颗粒增强铝基复合材料的制备方法及其存在的问题20091311
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。
颗粒增强铝基复合材料的研究
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。
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。
陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法及研究进展
陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法及研究进展陶瓷颗粒增强金属基复合材料是一种具有优异性能和广泛应用前景的新型材料。
它通过在金属基体中添加陶瓷颗粒来增强材料的硬度、强度和耐磨性，同时保持金属基体的良好导电性和导热性能。
本文将介绍陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法以及在研究中取得的一些进展。
制备陶瓷颗粒增强金属基复合材料的方法主要有粉末冶金法、溶液浸渗法、电沉积法、电子束熔化沉积法等。
其中粉末冶金法是最常用的制备方法之一。
该方法将金属粉末和陶瓷颗粒混合后进行压制成型，再通过烧结或熔化处理将其获得一定形状的复合材料。
溶液浸渗法是将金属基体浸渍在含有陶瓷颗粒的溶液中，通过溶液中陶瓷颗粒的沉淀在金属基体上形成复合材料。
电沉积法是在金属基体表面通过电极或电解质中的陶瓷颗粒进行沉积。
电子束熔化沉积法是将金属粉末和陶瓷粉末进行混合后，通过电子束熔化沉积在金属基体上形成复合材料。
以上方法各有优劣，研究人员可以根据需要选择适合的方法进行制备。
陶瓷颗粒增强金属基复合材料在材料科学领域中有着广泛的应用。
钛基复合材料在航空航天、汽车制造和医疗器械等领域中有着重要的应用，陶瓷颗粒的添加可以提高材料的硬度和强度，增加材料的耐磨性和耐腐蚀性。
陶瓷颗粒增强金属基复合材料还可以用于制备高温结构材料，例如钨铁合金和钨铜合金等。
在陶瓷颗粒增强金属基复合材料的研究中，主要关注材料的成分设计、制备工艺和性能表征等方面。
研究人员通过优化金属基体和陶瓷颗粒的配比、粒度和分布等参数来调控材料的力学性能和热物理性能。
研究人员还对材料的界面结构和界面相互作用进行了深入的研究，以提高材料的界面连接强度和阻尼性能。
通过这些研究工作，陶瓷颗粒增强金属基复合材料的性能得到了显著的改善，为其在工程实践中的应用提供了有力支持。
陶瓷颗粒增强金属基复合材料具有广泛的应用前景，其制备方法和研究进展一直是材料科学领域的研究热点。
随着研究工作的不断深入，相信陶瓷颗粒增强金属基复合材料将在各个领域中展现出更大的潜力和价值。
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颗粒增强铝基复合材料的制备方法及其存在的问题冶金0901班张莹20091311近年来，随着不断追求轻量化、高性能化、长寿命、高效能的发展目标带动牵引了轻质高强多功能颗粒增强铝基复合材料的持续发展。
提出的低密度、高比强度、高比模量、低膨胀、高导热、高可靠等优异以及良好的抗磨耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀等综合性能要求，传统轻质材料已很难全面满足要求，如铝合金模量低、线胀系数较大; 钛合金密度较大、热导率极低; 纤维增强树脂基复合材料在空间环境下使用易老化等，颗粒增强铝基复合材料经过30 多年的发展，已在国外航空航天领域得到了规模应用，这充分验证了与铝合金、钛合金、纤维树脂基复合材料等传统材料相比具有的显著性能优势，奠定了颗粒增强铝基复合材料在材料体系中的地位和竞争态势。
而且更重要的是，在世界范围内有丰富的铝资源，加之易于进行工艺加工成型和处理，因而制各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，可广泛应用于航空航天、军事、汽车、电子、体育运动等领域，因此，这种材料在国内外受到普遍重视。
颗粒增强铝基复合材料已成为当下世界金属基复合材料研究领域中的一个最为重要的热点，各国已经相继进入了颗粒增强铝基复台材料的应用开发阶段，在美国和欧洲发达国家，该类复台材料的工业应用已开始，并且被列为二十一世纪新材料应用开发的重要方向并日益向工业规模化生产和应用的方向发展。
本文旨在探讨颗粒增强铝基复合材料的制备方法及在亟待解决的各方面的问题，推进其应用发展的进程。
主要制备方法介绍：增强体颗粒的分布均匀性和界面结合状况是影响复合材料性能的重要因素。
因此，如何使增强体颗粒均匀分布于铝基体井与铝基体形成良好的界面结台是颗粒增强铝基复台材料制备过程中必须解决的两个最关键问题。
以下是制备颗粒增强铝基复合材料的一些方法：1、原位法原位法的原理是通过元素间或元素与化合物之间反应制备陶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，下面进行简略介绍。
（1）自蔓延高温合成法：该技术是利用热脉冲使放热反应起始于反应剂粉末压坯的一端，其生成热使邻近的粉末温度骤然升高．发生化学反应并以燃烧波的形式蔓延通过整个反应物，当燃烧波推行前移时反应物转变成产物。
该技术的特点是在无需外加热源的情况下，利用高放热化学反应放出的热量使其在引发后自身延续合成材料，节能，粉末纯度高，粒径细小，活性高，易于烧结并能获得高性能的材料。
（2）原位热压放热反应合成法：该技术是在原位热压技术的基础上发展起来的一种新下艺。
在制备过程中将反应物的物料混合或与某种基体原料混合后通过热压工艺制备，组成物相在热压过程中原位生成。
该技术的突出优点是利用燃烧合成过程的放热反应，在产物处于反应高温时，施加一定的压力。
使材料的致密与反应合成同时完成。
获得了事半功倍的效果。
（3）放热弥散技术：这种方法法是美国一个实验室在自蔓延法的基础上改进而来的。
其原理是利用两组分间的放热反应得到第三种组分，制得含有很高增强体体积分数的中间合金，然后进行挤压、轧制制得复合材料旧，或者与主要合金混合重熔使之得到所需含量的颗粒增强体（4）反应自发浸渗技术：该技术是指将基体合金锭和反应物的混合粉料或压坯在一定气氛条件下同时加热。
合金熔化后在毛细力的作用下自发浸渗到反应物孔隙内，并同时发生反应生成细小的、热力学稳定的陶瓷增强体旧。
这种技术的优点是：①可以制备各种大小部件；②强化相的体积分数可达60％；③强化相种类较多，有A1203、AlN、SiC、MgO等；④原料成本低，工艺简单；⑤能够制备大体积分数增强体，可近终成形等。
（5）接触反应法：接触反应法是我国哈尔滨工业大学等单位在其他方法的基础上开发的一种新工艺。
其工艺原理是：将反应元素粉末按一定比例混匀，并压实成预制块，然后用钟罩等工具将预制块压入一定温度的金属液中。
在金属液的高温作用下，预制块中的元素发生化学反应，生成所需的增强相，搅拌后浇注成型。
（6）混合盐反应法：混合盐法是根据铝合金晶粒细化剂生产工艺提出的一种生产复合材料的工艺。
其基本工艺是将混合盐放入铝熔体中，混合盐在高温下分解出Ti和B，它们反应原位生成TiB2颗粒增强铝基复合材料。
研究结果表明，当混合盐加入量为基体的20％时，TiB2颗粒分布最均匀，且获得的复合材料性能最好，但吹气精炼时则使复合材料强度下降。
（7）气液反应合成法技术：该技术是目前比较成熟的技术之一，该技术的普遍做法是将含氮气体或含碳气体充人铝熔体或A1，Si合金熔体中，反应生成AlN或SiC强化粒子例。
生成的强化相粒子粒度细小，工艺连续性好，可获得直接使用的铝基复合材料铸件例。
混合盐作为原位合成方法中的一种，具有工艺简单，周期短，无需真空和惰性气体保护。
可直接浇注成形，易于批量生产和推广。
是一种以经济的方式获得高性能复合材料的方法，是目前研究得最多、发展最快的原位技术方法。
（8）反应喷射沉积法：分为反应喷雾沉积法和反应低压等离子喷射沉积法。
反应喷雾沉积法是利用特殊的液体分散器，在氧化性气氛中，将铝液分散成大量微小的液滴，使其表面氧化生成Al203膜，而后这些带有Al203的薄膜的液滴沉积在一起时，液滴间相互碰撞使表层Al203膜破碎并分散开来，同时内部铝液迅速冷却凝固。
最终形成具有弥散分布了Al203粒子的铝基复合材料。
反应低压等离子喷射沉积法、法是将喷射室预先抽成真空后，通人某些气体如时、He、N2和H2等使气压升至数千帕；然后用等离子弧发生器将通人喷射室的气体加热和电离，形成高温高速的等离子射流。
熔化和雾化金属物料，同时在这种高能等离子体的轰击撞碰下，反应气体如CH4、N2等和金属小液滴吸收能量而相互反应，生成相应的陶瓷颗粒，再与剩余的金属液滴一起沉积后即得到这种陶瓷颗粒增强的金属基复合材料。
这两种技术均结合了快速熔化、凝同的特点。
在保证了细晶基体和增强颗粒分布均匀的同时，也保证了氧化颗粒与基体良好的化学或冶金结合。
同时，由于其工艺成本较低、生产效率高，因此具有很好的发展应用前景。
（9）熔体直接反应法：熔体直接反应法是将含有增强颗粒形成元素的固体颗粒或粉末在某一温度加到熔融铝合金表面，然后搅拌使反应充分进行，从而制备内生增强的复合材料印。
原位法固然有许多优点，但也存在一定的问题：1）化相的种类有限，限制了材料的研发种类。
2）对制备过程中材料微观组织的形成规律有待深入认识。
3）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。
4）界面问题。
界面的结构和结合强度极大地影响材料的性能，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。
5）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。
6）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一。
2、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。
是在雾化器内将陶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，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。
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：颗粒在熔体内部原位反应生成，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。
多层喷射沉积技术可以实现增强颗粒与合金雾化液滴在空中捕获粘结，实现基体与增强颗粒之间良好的冶金结合，再采用热挤压工艺使复合材料致密化。
通过基体发生强烈塑性变形带动增强颗粒发生再分布，从而改善增强颗粒在材料中的微观均匀性，改善或消除微区域内增强体颗粒的偏聚。
该技术有效地解决了颗粒在基体中分布不匀和利用率较低的难题。
3、铸造法铸造法是液态法的主要方法，其关键是把固相增强颗粒均匀地散布于液态铝中，并使其最终弥散地分布在所形成的同态基体中。
铸造法按增强材料与金属液体的混合方式不同。
可分为搅拌铸造、正压铸造、无压浸渗法等方法。
（1）搅拌铸造法：目前所采用的有液态机械搅拌法及半同态机械搅拌法。
前者是通过搅拌器的旋转运动使增强材料均匀分布在液体中，然后浇注成型。
此法所用设备简单，操作方便，但增强颗粒不易与基体材料混合均匀，且材料的吸气较严重。
后者是利用合金在同液温度区间经搅拌后得到的流变性质，将增强颗粒搅人半固态溶液中，依靠半同态金属的粘性阻止增强颗粒因密度差而浮沉来制备复合材料。
此法能获得增强颗粒均匀分布的复合材料，但只适应于有固液相温度区间的基体合金材料。
搅拌熔铸法制备复合材料的过程中，由于碳化硅增强体颗粒与铝溶液润湿性差，因此，实现增强体颗粒均匀分布较为困难，同时，增强体颗粒极易与铝溶液发生严重化学反应，因此，界面结合也较差。
此外，添加的增强体颗粒的尺寸通常较大，体积含量一般为20％左右，与其他方法相比，该方法制备的复合材料力学性能较差，但制备成本最低。
（2）正压铸造法：正压铸造按加压方式分为挤压铸造和离心铸造。
挤压铸造法该法就是将碳化硅预制件放人经过精密加工的石墨浇铸模中，预热到一定温度，加入熔化的铝合金液在压力作用下先渗入模壁间隙中，液体在压头作用下渗入预制块，并在压力下凝固。
最后去压，冷却。
该工艺中预制件的预热温度、铝合金液的渗入温度、压力大小、冷却速度是关键工艺参数。
该法施加压力可以较大，生产时间短，渗透可以在几分钟完成，工艺的稳定性好；缺点就是需要高压设备及密封良好的耐高压模具，所以生产费用较高，在生产形状复杂的零件方面限制很大。