顆粒增強鋁基復合材料的連接方法

⑴ 鋁基復合材料的應用

1 在汽車領域的應用
鋁基復合材料在汽車工業的應用研究起步最早。上個世紀 年代,日本豐田公司成功地用 復合材料制備了發動機活塞。美國的 研製出用 顆粒增強鋁基復合材料製造汽車制動盤,使其重量減輕了,而且提高了耐磨性能,噪音明顯減小,摩擦散熱快;同時該公司還用 顆粒增強鋁基復合材料製造了汽車發動機活塞和齒輪箱等汽車零部件。用 復合材料製成的汽車齒輪箱在強度和耐磨性方面均比鋁合金齒輪箱有明顯的提高。鋁合金復合材料也可以用來製造剎車轉子、剎車活塞、剎車墊板、卡鉗等剎車系統元件。鋁基復合材料還可用來製造汽車驅動軸、搖臂等汽車零件。
2 在航空航天領域的應用
現代科學技術的發展,對材料性能提出了越來越高的要求,特別是航空航天領域要製造輕便靈活、性能優良的飛機、衛星等，鋁基復合材料恰能滿足這方面的要求。公司採用熔模鑄造工藝研製成 復合材料,用該材料代替鈦合金製造直徑達 、重 的飛機攝相鏡方向架,使其成本和重量明顯降低,導熱性提高。同時該復合材料還可用來製造衛星反動輪和方向架的支撐架。
3 在電子和光學儀器中的應用
鋁基復合材料,特別是 增強鋁基復合材料,由於具有熱膨脹系數小、密度低、導熱性能好等優點,適合於製造電子器材的襯裝材料、散熱片等電子器件。 顆粒增強鋁基復合材料的熱膨脹系數完全可以與電子器件材料的熱膨脹相匹配,而且導電、導熱性能也非常好。在精密儀器和光學儀器的應用研究方面,鋁基復合材料用於製造望遠鏡的支架和副鏡等部件。另外鋁基復合材料還可以製造慣性導航系統的精密零件、旋轉掃描鏡、紅外觀測鏡、激光鏡、激光陀螺儀、反射鏡、鏡子底座和光學儀器托架等許多精密儀器和光學儀器。
4 在體育用品上的應用
鋁基復合材料可以代替木材及金屬材料來製作網球拍、釣魚竿、高爾夫球桿和滑雪板等。用 顆粒增強鋁基復合材料製作的自行車鏈齒輪重量輕、剛度高、不易撓曲變形,性能優於鋁合金鏈齒輪。

⑵ 急求翻譯

This text point studied to leave take shape of the heart foundry aluminum magnesium metal alloy dish form spare parts(SiC additive) a craft.Developped 1 set by oneself from leave heart foundry machine, PLC controller and sprinkle to note an equipments and rise to mourn the sign type that the device constitute to leave heart foundry to experiment an equipments, used for taking shape SiC grain at the path to present the steps degree dish form for distribute spare parts.Experiment material to mix blend legal system to have all quality SiC grain to build up aluminum Ji compound material for the machine.It of work process BE:Make use of the control electrical engineering of the PLC controller turns soon, arouse to leave heart Zhu a type to revolve and use to sprinkle a pack to sprinkle the metals liquid into a Zhu type to take shape spare parts.The Zhu piece take out and Zhu type match of molding tool mold from rise to mourn to equip completion.
Design three leave scheming to turn soon at any time to change of revolve craft curve, tallest turn to soon distinguish for the 800 rs/min, 900 rs/min, 1000 rs/min, always of work time distinguish for the 230 ses, 240 ses, 260 ses, and pass an instruction importation PLC, difference to is 1, 2 and 3 files in response to the procere in the procere selector.
The metals liquid sprinkles to note process in of, the molding tool temperature makes use of mathematics emulation software analysis, the metals liquid is in the process of solidify in the circumstance that engrave at that time each time get the best craft parameter.
Pass emulation, the molding tool temperature is more high, metals liquid at type concretion time within chamber be more long and this be the cooling condition which influences a metals liquid because of the temperature environment of outer circle

⑶ 利用粉末冶金法制備鋁基復合材料時，制備，成型，燒結都有哪些注意事項

粉末冶金是多空隙的產品，產品特別容易生銹，在使用過程中，很多生銹並不是因為防銹油造成的，而是工藝的問題。生銹是因為水沒有處理干凈，導致油包水的情況產生。所以解決粉末冶金生銹的問題最主要的就是除水。

避免側壁上的溝槽和凹孔，以利於壓實或減少余塊，避免沿壓制方向截面積漸增，以利於壓實。各壁的交接處應採用圓角或倒角過渡，避免出現尖角，以利於壓實及防止模具或壓坯產生應力集中，盡量採用簡單、對稱的形狀，避免截面變化過大以及窄槽、球面等，以利於制模和壓實。

(3)顆粒增強鋁基復合材料的連接方法擴展閱讀：

注意事項：

粉末預壓成形方法主要有冷壓和冷等靜壓。相比之下，冷壓是較為經濟、常用的粉末預壓成坯法。在鋁合金粉末預壓後，一般要求預壓坯密度為復合材料密度的70％～80％，以利於脫氣階段氣體的逸出。由於鋁粉和增強體容易吸附水蒸氣並氧化，粉末生坯在加熱過程中將釋放大量的水蒸氣、氫氣、二氧化碳和一氧化碳氣體。

因此生坯在熱加工前應經過除氣處理，避免製品中出現氣泡和裂紋，除氣溫度一般應等於或者稍高於隨後的熱壓、熱加工變形和熱處理溫度，以避免壓塊中殘存的水和氣體造成材料中產生氣泡和分層。但是如果溫度過高，鋁合金中其它一些元素可能出現燒損，還會使合金中起強化作用的金屬間化合物聚集、粗化，降低材料的性能。

⑷ B4C晶體熔點低於單質c哪個更高

B4C晶體熔點低於單質c哪個更高？1、同晶體類型物質的熔沸點的判斷：一般是原子晶體>離子晶體>分子晶體。金屬晶體根據金屬種類不同熔沸點也不同（同種金屬的熔沸點相同）金屬（少數除外）＞分子。
2、原子晶體中原子半徑小的，鍵長短，鍵能大，熔點高。
3、離子晶體中，陰陽離子的電荷數越多，離子半徑越小，離子間作用就越強，熔點就越高。金屬晶體中金屬原子的價電子數越多，原子半徑越小，金屬陽離子與自由電子靜電作用越強，金屬鍵越強，熔點越高，一般來說，金屬越活潑，熔點越低。分子晶體中分子間作用力越大，熔點越高，具有氫鍵的，熔點反常地高。
(4)顆粒增強鋁基復合材料的連接方法擴展閱讀：
物質的熔點，即在一定壓力下，純物質的固態和液態呈平衡時的溫度，也就是說在該壓力和熔點溫度下，純物質呈固態的化學勢和呈液態的化學勢相等，而對於分散度極大的純物質固態體系（納米體系）來說，表面部分不能忽視，其化學勢則不僅是溫度和壓力的函數，而且還與固體顆粒的粒徑有關，屬於熱力學一級相變過程。
熔點是固體將其物態由固態轉變（熔化）為液態的溫度，縮寫為m.p.。而DNA分子的熔點一般可用Tm表示。進行相反動作（即由液態轉為固態）的溫度，稱之為凝固點。與沸點不同的是，熔點受壓力的影響很小。而大多數情況下一個物體的熔點就等於凝固點。
在有機化學領域中，對於純粹的有機化合物，一般都有固定熔點。即在一定壓力下，固-液兩相之間的變化都是非常敏銳的，初熔至全熔的溫度不超過0.5~1℃（熔點范圍或稱熔距、熔程）。但如混有雜質則其熔點下降，且熔距也較長。因此熔點測定是辨認物質本性的基本手段，也是純度測定的重要方法之一。
測定方法一般用毛細管法和微量熔點測定法。在實際應用中我們都是利用專業的測熔點儀來對一種物質進行測定。

⑸ 目前金屬基復合材料的制備工藝主要有哪些

（一）粉末冶金復合法
粉末冶金復合法基本原理與常規的粉末冶金法相同，包括燒結成形法、燒結制坯加塑法加工成形法等適合於分散強化型復合材料（顆粒強化或纖維強化型復合材料）的制備與成型。粉末冶金復合法的工藝主要優點是：基體金屬或合金的成分可自由選擇，基體金屬與強化顆粒之間不易發生反應；可自由選擇強化顆粒的種類、尺寸，還可多種顆粒強化；強化顆粒添加量的范圍大；較容易實現顆粒均勻化。缺點是：工藝復雜，成本高；製品形狀、尺寸受限制；微細強化顆粒的均勻分散困難；顆粒與基體的界面不如鑄造復合材料等。
（二）鑄造凝固成型法
鑄造凝固成型法是在基體金屬處於熔融狀態下進行復合。主要方法有攪拌鑄造法、液相滲和法和共噴射沉積法等。鑄造凝固成型鑄造復合材料具有工藝簡單化、製品質量好等特點，工業應用較廣泛。
1、原生鑄造復合法
原生鑄造復合法（也稱液相接觸反應合成技術Liquid Contact Reaction：LCR）是將生產強化顆粒的原料加到熔融基體金屬中，利用高溫下的化學反應強化相，然後通過澆鑄成形。這種工藝的特點是顆粒與基體材料之間的結合狀態良好，顆粒細小（0.25～1.5μm），均勻彌散，含量可高達40%，故能獲得高性能復合材料。常用的元素粉末有鈦、碳、硼等，化合物粉末有Al2O3、TiO2、B2O3等。該方法可用於制備A1基、Mg基、Cu基、Ti基、Fe基、Ni基復合材料，強化相可以是硼化物、碳化物、氮化物等。
2、攪拌鑄造法
攪拌鑄造法也稱摻和鑄造法等，是在熔化金屬中加入陶瓷顆粒，經均勻攪拌後澆入鑄模中獲得製品或二次加工坯料，此法易於實現能大批量生成，成本較低。該方法在鋁基復合材料的制備方面應用較廣，但其主要缺點是基體金屬與強化顆粒的組合受限制。原因有兩方面：①強化顆粒與熔體基本金屬之間容易產生化學反應；②強化顆粒不易均勻分散在鋁合金一類的合金熔體中，這是由於陶瓷顆粒與鋁合金的潤滑性較差，另一個問題是陶瓷顆粒容易與溶質原子一起在枝晶間產生偏析。
3、半固態復合鑄造法
半固態復合鑄造法是從半固態鑄造法發展而來的。通常金屬凝固時，初生晶以枝晶方式長大，固相率達0.2%左右時枝晶就形成連續網路骨架，失去宏觀流動性。如果在液態金屬從液相到固相冷卻過程中進行強烈攪拌則使樹枝晶網路骨架被打碎而保留分散的顆粒狀組織形態，懸浮於剩餘液相中，這種顆粒狀非枝晶的微組織在固相率達0.5%～0.6%仍具有一定的流變性。液固相共存的半固態合金因具有流變性，可以進行流變鑄造；半固態漿液同時具有觸變性，可將流變鑄錠重新加熱到固、液相變點軟化，由於壓鑄時澆口處及型壁的剪切作用，可恢復流變性而充滿鑄型。強化顆粒或短纖維強化材料加入到受強烈攪拌的半固態合金中，由於半固態漿液球狀碎晶粒對添加顆粒的分散和捕捉作用，既防止顆粒的凝聚和偏析，又使顆粒在漿液中均勻分布，改善了潤濕性並促進界面的結合。
4、含浸凝固法（MI技術）
含浸凝固法是一種將預先制備的含有較高孔隙率的強化相成形體含浸於熔融基體金屬之中，讓基體金屬浸透預成型體後，使其凝固以制備復合材料的方法。有加壓含浸和非加壓含浸兩種方法。含浸法適合於強化相與熔融基體金屬之間潤濕性很差的復合材料的制備。強化相含量可高達30%～80%；強化相與熔融金屬之間的反應得到抑止，不易產生偏折。但用顆粒作強化相時，預成形體的制備較困難，通常採用晶須、短纖維制備預成形體。熔體金屬不易浸透至預成形體的內部，大尺寸復合材料的制備較困難。
5、離心鑄造法
廣泛應用於空心件鑄造成形的離心鑄造法，可以通過兩次鑄造成型法成形雙金屬層狀復合材料，此方法簡單，具有成本低、鑄件緻密度高等優點，但是界面質量不易控制，難以形成連續長尺寸的復合材料。
6、加壓凝固鑄造法
該法是將金屬液澆注鑄型後，加壓使金屬液在壓力下凝固。金屬從液態到凝固均處於高壓下，故能充分浸滲，補縮並防止產生氣孔，得到緻密鑄件。鑄、鍛相結合的方法又稱擠壓鑄造、液態模鍛、鍛鑄法等。加壓凝固鑄造法可制備較復雜的MMCs零件，亦可局部增強。由於復合材料易在熔融狀態下壓力復合，故結合十分牢固，可獲得力學性能很高的零件。這種高溫下製成的復合坯，二次成型比較方便，可進行各種熱處理，達到對材料的多種要求。
7、熱浸鍍與反向凝固法
熱浸鍍與反向凝固法都是用來制備連續長尺寸包覆材料的方法。熱浸鍍主要用於線材的連續鍍層，主要控制通過鍍層區的長度和芯線通過該區的速度等。反向凝固法是利用薄帶作為母帶，以一定的拉速穿過反向凝固器，由於母帶的速度遠遠低於熔融金屬的速度，在母帶的表面附近形成足夠大的過冷度，熔融金屬以母帶表面開始凝固生長，配置在反向凝固器上方的一對軋輥，同時起到拉坯平整和焊合的作用。
8、真空鑄造法
真空鑄造法是先將連續纖維纏繞在繞線機上，用聚甲丙烯酸等能分解的有機高分子化合物方法製成半固化帶，把預成型體放入鑄型中，加熱到500℃使有機高分子分解。鑄型的一端浸入基體金屬液，另一端抽真空，將金屬液吸入型腔浸透纖維。
（三）噴射成形法
噴射成形又稱噴射沉積（Spray Forming），是用惰性氣體將金屬霧化成微小的液滴，並使之向一定方向噴射，在噴射途中與另一路由惰性氣體送出的增強微細顆粒會合，共同噴射沉積在有水冷襯底的平台上，凝固成復合材料。凝固的過程比較復雜，與金屬的霧化情況、沉積凝固條件或增強體的送入角有關，過早凝固不能復合，過遲的凝固則使增強體發生上浮下沉而分布不勻。這種方法的優點是工藝快速，金屬大范圍偏析和晶粒粗化可以得到抑制，避免復合材料發生界面反應，增強體分布均勻。缺點是出現原材料被氣流帶走和沉積在效應器壁上等現象而損失較大，還有復合材料氣孔率以及容易出現的疏鬆。利用噴射成形原理制備工藝有添加法（inert spray form-ing）和反應法（reactive spray forming）兩種。Osprey Metals研究的Osprey工藝是噴射成形法的代表，其強化顆粒與熔融金屬接觸時間短，界面反應得以有效抑制。反應噴射沉積法是使強化陶瓷顆粒在金屬霧或基體中自動生成的方法。
（四）疊層復合法
疊層復合法是先將不同金屬板用擴散結合方法復合，然後採用離子濺射或分子束外延方法交替地將不同金屬或金屬與陶瓷薄層疊合在一起構成金屬基復合材料。這種復合材料性能很好，但工藝復雜難以實用化。目前這種材料的應用尚不廣泛，過去主要少量應用或試用於航空、航天及其它軍用設備上，現在正努力向民用方向轉移，特別是在汽車工業上有很好的發展前景。
（五）原位生成復合法
原位生成復合法也稱反應合成技術，金屬基復合材料的反應合成法是指藉助化學反應，在一定條件下在基體金屬內原位生成一種或幾種熱力學穩定的增強相的一種復合方法。這種增強相一般為具有高硬度、高彈性模量和高溫強度的陶瓷顆粒，即氧化物、碳化物、氯化物、硼化物、甚至硅化物，它們往往與傳統的金屬材料，如Al、Mg、Ti、Fe、Cu等金屬及其合金，或（NiTi）（、AlTi）等金屬間化合物復合，從而得到具有優良性能的結構材料或功能材料。
金屬基復合材料的原位復合工藝基本上能克服其它工藝中常出現的一系列問題，如基體與增強體浸潤不良、界面反應產生脆性、增強體分布不均勻、對微小的（亞微米和納米級）增強體極難進行復合等。它作為一種具有突破性的新工藝方法而受到普遍的重視，其中包括直接氧化法、自蔓延法和原位共晶生長法等。
1、直接氧化（DIMON）法
直接氧化法是由氧化性氣體在一定工藝條件下使金屬合金液直接氧化形成復合材料。通常直接氧化法的溫度比較高，添加適量的合金元素如Mg、Si等，可使反應速度加快。這類復合材料的強度、韌性取決於形成粒子的狀態和最終顯微組織形態。由於形成的增強體可以通過合金化及其反應熱力學進行判斷，因此可以通過合金化、爐內氣氛的控制來製得不同類型增強體的復合材料。
2、放熱彌散（XD）法
放熱彌散復合技術（Exothermic Dispersion）的基本原理是將增強相反應物料與金屬基粉末按一定的比例均勻混合，冷壓或熱壓成型，製成坯塊，以一定的加熱速率加熱，在一定的溫度下（通常是高於基體的熔點而低於增強相的熔點）保溫，使增強相各組分之間進行放熱化學反應，生成增強相。增強相尺寸細小，呈彌散分布。XD技術具有很多優點：①可合成的增強相種類多，包括硼化物、碳化物、硅化物等；②增強相粒子的體積百分比可以通過控制增強相組分物料的比例和含量加以控制；③增強相粒子的大小可以通過調節加熱溫度加以控制；④可以制備各種MMC；⑤由於反應是在融熔狀態下進行，可以進一步近終形成型。XD技術是合成顆粒增強金屬基及金屬間化合物基復合材料的最有效的工藝之一。但用XD工藝製成的產品存在著較大孔隙度的問題，目前一般採用在反應過程中直接壓實來提高緻密度。
3、 SHS-鑄滲法
SHS-鑄滲法是將金屬基復合材料的自蔓延高溫合成技術（Self-Propagating High Temperature Synthesis）和液態鑄造法結合起來的一種新技術，包括增強顆粒的原位合成和鑄造成型兩個過程。當前，SHS-鑄滲法是有競爭力的反應合成工藝之一，但過程式控制制非常困難。其典型工藝為：利用合金熔體的高溫引燃鑄型中的固體SHS系，通過控制反應物和生成物的位置，在鑄件表面形成復合塗層，它可使SHS材料合成與緻密化、鑄件的成形與表面塗層的制備同時完成。
4、反應噴射沉積技術（RSD）
反應噴射沉積工藝（Reactive Spray Deposition）生成陶瓷顆粒的反應有氣—液反應、液—液反應、固—液反應和加鹽反應等多種類型。它綜合了快速凝固及粉末冶金的優點，並克服了噴射共沉積工藝中存在的如顆粒與基體接近機械結合、增強相體積分數不能太高等缺點，成為目前金屬基復合材料研究的重要方向之一。反應噴射沉積工藝過程為：金屬液被霧化前噴入高活性的固體顆粒發生液固反應，導致噴入的顆粒在霧化過程中溶解並與基體中的一種或多種元素反應形成穩定的彌散相，控制噴霧的冷卻速率以及隨後坯件的冷卻速率可以控制彌散相的尺寸。

⑹ 碳化硅顆粒增強鋁基復合材料研究現狀及發展 論文一篇，要綜述性的東西，不能有實驗和計算內容。

碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的研究現狀及發展趨勢

摘要：綜述了鋁基復合材料的發展歷史及國內外研究現狀，重點闡述了碳化硅顆粒增強鋁基復合材料制備工藝的
發展現狀。同時說明了碳化硅顆粒增強鋁基復合材料研究中仍存在的問題，在此基礎上展望了該復合材料的發展前景。
關鍵詞：SiCp /Al 復合材料； 制備方法
中圖分類號：TB333 文獻標識碼：A 文章編號：1001-3814(2011)12-0092-05
Research Status and Development Trend of SiCP/Al Composite
ZHENG Xijun, MI Guofa
(College of Material Science and Engineer, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China)
Abstract：The development history, domestic and foreign research present situation of SiCP /Al composite was
introced, the research progress of preparation process for SiCP /Al composite were elaborated, the research on SiCP /Al
composite was analyzed and the development prospect of the composite was put forward.
Key words：SiCp /Al composite; preparation methods
收稿日期:2010-11-20
作者簡介:鄭喜軍(1982- ),男,河南西平人,碩士研究生,研究方向為材
料加工工程;電話:0391-3987472;E-mail:[email protected]
92
《熱加工工藝》2011 年第40 卷第12 期
下半月出版Material & Heat Treatment 材料熱處理技術
應用進行了廣泛的關注和研究，從材料的制備工藝、
組織結構、力學行為及斷裂韌性等方面做了許多基
礎性的工作， 取得了顯著的成績。在美國和日本等
國，該類材料的制備工藝和性能研究已日趨成熟，在
電子、軍事領域開始得到實際應用。SiC 來源於工業
磨料，可成百噸的生產，價格便宜，SiC 顆粒強化鋁基
復合材料被美國視為有突破性進展的材料， 其性能
可與鈦合金媲美，而價格還不到鈦合金的1/10。碳化
硅顆粒增強鋁基復合材料是最近20 年來在世界范
圍內發展最快、應用前景最廣的一類不連續增強金
屬基復合材料，被認為是一種理想的輕質結構材料，
尤其在機動車輛發動機活塞、缸頭(缸蓋)、缸體等關
鍵產品和航空工業中具有廣闊的應用前景[5-7]。
在1986 年，美國DuralAluminumComposites 公
司發明了碳化硅顆粒增強鋁硅合金的新技術， 實現
了鑄造鋁基復合材料的大規模生產， 以鑄錠的形式
供給多家鑄造廠製造各種零件[8-9]。美國Duralcan 公
司在加拿大己建成年產11340 t 的SiC/Al 復合材料
型材、棒材、鑄錠以及復合材料零件的專業工廠。目
前，Duralcan 公司生產的20%SiCp /A356Al 復合材
料的屈服強度比基體鋁合金提高75%、彈性模量提
高30%、熱膨脹系數減小29%、耐磨性提高3～4
倍。美國DWA 公司生產的碳化硅增強復合材料隨
碳化硅含量的增加，只有伸長率下降的，其他性能都
得到了很大提高。到目前為止，SiCp/Al 復合材料被
成功用於航空航天、電子工業、先進武器系統、光學
精密儀器、汽車工業和體育用品等領域，並取得巨大
經濟效益。表1 列舉了一些SiCp/Al 復合材料的力
學性能。
目前國內從事研製與開發碳化硅顆粒增強鋁復
合材料工作的科研院所與高校主要有北京航空材料
研究院、上海交通大學、哈爾濱工業大學、西北工業
大學、國防科技大學等。哈爾濱工業大學研製的
SiCw/Al 用於某衛星天線絲桿，北京航空材料研究院
研製的SiCp/Al 用於某衛星遙感器定標裝置[10-11]。
國內到目前為止還沒有出現高質量高性能的碳
化硅顆粒增強鋁基復合材料， 雖然部分性能已達到
國外產品的指標， 但在產品的尺寸精度上還存在不
小的差距，另外製造成本太高，離工業化生產還有一
段距離要走。
2 鋁基復合材料的性能特徵
(1)高比強度、比模量由於在金屬基體中加入
了適量的高強度、高模量、低密度的增強物，明顯提
高了復合材料的比強度和比模量， 特別是高性能連
續纖維，如硼纖維、碳(石墨)纖維、碳化硅纖維等增
強物，他們具有很高的強度和模量[1]。
(2)良好的高溫性能，使用溫度范圍大增強纖
維、晶須、顆粒主要是無機物，在高溫下具有很好的
高溫強度和模量， 因此金屬基復合材料比基體金屬
有更高的高溫性能。特別是連續纖維增強金屬基基
復合材料，其高溫性能可保持到接近金屬熔點，並比
金屬基體的高溫性能高許多。
(3)良好的導熱、導電性能金屬基復合材料中
金屬基體佔有很高的體積百分數， 一般在60%以
上，因此仍保持金屬的良好的導熱、導電性能。
(4)良好的耐磨性金屬基復合材料，特別是陶
瓷纖維、晶須、顆粒增強金屬基復合材料具有很好的
耐磨性。這是由於在基體中加入了大量細小的陶瓷
顆粒增強物，陶瓷顆粒硬度高、耐磨、化學性能穩定，
用它們來增強金屬不僅提高了材料的強度和剛度，
也提高了復合材料的硬度和耐磨性。
(5)熱膨脹系數小，尺寸穩定性好金屬基復合
材料中所用的增強相碳纖維、碳化硅纖維、晶須、顆
粒、硼纖維等均具有很小的熱膨脹系數，特別是超高
模量的石墨纖維具有負熱膨脹系數， 加入相當含量
的此類增強物可降低材料膨脹系數， 從而得到熱膨
脹系數小於基體金屬、尺寸穩定性好的金屬基復合
材料。
(6)良好的抗疲勞性和斷裂韌性影響金屬基復
合材料抗疲勞性和斷裂韌性的因素主要有增強物與
復合體系制備工藝
增強體含量
(vol,%)
拉伸強度
/MPa
彈性模量
/GPa
伸長率
(%)
SiCP /2009Al 粉末冶金20 572 109 5.3
SiCP/2124Al 粉末冶金20 552 103 7.0
SiCP/6061Al 粉末冶金20 496 103 5.5
SiCP/7090Al 粉末冶金20 724 103 2.5
SiCP/6061Al 粉末冶金40 441 125 0.7
SiCP/7091Al 粉末冶金15 689 97 5.0
SiCP/A356Al 攪拌鑄造20 350 98 0.5
SiCP/A359Al 無壓浸滲30 382 125 0.4
表1 碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的力學性能[1]
Tab.1 Mechanical properties of aluminum matrix
composite reinforced by SiC particle
93
Hot Working Technology 2011, Vol.40, No.12
材料熱處理技術Material & Heat Treatment 2011 年6 月
金屬基體的界面結合狀態、金屬基體與增強物本身
的特性以及增強物在基體中的分布等。特別是界面
結合強度適中，可以有效傳遞載荷，又能阻止裂紋擴
展，從而提高材料的斷裂韌性。
(7)不吸潮、不老化、氣密性好與聚合物相比，金
屬性質穩定、組織緻密，不存在老化、分解、吸潮等問
題，也不會發生性能的自然退化，在空間使用不會分解
出低分子物質而污染儀器和環境，有明顯的優勢。
(8)較好的二次加工性能可利用傳統的熱擠壓、
鍛壓等加工工藝及設備實現金屬基復合材料的二次
加工。由於鋁基復合材料不但具有金屬的塑性和韌
性，而且還具有高比強度、比模量、對疲勞和蠕變的
抗力大、耐熱性好等優異的綜合性能。尤其在最近
20 年以來， 鋁基復合材料獲得了驚人的發展速度，
表2 列舉了一些鋁基復合材料的力學性能。
3 主要應用領域
3.1 在航空航天及軍事領域的應用
美國ACMC 公司和亞利桑那大學光學研究中
心合作，研製成超輕量化空間望遠鏡和反射鏡，該望
遠鏡的主鏡直徑為0.3m，僅重4.54kg。ACMC 公司
用粉末冶金法製造的碳化硅顆粒增強鋁基復合材料
還用於激光反射鏡、衛星太陽反射鏡、空間遙感器中
掃描用高速擺鏡等；美國用高體積分數的SiCp/Al代
替鈹材，用於慣性環形激光陀螺儀制導系統、三叉戟
導彈的慣性導向球及管型測量單元的檢查口蓋，成
本比鈹材降低2/3；20 世紀80 年代美國洛克希德.馬
丁公司將DWA 公司生產的25%SiCp /6061Al 用作
飛機上承載電子設備的支架，其比剛度比7075 鋁合
金約高65%；美國將SiCp/6092Al 用於F-16 戰斗機
的腹鰭， 代替原有的2214 鋁合金蒙皮， 剛度提高
50%，壽命從幾百小時提高到8000 小時左右，壽命
提高17 倍，可大幅度降低檢修次數，提高飛機的機
動性，還可用於F-16 的導彈發射軌道；英國航天金
屬及復合材料公司(AMC)採用高能球磨粉末冶金法
研製出高剛度﹑ 耐疲勞的SiCp/2009Al， 成功用於
Eurocopter 公司生產的N4 及EC-120 新型直升
機[12]；採用無壓浸滲法制備的高體積分數SiCp/Al 作
為印刷電路板芯板用於F-22「猛禽」戰斗機的遙控
自動駕駛儀、發電元件、飛行員頭部上方顯示器、電
子計數測量陣列等關鍵電子系統上， 以代替包銅的
鉬及包銅的鍛鋼，可使質量減輕70%，同時降低了
電子模板的工作溫度；SiCp/Al 印刷電路板芯板已用
於地軌道全球移動衛星通信系統； 作為電子封裝材
料，還可用於火星「探路者」和「卡西尼」土星探測器
等航天器上。美國採用高體積分數SiCp /Al 代替
Cu-W 封裝合金作為電源模塊散熱器，已用於EV1 型
電動轎車和S10 輕型卡車上；美國將氧化反應浸滲法
制備的SiC-Al2O3/Al 作為附加裝甲，用於「沙漠風暴」
地面進攻的裝甲車；美國GardenGrove 光學器材公司
用SiCp/Al 制備Leopardl 坦克火控系統瞄準鏡。
3.2 在汽車工業中的應用
由山東大學與曲阜金皇活塞有限公司聯合研製
的SiCp /Al 活塞已用於摩托車及小型汽車發動機；
自20 世紀90 年代以來， 福特和豐田汽車公司開始
採用Alcan 公司的20%SiC/Al-Si 來製作剎車盤；美
國Lanxide 公司生產的SiCp/Al 汽車剎車片於1996
年投入批量生產[13]；德國已將該材料製作的剎車盤
成功應用於時速為160km/h 的高速列車上。整體采
用鍛造的SiCp/Al 活塞已成功用於法拉利生產的一
級方程式賽車。
3.3 在運動器械上的應用
BP 公司研製的20%SiCp/2124Al 自行車框架已
在Raleigh 賽車上使用；SiCp /Al 復合材料可應用於
自行車鏈輪、高爾夫球頭和網球拍等高級體育用品；
在醫療上用於假體的製造。
4 制備及成型方法
一般來說， 根據鋁基體狀態的不同，SiCp/Al 的
制備方法大致可分為固態法和液態法兩類。目前主
要有粉末冶金法、噴射沉積法、攪拌鑄造法和擠壓鑄
造法。
4.1 粉末冶金法
粉末冶金法又稱固態金屬擴散法，該方法由於克
增強相/ 基體增強相含量
拉伸強度
/MPa
彈性模量
/GPa
伸長率(%)
SiC/Al-4Cu 15 476 92 2.3
SiCp /ZL101 20 375 101 1.64
SiCp /ZL101A 20 330 100 0.5
SiCp /6061 25 517 114 4.5
SiCp /2124 25 565 114 5.6
Al2O3 /Al-1.5Mg 20 226 95 5.9
Cf /Al 26 387 112 -
表2 金屬基復合材料的力學性能[1]
Tab.2 Mechanical properties of metal matrix composite[1]
94
《熱加工工藝》2011 年第40 卷第12 期
下半月出版Material & Heat Treatment 材料熱處理技術
服了碳化硅顆粒與鋁合金熔液潤濕困難的缺點，因而
是最先得到發展並用於SiCp/Al 的制備方法之一。具
體制備SiCp/Al 的粉末冶金工藝路線有多種，目前最
為流行和典型的工藝流程為：碳化硅粉末與鋁合金粉
末混合一冷模壓(或冷等靜壓)一真空除氣一熱壓燒
結(或熱等靜壓)一熱機械加工(熱擠、軋、鍛)。
粉末冶金法的優點在於碳化硅粉末和鋁合金粉
末可以按任何比例混合，而且配比控制准確、方便。
粉末冶金法工藝成熟，成型溫度較低，基本上不存在
界面反應、質量穩定，增強體體積分數可較高，可選
用細小增強體顆粒。缺點是設備成本高，顆粒不容易
均勻混合，容易出現較多孔隙，要進行二次加工，以
提高機械性能，但往往在後續處理過程中不易消除；
所制零件的結構、形狀和尺寸都受到一定的限制，粉
末冶金技術工藝程序復雜，燒結須在在密封、真空或
保護氣氛下進行， 制備周期長， 降低成本的可能性
小，因此制約了粉末冶金法的大規模應用。
4.2 噴射沉積法
噴射沉積法是1969 年由Swansea 大學Singer
教授首先提出[14]，並由Ospray 金屬有限公司發展成
工業生產規模的製造技術。該方法的基本原理是：對
鋁合金基體進行霧化的同時，加入SiC 增強體顆粒，
使二者共同沉積在水冷襯板上， 凝固得到鋁基復合
材料。該工藝的優點是增強體與基體熔液接觸時間
短，二者反應易於控制；對界面的潤濕性要求不高，
可消除顆粒偏析等不良組織， 組織具有快速凝固特
征；工藝流程短、工序簡單、效率高，有利於實現工業
化生產。缺點是設備昂貴，所制備的材料由於孔隙率
高而質量差必須進行二次加工， 一般僅能製成鑄錠
或平板； 大量增強顆粒在噴射過程中未能與霧化的
合金液滴復合， 造成原材料損失大， 工藝控制較復
雜，增強體顆粒利用率低、沉積速度較慢、成本較高。
4.3 攪拌鑄造法
攪拌鑄造法的基本原理[15-17]：依靠強烈攪拌在合
金液中形成渦漩的負壓抽吸作用， 將增強體顆粒吸
入基體合金液體中。具體工藝路線：將顆粒增強體加
入到基體金屬熔液中， 通過一定方式的攪拌與一定
的攪拌速度使增強體顆粒均勻地分散在金屬熔體
中，以達到相互混合均勻與浸潤的目的，復合成顆粒
增強金屬基復合材料熔體。然後可澆鑄成錠坯、鑄件
等使用。該方法的優點是：工藝簡單、設備投資少、生
產效率高、製造成本低、可規模化生產。缺點是：加入
的增強體顆粒粒度不能太小， 否則與基體金屬液的
浸潤性差， 不易進入金屬液或在金屬液中容易團聚
和聚集；普遍存在界面反應，強烈的攪拌容易造成金
屬液氧化，大量吸氣及夾雜物混入，顆粒加入量也受
到一定限制，只能製成鑄錠，需要二次加工。
4.4 擠壓鑄造法
擠壓鑄造法是首先把SiC 顆粒用適當的粘結劑粘
結，製成預制塊放入澆注模型中，預熱到一定的溫度，
然後澆入基體金屬液，立即加壓，使熔融的金屬熔液浸
滲到預制塊中，最後去壓、冷卻凝固形成SiCp/Al。該方
法的優點是：設備較簡單且投資少，工藝簡單且穩定
性較好，生產周期短，易於工業化生產，能實現近無余
量成型，增強體體積分數較高，基本無界面反應。缺點
是容易出現氣體或夾雜物，缺陷比較多，需增強顆粒
需預先製成預成型體， 預成型體對產品質量影響大，
模具造價高，而且復雜零件的生產比較困難。
5 SiCp /Al 復合材料發展的建議與對策
SiCp /Al 復合材料作為一種新的結構材料有著
廣闊的發展前景, 但要實現產業化還需做大量的研
究工作。除了要對SiCp/Al 復合材料的制備工藝、界
面結合狀態、增強機制等方面的內容做進一步研究，
其相關領域的研究及發展也應給予重視。
5.1 現有制備工藝進一步完善和新工藝的開發
現有工藝制備方法雖然已經成功製造了復合材
料，但很難用於工業化生產且尚處於實驗室研究階
段[18]。SiC 顆粒存在於鋁液中，使金屬液粘度提高，流動
性降低，鑄造時充填性變差，當顆粒含量增加至20%或
在較低溫度(<730℃)時，流動性急劇降低以致於無法正
常澆注。另外，SiC顆粒具有較大的表面積， 表面能較
大，易吸附氣體並帶入金屬液中，而金屬液粘度大也易
捲入氣體並難以排出，產生氣孔缺陷。因此，對現有工
藝的進一步完善和新工藝的開發成為下一步研究工作
的主要任務。
5.2 後續加工工藝的研究
金屬基復合材料的切削加工、焊接、熱處理等後
續加工工藝的研究較少，成為限制其應用的瓶頸。高
強度、高硬度增強體的加入使金屬基復合材料成為
難加工材料[18-19]，而由於增強體與基體合金的熱膨脹
系數差異大引起位錯密度的提高， 也使金屬基復合
95
Hot Working Technology 2011, Vol.40, No.12
材料熱處理技術Material & Heat Treatment 2011 年6 月
材料的時效行為與基體合金有所不同[20]。另外，增強
體影響焊接熔池的粘度和流動性， 並與基體金屬發
生化學反應限制了焊接速度， 給金屬基復合材料的
焊接造成了極大困難。因此， 解決可焊性差的問題
也成為進一步研究的主要方向。
5.4 環境性能方面的改善
金屬基復合材料的環境性能方面的研究， 即如
何解決金屬基復合材料與環境的適應性， 實現其廢
料的再生循環利用也引起了一些學者的重視， 這個
問題關繫到有效利用資源，實現社會可持續發展，因
此， 關於環境性能方面的研究將是該領域今後研究
的熱點。由於鋁基復合材料是由兩種或兩種以上組
織結構、物理及化學性質不同的物質結合在一起形
成一類新的多相材料， 其回收再利用的技術難度要
比傳統的單一材料大得多。隨著鋁基復合材料的批
量應用，必然面臨廢料回收的問題，通過對復合材料
的回收再利用， 不但可減少廢料對環境的污染還可
減低鋁基復合材料的制備成本、降低價格，增加與其
他材料的競爭力，有利於促進自身的發展。文獻[21]
配製了混合鹽溶劑， 採用熔融鹽法成功地分離出顆
粒增強鋁基復合材料中的增強材料，研究結果表明，
利用該技術處理顆粒增強鋁基復合材料， 其回收利
用率可達85%。
6 結語
與鋁合金基體相比， 鋁基復合材料具有更高的
使用溫度、模量和強度，熱穩定性增加及更好的耐磨
損性能，它的應用將越來越廣泛。然而，在目前的
研究中仍然存在許多疑問和有待解決的問題， 例如
怎樣去克服鋁基復合材料突出的界面問題， 並且力
求研究結果有助於改善生產應用問題； 在制備過程
前後， 怎樣通過熱處理手段來改善成品的各方面性
能；如何利用由於熱失配造成的內、外應力使材料服
役於各種環境。此外，原位反應中仍不免其他副反應
夾雜物存在， 同時對增強體的體積分數也難以精確
控制，這些都是亟待研究解決的問題。
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⑺ 鋁基復合材料的特點

復合材料可分為三類：聚合物基復合材料（PMCs）、金屬基復合材料（MMCs）、陶瓷基復合材料（CMCs）。金屬基復合材料基體主要是鋁、鎳、鎂、鈦等。鋁在製作復合材料上有許多特點,如質量輕、密度小、可塑性好,鋁基復合技術容易掌握,易於加工等。此外,鋁基復合材料比強度和比剛度高,高溫性能好,更耐疲勞和更耐磨,阻尼性能好,熱膨脹系數低。同其他復合材料一樣,它能組合特定的力學和物理性能,以滿足產品的需要。因此,鋁基復合材料已成為金屬基復合材料中最常用的、最重要的材料之一。按照增強體的不同,鋁基復合材料可分為纖維增強鋁基復合材料和顆粒增強鋁基復合材料。纖維增強鋁基復合材料具有比強度、比模量高,尺寸穩定性好等一系列優異性能,但價格昂貴,目前主要用於航天領域,作為太空梭、人造衛星、空間站等的結構材料。顆粒增強鋁基復合材料可用來製造衛星及航天用結構材料、飛機零部件、金屬鏡光學系統、汽車零部件;此外還可以用來製造微波電路插件、慣性導航系統的精密零件、渦輪增壓推進器、電子封裝器件等。

⑻ 什麼是鋁基復合材料 急急急急急急急急！！！！

補充2樓，鋁基復合材料具有高比強度和高比模量，在高溫是能保持高強度，主要用於航天領域，作為太空梭，人造衛星和空間站的結構材料。這種是以碳，硼纖維為主的連續增強鋁基復合材料。還一種是非連續增強鋁基復合材料，主要以短纖維，晶須，顆粒增強的鋁基復合材料。