导电性，因此在电子设备领域也有着广泛的应用前景。
最后，铝基碳化硅复合材料的应用领域不断拓展。
随着科技的进步和工艺的改进，铝基碳化硅复合材料的制备成本逐渐降低，性能不断优化，因此在航空航天、汽车制造、电子设备等领域的应用将会更加广泛。
同时，铝基碳化硅复合材料的可持续发展也将成为未来的研究热点，人们将不断探索其在新能源、环保等领域的应用潜力。
综上所述，铝基碳化硅复合材料具有制备方法多样、性能优异、应用领域广泛等特点，是一种具有巨大发展潜力的复合材料。
随着科技的不断进步和工艺的不断改进，相信铝基碳化硅复合材料将在未来的各个领域中发挥越来越重要的作用。
sic纳米线增强纯铝复合材料的强化行为
Strengthening behavior in Si C nanowires reinforced pure Al compositeLing Xina, Wenshu Yanga, *, Qiqi Zhaosic纳米线增强纯铝复合材料的强化行为摘要：最近研究表明sic纳米线在Al基体上有着重要的强化效应。
在考虑宽高比增强材料性能的情况下，用剪切滞后模式解释了加固行为。
然而，目前对加入金属元素的影响还不清楚。
更多的是，sic纳米颗粒加到微米级粒子上的强化效应还没通过修正的剪切滞后模型被解释清楚。
因此，纯的AL基复合材料加强sic纳米线，可以降低金属的强化效果。
sic纳米线/Al(体积百分比分别为15/20和25%)通过压力渗透法来制备。
屈服强度由于sic纳米线的量增加而增加。
剪切滞后模式考虑表面到体积比例加强的影响。
它已考虑最初的有效原子参与界面转移负载，并最终增强铝加强sic型复合材料强化行为进行了探讨。
在此基础上，重点研究讨论Si C纳米线的强化作用。
1.引言一维纳米材料（线、管和纤维）增强在Al基体中的复合材料被认为是有潜力的复合材料，因为它们有高的机械性能和超常热物理性能。
碳纳米管是一维纳米材料中最使用最多的。
然而，由于它们极端的高强度，（>30GP），碳纳米管的临界长度大于1μm，比正常的碳纳米管要长。
并且，由于致密性差和Al4C3的脆性，CNTS在CNTs/Al复合材料的质量分数通常<2%，因此碳纳米管的加强效果没有完全显示出来。
基于对一维纳米线的广泛研究，发现sic纳米线引起很大的关注，它们有着很好的性能，比如高机械性能，高热导率和宽带隙。
最近，sic纳米线被作为聚合物基和陶瓷基复合材料的增强体。
然而，sic纳米线作为增强体加入到金属基复合材料中的报道比较少。
举例，sic 纳米线作为增强体加入到AL基体中，没有使用热加压技术，sic纳米线的体积分数增加到15%（怎么测：用阿基米德排水发，从密度到体积分数）。
碳化硅铝基复合材料
碳化硅铝基复合材料
碳化硅铝基复合材料（SiC-Al composites）是一种新型的结构材料，它具有高强度、高模量、高热稳定性和低热膨胀系数等优良特性，因此在航空、航天、化工等领域中得到
了广泛的应用。
碳化硅铝基复合材料主要由碳化硅（SiC）粉末、铝（Al）粉末、以及其他添加剂如增塑剂、增强剂等组成。
这些材料经过混合，然后在高温下进行烧结或热压制成具有复合性
能的材料。
其中碳化硅作为主要的增强相，因其具有高硬度、高热稳定性、耐腐蚀性等优
良物理化学特性，可以增强材料的耐热性和强度；铝则作为基体相，具有良好的可加工性
和导热性，可以提高材料的可加工性和传热性能。
碳化硅铝基复合材料具有很多优良特性，如高强度、高刚度、高耐热性、低热膨胀系数、耐腐蚀性好等。
其中，其高强度和高刚度主要是由于其增强相碳化硅的独特物理化学
特性，而其耐热性和低热膨胀系数则是由于其铝基体的质地和热处理工艺所决定的。
近年来，随着碳化硅铝基复合材料技术的不断发展，其应用范围也在不断扩大。
例如，在航空航天领域中，碳化硅铝基复合材料可以用于制造先进的高温结构材料和推进器材料；在化工领域中，它可以被用于制造耐高温、耐腐蚀的管道和设备。
尽管碳化硅铝基复合材料具有很多优良特性，但同时也存在一些局限性。
例如，其制
造工艺较为复杂，以及成本较高等。
另外，在碳化硅铝基复合材料的制备过程中，如果控
制不好工艺参数，容易出现气孔等缺陷，进而影响其性能。
综上所述，碳化硅铝基复合材料是一种应用前景广阔的材料，具有很多优良特性。
今后，随着科学技术的不断发展，碳化硅铝基复合材料的制备和应用将会得到进一步的提高
和拓展。
SiC增强铝基复合材料
碳化硅增强铝基复合材料班级：gj材料102姓名：陈琨指导老师：张小立2012年6月6日SiC增强铝基复合材料摘要：SiC增强铝基复合材料能充分发挥SiC颗粒和金属基体的各自优势，而且可以进行成分设计，与基体合金相比，具有优异的机械性能和物理性能、高的比强度和比模量、良好的抗疲劳性能、低的热膨胀系数和良好的热稳定性，而且材料各向异性小，成本低廉，是一种具有广阔应用前景的先进材料，自问世以来一直受到材料科学及工程应用领域极大的重视，正在部分取代传统的金属材料而应用在航空航天、汽车、电子封装和体育器械等对材料性能要求较高的领域。
本文将综合介绍和分析影响其导热性能、热膨胀系数及热稳定性的主要因素；SiC增强铝基复合材料的研究和进展，并比较了几种该复合材料的制备工艺，包括搅拌铸造法、压力铸造法、无压渗透法、喷雾沉积法、离心铸造法和粉末冶金法等；SiC增强铝基复合材料断裂韧性的影响因素，其影响因素有增强相的尺寸、形状以及含量，热处理工艺，基体与增强相具有不同的膨胀系数，金属基体的化学成分等，并在前人研究的基础上提出了几点设想。
关键词：SiC 颗粒；铝基复合材料；研究方法；导热性；热膨胀性；断裂韧性；影响因素前言近年来在金属基复合材料中，以颗粒、短纤维、晶须等非连续相增强的铝基复合材料(SiC Reinforced Aluminium Matrix Composite)因其良好的可再加工性和各向同性而倍受重视。
由于其具有高的比强度、比刚度、导热性, 优良的摩擦性能，与铝合金密度相当，以及可调配的热膨胀系数等优点而成为目前国内外专家学者研究的热点之一。
而SiCp 价格低廉，来源广泛，用它作为增强相，可以改善铝基或铝合金基体的高、低温强度，提高其弹性模量，增强其耐磨性能。
所以铝基复合材料受到人们越来越广泛的关注, 国内外已对其进行了大量的研究报道。
1．SiC增强铝基复合材料的制备工艺【1】目前生产SiCp增强铝基复合材料的方法主要有搅拌铸造法、压力铸造法、无压渗透法、喷雾沉积法、离心铸造法和粉末冶金法等。
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碳化硅增强铝基复合材料班级：gj材料102姓名：***指导老师：***2012年6月6日SiC增强铝基复合材料摘要：SiC增强铝基复合材料能充分发挥SiC颗粒和金属基体的各自优势，而且可以进行成分设计，与基体合金相比，具有优异的机械性能和物理性能、高的比强度和比模量、良好的抗疲劳性能、低的热膨胀系数和良好的热稳定性，而且材料各向异性小，成本低廉，是一种具有广阔应用前景的先进材料，自问世以来一直受到材料科学及工程应用领域极大的重视，正在部分取代传统的金属材料而应用在航空航天、汽车、电子封装和体育器械等对材料性能要求较高的领域。
本文将综合介绍和分析影响其导热性能、热膨胀系数及热稳定性的主要因素；SiC增强铝基复合材料的研究和进展，并比较了几种该复合材料的制备工艺，包括搅拌铸造法、压力铸造法、无压渗透法、喷雾沉积法、离心铸造法和粉末冶金法等；SiC增强铝基复合材料断裂韧性的影响因素，其影响因素有增强相的尺寸、形状以及含量，热处理工艺，基体与增强相具有不同的膨胀系数，金属基体的化学成分等，并在前人研究的基础上提出了几点设想。
关键词：SiC 颗粒；铝基复合材料；研究方法；导热性；热膨胀性；断裂韧性；影响因素前言近年来在金属基复合材料中，以颗粒、短纤维、晶须等非连续相增强的铝基复合材料(SiC Reinforced Aluminium Matrix Composite)因其良好的可再加工性和各向同性而倍受重视。
由于其具有高的比强度、比刚度、导热性, 优良的摩擦性能，与铝合金密度相当，以及可调配的热膨胀系数等优点而成为目前国内外专家学者研究的热点之一。
而SiCp 价格低廉，来源广泛，用它作为增强相，可以改善铝基或铝合金基体的高、低温强度，提高其弹性模量，增强其耐磨性能。
所以铝基复合材料受到人们越来越广泛的关注, 国内外已对其进行了大量的研究报道。
1．SiC增强铝基复合材料的制备工艺【1】目前生产SiCp增强铝基复合材料的方法主要有搅拌铸造法、压力铸造法、无压渗透法、喷雾沉积法、离心铸造法和粉末冶金法等。
1．1 搅拌铸造法搅拌铸造法突出的优点是对设备要求低、工艺简单、易于实现,是制造铝基颗粒增强复合材料最常用的方法。
图1 为其示意图。
搅拌铸造法分为液相法和半固态法两类。
液相法是利用电磁或机械搅拌，在基体金属完全是液相的状态时向旋涡中逐渐投入颗粒，使其分散，待颗粒等增强物得到润湿、分散均匀后浇入金属模型中(或再进行挤压)，制成复合材料。
用搅拌铸法制备SiCp增强铝基复合材料是先将铝锭放入坩埚，待其熔化后加入镁块，急速搅拌使之形成快速流动的旋涡。
在旋涡中心投入SiCp( SiCp 的质量分数为12%—20% )，继续搅拌10—20 min(搅拌速度为950 r/ min, 熔体温度约730℃)，然后迅速倒入通水激冷的铸模，得到复合材料。
文献【2】对处于熔点以上的铝液及SiCp 施加一定时间的电脉冲，由此制得的复合材料，增强相颗粒分布均匀，基体合金晶粒细小，致密度、强度、耐磨性均较高。
半固态铸造法是金属在熔点附近，液相及非枝晶固相共存状态下，把增强物加入到剧烈搅动的含有一定组分固相粒子的金属液中，这时，即使增强物和金属液润湿不好，但由于金属液中固相粒子的作用，也可使之得到较好的分散，然后铸造成近终形复合材料。
使铝在760℃熔化后，降温至固相线与液相线之间，搅拌熔体，并加入SiCp。
因SiCp 的加入，会使熔体的粘度上升，随着粘度的上升再适当提高温度。
待SiCp加完后，再升温至760℃，短时间急速搅拌使颗粒均匀地分布在熔体中，然后浇铸成型。
该方法制得的材料凝固组织晶粒细小、均匀，没有粗大的树枝晶，可以消除颗粒在熔体中的偏析。
由于金属温度接近固相线温度，因此能消除金属从液相到固相凝固收缩引起的收缩缺陷，以及避免熔体因剧烈翻腾而大量吸入气体，但残留在半固态金属液中的气体和夹杂物不易排除。
1．2 压力铸造法压力铸造法被认为是适合大规模生产铝基复合材料的主要工艺之一，近年来得到了很快的发展，在颗粒、晶须或短纤维增强的实用铝基复合材料的制造中应用最多，且最为成功。
图2为压力铸造法示意图。
压力铸造法制备SiCp、晶须或短纤维增强铝基复合材料的工艺过程是首先把SiCp制成预制块，让铝或铝合金液在压力作用下渗入到预制块内制成复合材料。
将SiCp与水及粘结剂充分搅拌混合后放入模具内加压至5MPa，随后在80℃恒温箱内烘48h出模，获得具有一定强度的预制块，其孔隙度为60%。
压铸模和预制块预热至500℃，铝液加热至800℃浇注, 然后立即加压使铝液渗入预制块, 在125 MPa 的压力下保压3 min，除去压力待其自然冷却后出模。
制得的复合材料中含SiCp 的体积分数为40%。
压力铸造法制备复合材料工艺难度相对较大，主要是制备SiCp或粉末预成形坯块比较困难，强度不高，预制块在压渗过程中易崩溃，而且金属熔体不易充分地渗入到颗粒或粉末预成形坯内，最近的研究表明，通过增大压力的方法可以实现熔铝在粉末或颗粒预成形坯中的渗透。
1．3 无压渗透法无压渗透法是预先把增强体用适当的粘结剂粘结，做成所需形状的预制坯, 然后将预制坯放在金属模具型腔内的适当位置，浇注金属液，利用金属液体的自重压力和表面张力，使其渗透到有增强体的预制坯中，凝固后即成所要求的金属基复合材料。
这种方法主要适用于颗粒增强体和金属基材料的界面润湿性良好的金属基复合材料的制备。
图3为无压渗透法示意图。
由于此方法中的金属液体能较好地浸润增强相的表面，为获得良好的界面结合创造了条件，且工艺相对压力铸造法简单，便于操作。
但这种方法的关键是解决渗透气氛和颗粒之间润湿性的问题。
同时还存在预制坯预热临界温度不好控制，浸渗时压力和金属液温度也不易掌握等问题。
1．4 喷射沉积法喷射沉积法是将液态金属在高压下雾化，当液态金属从漏斗中流出的同时，将增强体粒子喷入金属液流中，两相混合的雾化液滴沉积在容器中形成复合材料。
图4 为喷射沉积法示意图。
采用工业纯铝(纯度为99.9%)与平均粒度为2—3um 的SiCp，喷射沉积制得SiCp的体积分数为35% 的SiCp增强铝基复合材料。
材料中，孔隙数量少、尺寸小，SiCp 分布均匀。
此法因在喷射沉积过程中冷却速度很快，界面反应受到抑制，使SiC 和铝界面之间有害的化学反应来不及完全进行，所以强化颗粒分布均匀。
由于增强体粒子在气流推动下高速射入熔体，所以对界面的润湿性要求不高，还可以消除颗粒偏析等不良组织。
但SiCp 与基体金属是机械结合，使得材料的抗拉强度有限。
另外还有孔洞，不适宜制备近终形产品。
1．5 离心铸造法离心铸造法是在高速旋转的SiCp 多孔预制形体中均匀浇铸金属铝熔体，使其在离心压力作用下渗入粒子的间隙，凝固后得到被SiC 粒子化的陶瓷颗粒增强铝基复合材料。
图5为离心铸造法示意图。
目前，国内外学者对用离心铸造法制备SiCp增强铝基复合材料还研究较少，但该方法可能会成为研制优质SiCp 增强铝基复合材料最有成效的技术之一。
1．6 粉末冶金法粉末冶金法制备SiCp增强铝基复合材料是先将SiCp、铝粉和成形剂混合后压制成形，经过脱脂、烧结成为近终形成品。
在文献【3】中用粉末冶金法制备SiCp增强铝基复合材料。
按设计成分，以酒精作分散剂进行球磨。
混合14h后烘干、除气，再冷压成坯，然后在自动化热压炉中热压，压力为23MPa。
热压时，采用流动高纯氩气保护。
为了便于脱模，先在400℃保温，20min后再升温600℃。
粉末冶金法的最大优点在于成分的自由度宽。
这种方法可以很好地控制复合材料的成分，从理论上讲是可以任意的配比，而且粉末冶金工艺也比较成熟。
用粉末冶金方法制备SiC 增强铝基复合材料时，SiCp 与铝基体可以良好地融合成一体，在SiC 含量不同层间没有明显的界面。
可将不同配比的粉末填铺模具中，冷压成形后再进行热压。
当疲劳裂纹从SiCp 的高含量层向低含量层扩展时会发生偏折和分枝，从而出现裂纹延滞现象。
但国内外学者用粉末冶金法来制备SiCp 增强铝基复合材料的不太多。
其原因是烧结过程不易控制，造成材料中孔隙多，而且在后续处理过程也不易消除，工业化成本较高。
但粉末冶金法生产SiCp增强铝基复合材料的前景十分广阔，很值得探索。
粉末冶金方法的优点还体现于在其他工艺中所起的作用。
例如在电子材料的封装壳体中所使用的SiCp增强铝基复合材料。
为了与基片材料的热膨胀系数的匹配，往往需要SiC 的体积分数达60% —70% ，而且，为了得到高的密度与性能，一般需要采用压力熔浸法来制造。
但是由于SiC 的含量多，所制备的材料往往难以进行后续加工。
这就需要预先将SiCp制备成近终使形的预制坯，再将Al 熔浸入预制坯内的孔隙，形成致密的复合材料。
而预制坯的制备采用的就是粉末冶金方法。
为了精确地控制预制坯在成形与预烧结过程中尺寸的变化、预制坯的微观组织及孔隙的分布，以得到符合外观、形状、组织与性能要求的复合材料，都需要相应的粉末冶金的知识。
2. SiC增强铝基复合材料断裂韧性的影响因素【4】不同屈服强度及应变硬化率的材料，在相同载荷条件下断裂形式可能完全不同；同种材料,复合比的变化、应力状态的改变，使裂端空穴扩展与断裂机制会发生重大改变，大量实验表明，材料在加载过程中，空穴的扩展与塑性应变的相互影响会使断裂过程变得复杂。
同时，试件在加载过程中裂端出现的塑性变形大小将不同，从而影响材料的断裂机制与断裂形式。
2.1 SiC增强铝基复合材料断裂形式(1)正拉断，当加载过程塑性应变不大、体积应变较大的情况下，空穴的成核与扩张易于进行，启裂位置发生在裂端钝化区应力三维度有极大值处。
启裂方向为该处最大拉应力作用面方向。
(2)剪切断裂，由于启裂点的位置不同，剪切实际存在两种情况一是当加载过程塑性应变较大时，虽然在钝化区域应力三维度有较大值，存在一定数目的成核空穴，但空穴扩张程度极小，正拉断不易发生，受空穴存在的影响，剪断发生在应力三维度有极大值处，启裂方向为该处最大剪应力方向。
二是当加载过程中塑性应变很大时，的塑性变形已使材料内的空穴成核受到阻碍，应力三维度最大处也较小有空穴成核形成，再成为危险点，启裂方向为该剪应力作用方向．在危险区域出现的局部化剪切变形形成的剪切带是导致剪断旋生的主要因素。
(3)混合型断裂，在许多情况下断裂面上正拉伸断口与剪切斜断口占一定区域，启裂先发生于试件厚度中心，以空穴扩展向表面及前方发展，由于试件表面应力三维度变小、塑性变形增大．引起断裂机制改变，近表面区域为剪断，启裂方向较为复杂。
2.2 影响SiC增强铝基复合材料断裂韧度的因素分析材料不同其屈服强度及应变硬化指数均可能不同，相同受力形式下，其断裂机制则可能不同。