碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料研究現(xiàn)狀及發(fā)展 論文一篇，要綜述性的東西，不能有實(shí)驗(yàn)和計(jì)算內(nèi)容。 哪里可以購買碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料
碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
摘要：綜述了鋁基復(fù)合材料的發(fā)展歷史及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)闡述了碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備工藝的
發(fā)展現(xiàn)狀。同時(shí)說明了碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料研究中仍存在的問題，在此基礎(chǔ)上展望了該復(fù)合材料的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：SiCp /Al 復(fù)合材料； 制備方法
中圖分類號(hào)：TB333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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
introduced, 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?yàn)椴?br />料加工工程;電話:0391-3987472;E-mail:zxjdaili@126.com
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(shù)
應(yīng)用進(jìn)行了廣泛的關(guān)注和研究，從材料的制備工藝、
組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)行為及斷裂韌性等方面做了許多基
礎(chǔ)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(lǐng)域開始得到實(shí)際應(yīng)用。SiC 來源于工業(yè)
磨料，可成百噸的生產(chǎn)，價(jià)格便宜，SiC 顆粒強(qiáng)化鋁基
復(fù)合材料被美國視為有突破性進(jìn)展的材料， 其性能
可與鈦合金媲美，而價(jià)格還不到鈦合金的1/10。碳化
硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是最近20 年來在世界范
圍內(nèi)發(fā)展最快、應(yīng)用前景最廣的一類不連續(xù)增強(qiáng)金
屬基復(fù)合材料，被認(rèn)為是一種理想的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，
尤其在機(jī)動(dòng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、缸頭(缸蓋)、缸體等關(guān)
鍵產(chǎn)品和航空工業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景[5-7]。
在1986 年，美國DuralAluminumComposites 公
司發(fā)明了碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁硅合金的新技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)
了鑄造鋁基復(fù)合材料的大規(guī)模生產(chǎn)， 以鑄錠的形式
供給多家鑄造廠制造各種零件[8-9]。美國Duralcan 公
司在加拿大己建成年產(chǎn)11340 t 的SiC/Al 復(fù)合材料
型材、棒材、鑄錠以及復(fù)合材料零件的專業(yè)工廠。目
前，Duralcan 公司生產(chǎn)的20%SiCp /A356Al 復(fù)合材
料的屈服強(qiáng)度比基體鋁合金提高75%、彈性模量提
高30%、熱膨脹系數(shù)減小29%、耐磨性提高3～4
倍。美國DWA 公司生產(chǎn)的碳化硅增強(qiáng)復(fù)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(fù)合材料被
成功用于航空航天、電子工業(yè)、先進(jìn)武器系統(tǒng)、光學(xué)
精密儀器、汽車工業(yè)和體育用品等領(lǐng)域，并取得巨大
經(jīng)濟(jì)效益。表1 列舉了一些SiCp/Al 復(fù)合材料的力
學(xué)性能。
目前國內(nèi)從事研制與開發(fā)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁復(fù)
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(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西北工業(yè)
大學(xué)、國防科技大學(xué)等。哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的
SiCw/Al 用于某衛(wèi)星天線絲桿，北京航空材料研究院
研制的SiCp/Al 用于某衛(wèi)星遙感器定標(biāo)裝置[10-11]。
國內(nèi)到目前為止還沒有出現(xiàn)高質(zhì)量高性能的碳
化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料， 雖然部分性能已達(dá)到
國外產(chǎn)品的指標(biāo)， 但在產(chǎn)品的尺寸精度上還存在不
小的差距，另外制造成本太高，離工業(yè)化生產(chǎn)還有一
段距離要走。
2 鋁基復(fù)合材料的性能特征
(1)高比強(qiáng)度、比模量由于在金屬基體中加入
了適量的高強(qiáng)度、高模量、低密度的增強(qiáng)物，明顯提
高了復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量， 特別是高性能連
續(xù)纖維，如硼纖維、碳(石墨)纖維、碳化硅纖維等增
強(qiáng)物，他們具有很高的強(qiáng)度和模量[1]。
(2)良好的高溫性能，使用溫度范圍大增強(qiáng)纖
維、晶須、顆粒主要是無機(jī)物，在高溫下具有很好的
高溫強(qiáng)度和模量， 因此金屬基復(fù)合材料比基體金屬
有更高的高溫性能。特別是連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基基
復(fù)合材料，其高溫性能可保持到接近金屬熔點(diǎn)，并比
金屬基體的高溫性能高許多。
(3)良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能金屬基復(fù)合材料中
金屬基體占有很高的體積百分?jǐn)?shù)， 一般在60%以
上，因此仍保持金屬的良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能。
(4)良好的耐磨性金屬基復(fù)合材料，特別是陶
瓷纖維、晶須、顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料具有很好的
耐磨性。這是由于在基體中加入了大量細(xì)小的陶瓷
顆粒增強(qiáng)物，陶瓷顆粒硬度高、耐磨、化學(xué)性能穩(wěn)定，
用它們來增強(qiáng)金屬不僅提高了材料的強(qiáng)度和剛度，
也提高了復(fù)合材料的硬度和耐磨性。
(5)熱膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性好金屬基復(fù)合
材料中所用的增強(qiáng)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(shù)，特別是超高
模量的石墨纖維具有負(fù)熱膨脹系數(shù)， 加入相當(dāng)含量
的此類增強(qiáng)物可降低材料膨脹系數(shù)， 從而得到熱膨
脹系數(shù)小于基體金屬、尺寸穩(wěn)定性好的金屬基復(fù)合
材料。
(6)良好的抗疲勞性和斷裂韌性影響金屬基復(fù)
合材料抗疲勞性和斷裂韌性的因素主要有增強(qiáng)物與
復(fù)合體系制備工藝
增強(qiáng)體含量
(vol,%)
拉伸強(qiáng)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(qiáng)鋁基復(fù)合材料的力學(xué)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(shù)Material & Heat Treatment 2011 年6 月
金屬基體的界面結(jié)合狀態(tài)、金屬基體與增強(qiáng)物本身
的特性以及增強(qiáng)物在基體中的分布等。特別是界面
結(jié)合強(qiáng)度適中，可以有效傳遞載荷，又能阻止裂紋擴(kuò)
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(zhì)穩(wěn)定、組織致密，不存在老化、分解、吸潮等問
題，也不會(huì)發(fā)生性能的自然退化，在空間使用不會(huì)分解
出低分子物質(zhì)而污染儀器和環(huán)境，有明顯的優(yōu)勢。
(8)較好的二次加工性能可利用傳統(tǒng)的熱擠壓、
鍛壓等加工工藝及設(shè)備實(shí)現(xiàn)金屬基復(fù)合材料的二次
加工。由于鋁基復(fù)合材料不但具有金屬的塑性和韌
性，而且還具有高比強(qiáng)度、比模量、對(duì)疲勞和蠕變的
抗力大、耐熱性好等優(yōu)異的綜合性能。尤其在最近
20 年以來， 鋁基復(fù)合材料獲得了驚人的發(fā)展速度，
表2 列舉了一些鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能。
3 主要應(yīng)用領(lǐng)域
3.1 在航空航天及軍事領(lǐng)域的應(yīng)用
美國ACMC 公司和亞利桑那大學(xué)光學(xué)研究中
心合作，研制成超輕量化空間望遠(yuǎn)鏡和反射鏡，該望
遠(yuǎn)鏡的主鏡直徑為0.3m，僅重4.54kg。ACMC 公司
用粉末冶金法制造的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料
還用于激光反射鏡、衛(wèi)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?jǐn)?shù)的SiCp/Al代
替鈹材，用于慣性環(huán)形激光陀螺儀制導(dǎo)系統(tǒng)、三叉戟
導(dǎo)彈的慣性導(dǎo)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(jì)80 年代美國洛克希德.馬
丁公司將DWA 公司生產(chǎn)的25%SiCp /6061Al 用作
飛機(jī)上承載電子設(shè)備的支架，其比剛度比7075 鋁合
金約高65%；美國將SiCp/6092Al 用于F-16 戰(zhàn)斗機(jī)
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(shí)提高到8000 小時(shí)左右，壽命
提高17 倍，可大幅度降低檢修次數(shù)，提高飛機(jī)的機(jī)
動(dòng)性，還可用于F-16 的導(dǎo)彈發(fā)射軌道；英國航天金
屬及復(fù)合材料公司(AMC)采用高能球磨粉末冶金法
研制出高剛度﹑ 耐疲勞的SiCp/2009Al， 成功用于
Eurocopter 公司生產(chǎn)的N4 及EC-120 新型直升
機(jī)[12]；采用無壓浸滲法制備的高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al 作
為印刷電路板芯板用于F-22“猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)的遙控
自動(dòng)駕駛儀、發(fā)電元件、飛行員頭部上方顯示器、電
子計(jì)數(shù)測量陣列等關(guān)鍵電子系統(tǒng)上， 以代替包銅的
鉬及包銅的鍛鋼，可使質(zhì)量減輕70%，同時(shí)降低了
電子模板的工作溫度；SiCp/Al 印刷電路板芯板已用
于地軌道全球移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)； 作為電子封裝材
料，還可用于火星“探路者”和“卡西尼”土星探測器
等航天器上。美國采用高體積分?jǐn)?shù)SiCp /Al 代替
Cu-W 封裝合金作為電源模塊散熱器，已用于EV1 型
電動(dòng)轎車和S10 輕型卡車上；美國將氧化反應(yīng)浸滲法
制備的SiC-Al2O3/Al 作為附加裝甲，用于“沙漠風(fēng)暴”
地面進(jìn)攻的裝甲車；美國GardenGrove 光學(xué)器材公司
用SiCp/Al 制備Leopardl 坦克火控系統(tǒng)瞄準(zhǔn)鏡。
3.2 在汽車工業(yè)中的應(yīng)用
由山東大學(xué)與曲阜金皇活塞有限公司聯(lián)合研制
的SiCp /Al 活塞已用于摩托車及小型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)；
自20 世紀(jì)90 年代以來， 福特和豐田汽車公司開始
采用Alcan 公司的20%SiC/Al-Si 來制作剎車盤；美
國Lanxide 公司生產(chǎn)的SiCp/Al 汽車剎車片于1996
年投入批量生產(chǎn)[13]；德國已將該材料制作的剎車盤
成功應(yīng)用于時(shí)速為160km/h 的高速列車上。整體采
用鍛造的SiCp/Al 活塞已成功用于法拉利生產(chǎn)的一
級(jí)方程式賽車。
3.3 在運(yùn)動(dòng)器械上的應(yīng)用
BP 公司研制的20%SiCp/2124Al 自行車框架已
在Raleigh 賽車上使用；SiCp /Al 復(fù)合材料可應(yīng)用于
自行車鏈輪、高爾夫球頭和網(wǎng)球拍等高級(jí)體育用品；
在醫(yī)療上用于假體的制造。
4 制備及成型方法
一般來說， 根據(jù)鋁基體狀態(tài)的不同，SiCp/Al 的
制備方法大致可分為固態(tài)法和液態(tài)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(tài)金屬擴(kuò)散法，該方法由于克
增強(qiáng)相/ 基體增強(qiáng)相含量
拉伸強(qiáng)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(fù)合材料的力學(xué)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(shù)
服了碳化硅顆粒與鋁合金熔液潤濕困難的缺點(diǎn)，因而
是最先得到發(fā)展并用于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(jié)(或熱等靜壓)一熱機(jī)械加工(熱擠、軋、鍛)。
粉末冶金法的優(yōu)點(diǎn)在于碳化硅粉末和鋁合金粉
末可以按任何比例混合，而且配比控制準(zhǔn)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(yīng)、質(zhì)量穩(wěn)定，增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)可較高，可選
用細(xì)小增強(qiáng)體顆粒。缺點(diǎn)是設(shè)備成本高，顆粒不容易
均勻混合，容易出現(xiàn)較多孔隙，要進(jìn)行二次加工，以
提高機(jī)械性能，但往往在后續(xù)處理過程中不易消除；
所制零件的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸都受到一定的限制，粉
末冶金技術(shù)工藝程序復(fù)雜，燒結(jié)須在在密封、真空或
保護(hù)氣氛下進(jìn)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(guī)模應(yīng)用。
4.2 噴射沉積法
噴射沉積法是1969 年由Swansea 大學(xué)Singer
教授首先提出[14]，并由Ospray 金屬有限公司發(fā)展成
工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的制造技術(shù)。該方法的基本原理是：對(duì)
鋁合金基體進(jìn)行霧化的同時(shí)，加入SiC 增強(qiáng)體顆粒，
使二者共同沉積在水冷襯板上， 凝固得到鋁基復(fù)合
材料。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是增強(qiáng)體與基體熔液接觸時(shí)間
短，二者反應(yīng)易于控制；對(duì)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，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)
化生產(chǎn)。缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴，所制備的材料由于孔隙率
高而質(zhì)量差必須進(jìn)行二次加工， 一般僅能制成鑄錠
或平板； 大量增強(qiáng)顆粒在噴射過程中未能與霧化的
合金液滴復(fù)合， 造成原材料損失大， 工藝控制較復(fù)
雜，增強(qiáng)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(qiáng)烈攪拌在合
金液中形成渦漩的負(fù)壓抽吸作用， 將增強(qiáng)體顆粒吸
入基體合金液體中。具體工藝路線：將顆粒增強(qiáng)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(qiáng)體顆粒均勻地分散在金屬熔體
中，以達(dá)到相互混合均勻與浸潤的目的，復(fù)合成顆粒
增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料熔體。然后可澆鑄成錠坯、鑄件
等使用。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：工藝簡單、設(shè)備投資少、生
產(chǎn)效率高、制造成本低、可規(guī)模化生產(chǎn)。缺點(diǎn)是：加入
的增強(qiáng)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(jìn)入金屬液或在金屬液中容易團(tuán)聚
和聚集；普遍存在界面反應(yīng)，強(qiáng)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，只能制成鑄錠，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(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑粘
結(jié)，制成預(yù)制塊放入澆注模型中，預(yù)熱到一定的溫度，
然后澆入基體金屬液，立即加壓，使熔融的金屬熔液浸
滲到預(yù)制塊中，最后去壓、冷卻凝固形成SiCp/Al。該方
法的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備較簡單且投資少，工藝簡單且穩(wěn)定
性較好，生產(chǎn)周期短，易于工業(yè)化生產(chǎn)，能實(shí)現(xiàn)近無余
量成型，增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)較高，基本無界面反應(yīng)。缺點(diǎn)
是容易出現(xiàn)氣體或夾雜物，缺陷比較多，需增強(qiáng)顆粒
需預(yù)先制成預(yù)成型體， 預(yù)成型體對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響大，
模具造價(jià)高，而且復(fù)雜零件的生產(chǎn)比較困難。
5 SiCp /Al 復(fù)合材料發(fā)展的建議與對(duì)策
SiCp /Al 復(fù)合材料作為一種新的結(jié)構(gòu)材料有著
廣闊的發(fā)展前景, 但要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需做大量的研
究工作。除了要對(duì)SiCp/Al 復(fù)合材料的制備工藝、界
面結(jié)合狀態(tài)、增強(qiáng)機(jī)制等方面的內(nèi)容做進(jìn)一步研究，
其相關(guān)領(lǐng)域的研究及發(fā)展也應(yīng)給予重視。
5.1 現(xiàn)有制備工藝進(jìn)一步完善和新工藝的開發(fā)
現(xiàn)有工藝制備方法雖然已經(jīng)成功制造了復(fù)合材
料，但很難用于工業(yè)化生產(chǎn)且尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階
段[18]。SiC 顆粒存在于鋁液中，使金屬液粘度提高，流動(dòng)
性降低，鑄造時(shí)充填性變差，當(dāng)顆粒含量增加至20%或
在較低溫度(<730℃)時(shí)，流動(dòng)性急劇降低以致于無法正
常澆注。另外，SiC顆粒具有較大的表面積， 表面能較
大，易吸附氣體并帶入金屬液中，而金屬液粘度大也易
卷入氣體并難以排出，產(chǎn)生氣孔缺陷。因此，對(duì)現(xiàn)有工
藝的進(jìn)一步完善和新工藝的開發(fā)成為下一步研究工作
的主要任務(wù)。
5.2 后續(xù)加工工藝的研究
金屬基復(fù)合材料的切削加工、焊接、熱處理等后
續(xù)加工工藝的研究較少，成為限制其應(yīng)用的瓶頸。高
強(qiáng)度、高硬度增強(qiáng)體的加入使金屬基復(fù)合材料成為
難加工材料[18-19]，而由于增強(qiáng)體與基體合金的熱膨脹
系數(shù)差異大引起位錯(cuò)密度的提高， 也使金屬基復(fù)合
95
Hot Working Technology 2011, Vol.40, No.12
材料熱處理技術(shù)Material & Heat Treatment 2011 年6 月
材料的時(shí)效行為與基體合金有所不同[20]。另外，增強(qiáng)
體影響焊接熔池的粘度和流動(dòng)性， 并與基體金屬發(fā)
生化學(xué)反應(yīng)限制了焊接速度， 給金屬基復(fù)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(jìn)一步研究的主要方向。
5.4 環(huán)境性能方面的改善
金屬基復(fù)合材料的環(huán)境性能方面的研究， 即如
何解決金屬基復(fù)合材料與環(huán)境的適應(yīng)性， 實(shí)現(xiàn)其廢
料的再生循環(huán)利用也引起了一些學(xué)者的重視， 這個(gè)
問題關(guān)系到有效利用資源，實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，因
此， 關(guān)于環(huán)境性能方面的研究將是該領(lǐng)域今后研究
的熱點(diǎn)。由于鋁基復(fù)合材料是由兩種或兩種以上組
織結(jié)構(gòu)、物理及化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)結(jié)合在一起形
成一類新的多相材料， 其回收再利用的技術(shù)難度要
比傳統(tǒng)的單一材料大得多。隨著鋁基復(fù)合材料的批
量應(yīng)用，必然面臨廢料回收的問題，通過對(duì)復(fù)合材料
的回收再利用， 不但可減少廢料對(duì)環(huán)境的污染還可
減低鋁基復(fù)合材料的制備成本、降低價(jià)格，增加與其
他材料的競爭力，有利于促進(jìn)自身的發(fā)展。文獻(xiàn)[21]
配制了混合鹽溶劑， 采用熔融鹽法成功地分離出顆
粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料，研究結(jié)果表明，
利用該技術(shù)處理顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料， 其回收利
用率可達(dá)85%。
6 結(jié)語
與鋁合金基體相比， 鋁基復(fù)合材料具有更高的
使用溫度、模量和強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性增加及更好的耐磨
損性能，它的應(yīng)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(fù)合材料突出的界面問題， 并且力
求研究結(jié)果有助于改善生產(chǎn)應(yīng)用問題； 在制備過程
前后， 怎樣通過熱處理手段來改善成品的各方面性
能；如何利用由于熱失配造成的內(nèi)、外應(yīng)力使材料服
役于各種環(huán)境。此外，原位反應(yīng)中仍不免其他副反應(yīng)
夾雜物存在， 同時(shí)對(duì)增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)也難以精確
控制，這些都是亟待研究解決的問題。
參考文獻(xiàn)：
[1] 于化順．金屬基復(fù)合材料及其制備技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)
出版社，2006．241．
[2] 吳人潔．復(fù)合材料[M]．天津：天津大學(xué)出版社，2000．
[3] 沃丁柱．復(fù)合材料大全[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000．
[4] 毛天祥．復(fù)合材料的現(xiàn)狀與發(fā)展[M]．合肥：中國科學(xué)技術(shù)大
學(xué)出版社，2000．
[5] 赫爾(Hull， D)．復(fù)合材料導(dǎo)論[M]．北京：中國建設(shè)工業(yè)出版
社，1989．
[6] 尹洪峰，任耘，羅發(fā)．復(fù)合材料及其應(yīng)用[M]．陜西：陜西科學(xué)
技術(shù)出版社，2003．
[7] 湯佩釗．復(fù)合材料及其應(yīng)用技術(shù)[M]．重慶：重慶大學(xué)出版社，
1998．
[8] 張守魁，王丹虹．?dāng)嚢梃T造制備顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料[J]．兵器材
料科學(xué)與工程，1997，20(6)：35-391．
[9] 韓桂泉，胡喜蘭，李京偉．無壓浸滲制備結(jié)構(gòu)/ 功能一體化鋁
基復(fù)合材料的性能及應(yīng)用[J]．航空制造技術(shù)，2006(01)：95．
[10] 李昊，桂滿昌，周彼德．?dāng)嚢梃T造金屬基復(fù)合材料的熱力學(xué)和
動(dòng)力學(xué)機(jī)制[J]．中國空間科學(xué)技術(shù)，1997，2(1)：9-161．
[11] 桂滿昌，吳潔君，王殿斌，等．鑄造ZL101A/SiCp
復(fù)合材料的研
究[J]．鑄造，2001，50(6)：332-3361．
[12] 任德亮，丁占來，齊海波，等．SiCp /Al 復(fù)合材料顯微結(jié)構(gòu)與性
能的研究[J]．航空制造技術(shù)，1999，(5)：53-551．
[13] Clyne T W，Withers P J．An Introduction to Metal Matrix
Composites [M]．London：Cambridge University Press，1993．
[14] Lee Konbae．Interfacial reaction in SiCp /Al composite fabricated
by pressureless infiltration [J]．Scripta. Materialia，1997，36(8)：
847．
[15] 張淑英， 張二林． 噴射共沉積金屬基復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀
[J]．宇航材料工藝，1996，(4)：4-5．
[16] Clegg A J．Cast metal matrix and composites [J]．The
Foundryman，1991，8：312-3191．
[17] Mortensen A， Jim I．Solidification processing of metal matrix
composites [J]．Inter. Mater. Rews.，1992，37(3)：101-128．
[18] Lloyd D J．Particle reinforced aluminium and magnesium
matrix composites [J]．Inter. Mater. Rews，1994，39(1)：218-
231．
[19] Quigleg O， Monagham M， O'Reilly P．Factors effecting the
machinability of Al/SiC metal matrix composite [J]．J. Mater.
Process.Tech.，1994，43：21-23．
[20] Looney L A， Monagham M， O'Reilly P．The turning of an
Al/SiC metal-matrix composite [J]．J. Mater. Process. Tech.，
1992，33：553-557．
[21] 費(fèi)良軍，朱秀榮，童文俊，等．顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料廢料回收的試驗(yàn)研究[J]．復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2001，18(1)：67-70．
有劍19454857088： 與金屬材料相比,復(fù)合材料的力學(xué)特性有什么特點(diǎn) -
翔安區(qū)凹面： ______ 材料的進(jìn)展是結(jié)構(gòu)發(fā)展的基礎(chǔ),但新材料的性能指標(biāo)則取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需求,復(fù)合材料從第一代到第二代的發(fā)展就經(jīng)歷了這樣的過程.當(dāng)復(fù)合材料在以剛度控制為主的尾翼構(gòu)件中應(yīng)用時(shí),在確定第一代復(fù)合材料體系(以T300為代表的碳纖維和...
有劍19454857088： 聚芳砜基復(fù)合材料的制備 -
翔安區(qū)凹面： ______ 羥基磷灰石(HA)是骨組織的主要無機(jī)成分,其生物相容性好,具有較高的生物活性,能夠與骨組織形成化學(xué)鍵合,但其脆性和不易加工性也限制了其應(yīng)用.聚己內(nèi)酯(PCL)是一種具有良好的生物相容性和物理機(jī)械性能的可降解聚酯材料,但缺乏生物活性.而天然骨主要是由納米HA和膠原質(zhì)構(gòu)成的,可看作在基體中含有納米晶體的雙相復(fù)合材料.因此,從仿生角度出發(fā),模擬人體骨的結(jié)構(gòu),以有機(jī)高分子特別是可降解高分子材料為基體,以HA為增強(qiáng)相制備的復(fù)合材料可以綜合二者的性能,揚(yáng)長避短,優(yōu)勢互補(bǔ),可望得到一種理想的骨修復(fù)材料.不要多想 這樣的提問沒有意義 很多煩惱都是我們自己找的
有劍19454857088： 碳化硅的英語翻譯 碳化硅用英語怎么說 -
翔安區(qū)凹面： ______ 碳化硅 [詞典] carborundum; [計(jì)] silicon carbide; silicon carbide; [例句]綜述了近年來碳化硅晶須和碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料時(shí)效行為的研究發(fā)展?fàn)顩r. The recent research development of ageing behavior of SiC whisker or particulate reinforced aluminum matrix composites is reviewed.
有劍19454857088： 有什么材料很薄有點(diǎn)重還要又韌度 -
翔安區(qū)凹面： ______ 絲綢
有劍19454857088： 鋁基復(fù)合材料的性能及應(yīng)用 -
翔安區(qū)凹面： ______ 鋁基復(fù)合材料由于具有密度小、熔化溫度低、高導(dǎo)熱性且成本低等特性,已經(jīng)得到世 界范圍內(nèi)的廣泛研究并日趨工業(yè)化.同時(shí)鋁基復(fù)合材料具有不吸潮、不老化、氣密性好、 耐有機(jī)液體和溶劑侵蝕等一系列優(yōu)點(diǎn).在航空航天、汽車、電子、光學(xué)等工業(yè)領(lǐng)域展示了
有劍19454857088： 為什么是復(fù)合材料?為什么說復(fù)合材料是材料科學(xué)發(fā)展的必然趨勢? -
翔安區(qū)凹面： ______ 新型材料替代傳統(tǒng)材料是一個(gè)必然的過程,每一個(gè)時(shí)期,都會(huì)有新東西的出現(xiàn).復(fù)合材料本身的性質(zhì),比如說質(zhì)輕高強(qiáng)、耐酸堿腐蝕、耐候性好等等,決定了它必然是材料科學(xué)的一個(gè)趨勢
有劍19454857088： 復(fù)合材料的性能怎么樣?
翔安區(qū)凹面： ______ 碳纖維增強(qiáng)碳、石墨纖維增強(qiáng)碳或石墨纖維增強(qiáng)石墨,構(gòu)成耐燒蝕材料,已用于航天器、火箭導(dǎo)彈和原子能反應(yīng)堆中.非金屬基復(fù)合材料由于密度小,用于汽車和飛機(jī)可減輕重量、提高速度、節(jié)約能源.用碳纖維和玻璃纖維混合制成的復(fù)合材料片彈簧,其剛度和承載能力與重量大5倍多的鋼片彈簧相當(dāng).
有劍19454857088： 怎樣選擇最合適的玻纖復(fù)合材料? -
翔安區(qū)凹面： ______ 你先打開設(shè)置菜單.在設(shè)置里面找到對(duì)應(yīng)的功能選項(xiàng)!
摘要：綜述了鋁基復(fù)合材料的發(fā)展歷史及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)闡述了碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備工藝的
發(fā)展現(xiàn)狀。同時(shí)說明了碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料研究中仍存在的問題，在此基礎(chǔ)上展望了該復(fù)合材料的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：SiCp /Al 復(fù)合材料； 制備方法
中圖分類號(hào)：TB333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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
introduced, 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?yàn)椴?br />料加工工程;電話:0391-3987472;E-mail:zxjdaili@126.com
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(shù)
應(yīng)用進(jìn)行了廣泛的關(guān)注和研究，從材料的制備工藝、
組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)行為及斷裂韌性等方面做了許多基
礎(chǔ)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(lǐng)域開始得到實(shí)際應(yīng)用。SiC 來源于工業(yè)
磨料，可成百噸的生產(chǎn)，價(jià)格便宜，SiC 顆粒強(qiáng)化鋁基
復(fù)合材料被美國視為有突破性進(jìn)展的材料， 其性能
可與鈦合金媲美，而價(jià)格還不到鈦合金的1/10。碳化
硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是最近20 年來在世界范
圍內(nèi)發(fā)展最快、應(yīng)用前景最廣的一類不連續(xù)增強(qiáng)金
屬基復(fù)合材料，被認(rèn)為是一種理想的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，
尤其在機(jī)動(dòng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、缸頭(缸蓋)、缸體等關(guān)
鍵產(chǎn)品和航空工業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景[5-7]。
在1986 年，美國DuralAluminumComposites 公
司發(fā)明了碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁硅合金的新技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)
了鑄造鋁基復(fù)合材料的大規(guī)模生產(chǎn)， 以鑄錠的形式
供給多家鑄造廠制造各種零件[8-9]。美國Duralcan 公
司在加拿大己建成年產(chǎn)11340 t 的SiC/Al 復(fù)合材料
型材、棒材、鑄錠以及復(fù)合材料零件的專業(yè)工廠。目
前，Duralcan 公司生產(chǎn)的20%SiCp /A356Al 復(fù)合材
料的屈服強(qiáng)度比基體鋁合金提高75%、彈性模量提
高30%、熱膨脹系數(shù)減小29%、耐磨性提高3～4
倍。美國DWA 公司生產(chǎn)的碳化硅增強(qiáng)復(fù)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(fù)合材料被
成功用于航空航天、電子工業(yè)、先進(jìn)武器系統(tǒng)、光學(xué)
精密儀器、汽車工業(yè)和體育用品等領(lǐng)域，并取得巨大
經(jīng)濟(jì)效益。表1 列舉了一些SiCp/Al 復(fù)合材料的力
學(xué)性能。
目前國內(nèi)從事研制與開發(fā)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁復(fù)
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(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西北工業(yè)
大學(xué)、國防科技大學(xué)等。哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的
SiCw/Al 用于某衛(wèi)星天線絲桿，北京航空材料研究院
研制的SiCp/Al 用于某衛(wèi)星遙感器定標(biāo)裝置[10-11]。
國內(nèi)到目前為止還沒有出現(xiàn)高質(zhì)量高性能的碳
化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料， 雖然部分性能已達(dá)到
國外產(chǎn)品的指標(biāo)， 但在產(chǎn)品的尺寸精度上還存在不
小的差距，另外制造成本太高，離工業(yè)化生產(chǎn)還有一
段距離要走。
2 鋁基復(fù)合材料的性能特征
(1)高比強(qiáng)度、比模量由于在金屬基體中加入
了適量的高強(qiáng)度、高模量、低密度的增強(qiáng)物，明顯提
高了復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量， 特別是高性能連
續(xù)纖維，如硼纖維、碳(石墨)纖維、碳化硅纖維等增
強(qiáng)物，他們具有很高的強(qiáng)度和模量[1]。
(2)良好的高溫性能，使用溫度范圍大增強(qiáng)纖
維、晶須、顆粒主要是無機(jī)物，在高溫下具有很好的
高溫強(qiáng)度和模量， 因此金屬基復(fù)合材料比基體金屬
有更高的高溫性能。特別是連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基基
復(fù)合材料，其高溫性能可保持到接近金屬熔點(diǎn)，并比
金屬基體的高溫性能高許多。
(3)良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能金屬基復(fù)合材料中
金屬基體占有很高的體積百分?jǐn)?shù)， 一般在60%以
上，因此仍保持金屬的良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能。
(4)良好的耐磨性金屬基復(fù)合材料，特別是陶
瓷纖維、晶須、顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料具有很好的
耐磨性。這是由于在基體中加入了大量細(xì)小的陶瓷
顆粒增強(qiáng)物，陶瓷顆粒硬度高、耐磨、化學(xué)性能穩(wěn)定，
用它們來增強(qiáng)金屬不僅提高了材料的強(qiáng)度和剛度，
也提高了復(fù)合材料的硬度和耐磨性。
(5)熱膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性好金屬基復(fù)合
材料中所用的增強(qiáng)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(shù)，特別是超高
模量的石墨纖維具有負(fù)熱膨脹系數(shù)， 加入相當(dāng)含量
的此類增強(qiáng)物可降低材料膨脹系數(shù)， 從而得到熱膨
脹系數(shù)小于基體金屬、尺寸穩(wěn)定性好的金屬基復(fù)合
材料。
(6)良好的抗疲勞性和斷裂韌性影響金屬基復(fù)
合材料抗疲勞性和斷裂韌性的因素主要有增強(qiáng)物與
復(fù)合體系制備工藝
增強(qiáng)體含量
(vol,%)
拉伸強(qiáng)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(qiáng)鋁基復(fù)合材料的力學(xué)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(shù)Material & Heat Treatment 2011 年6 月
金屬基體的界面結(jié)合狀態(tài)、金屬基體與增強(qiáng)物本身
的特性以及增強(qiáng)物在基體中的分布等。特別是界面
結(jié)合強(qiáng)度適中，可以有效傳遞載荷，又能阻止裂紋擴(kuò)
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(zhì)穩(wěn)定、組織致密，不存在老化、分解、吸潮等問
題，也不會(huì)發(fā)生性能的自然退化，在空間使用不會(huì)分解
出低分子物質(zhì)而污染儀器和環(huán)境，有明顯的優(yōu)勢。
(8)較好的二次加工性能可利用傳統(tǒng)的熱擠壓、
鍛壓等加工工藝及設(shè)備實(shí)現(xiàn)金屬基復(fù)合材料的二次
加工。由于鋁基復(fù)合材料不但具有金屬的塑性和韌
性，而且還具有高比強(qiáng)度、比模量、對(duì)疲勞和蠕變的
抗力大、耐熱性好等優(yōu)異的綜合性能。尤其在最近
20 年以來， 鋁基復(fù)合材料獲得了驚人的發(fā)展速度，
表2 列舉了一些鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能。
3 主要應(yīng)用領(lǐng)域
3.1 在航空航天及軍事領(lǐng)域的應(yīng)用
美國ACMC 公司和亞利桑那大學(xué)光學(xué)研究中
心合作，研制成超輕量化空間望遠(yuǎn)鏡和反射鏡，該望
遠(yuǎn)鏡的主鏡直徑為0.3m，僅重4.54kg。ACMC 公司
用粉末冶金法制造的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料
還用于激光反射鏡、衛(wèi)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?jǐn)?shù)的SiCp/Al代
替鈹材，用于慣性環(huán)形激光陀螺儀制導(dǎo)系統(tǒng)、三叉戟
導(dǎo)彈的慣性導(dǎo)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(jì)80 年代美國洛克希德.馬
丁公司將DWA 公司生產(chǎn)的25%SiCp /6061Al 用作
飛機(jī)上承載電子設(shè)備的支架，其比剛度比7075 鋁合
金約高65%；美國將SiCp/6092Al 用于F-16 戰(zhàn)斗機(jī)
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(shí)提高到8000 小時(shí)左右，壽命
提高17 倍，可大幅度降低檢修次數(shù)，提高飛機(jī)的機(jī)
動(dòng)性，還可用于F-16 的導(dǎo)彈發(fā)射軌道；英國航天金
屬及復(fù)合材料公司(AMC)采用高能球磨粉末冶金法
研制出高剛度﹑ 耐疲勞的SiCp/2009Al， 成功用于
Eurocopter 公司生產(chǎn)的N4 及EC-120 新型直升
機(jī)[12]；采用無壓浸滲法制備的高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al 作
為印刷電路板芯板用于F-22“猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)的遙控
自動(dòng)駕駛儀、發(fā)電元件、飛行員頭部上方顯示器、電
子計(jì)數(shù)測量陣列等關(guān)鍵電子系統(tǒng)上， 以代替包銅的
鉬及包銅的鍛鋼，可使質(zhì)量減輕70%，同時(shí)降低了
電子模板的工作溫度；SiCp/Al 印刷電路板芯板已用
于地軌道全球移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)； 作為電子封裝材
料，還可用于火星“探路者”和“卡西尼”土星探測器
等航天器上。美國采用高體積分?jǐn)?shù)SiCp /Al 代替
Cu-W 封裝合金作為電源模塊散熱器，已用于EV1 型
電動(dòng)轎車和S10 輕型卡車上；美國將氧化反應(yīng)浸滲法
制備的SiC-Al2O3/Al 作為附加裝甲，用于“沙漠風(fēng)暴”
地面進(jìn)攻的裝甲車；美國GardenGrove 光學(xué)器材公司
用SiCp/Al 制備Leopardl 坦克火控系統(tǒng)瞄準(zhǔn)鏡。
3.2 在汽車工業(yè)中的應(yīng)用
由山東大學(xué)與曲阜金皇活塞有限公司聯(lián)合研制
的SiCp /Al 活塞已用于摩托車及小型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)；
自20 世紀(jì)90 年代以來， 福特和豐田汽車公司開始
采用Alcan 公司的20%SiC/Al-Si 來制作剎車盤；美
國Lanxide 公司生產(chǎn)的SiCp/Al 汽車剎車片于1996
年投入批量生產(chǎn)[13]；德國已將該材料制作的剎車盤
成功應(yīng)用于時(shí)速為160km/h 的高速列車上。整體采
用鍛造的SiCp/Al 活塞已成功用于法拉利生產(chǎn)的一
級(jí)方程式賽車。
3.3 在運(yùn)動(dòng)器械上的應(yīng)用
BP 公司研制的20%SiCp/2124Al 自行車框架已
在Raleigh 賽車上使用；SiCp /Al 復(fù)合材料可應(yīng)用于
自行車鏈輪、高爾夫球頭和網(wǎng)球拍等高級(jí)體育用品；
在醫(yī)療上用于假體的制造。
4 制備及成型方法
一般來說， 根據(jù)鋁基體狀態(tài)的不同，SiCp/Al 的
制備方法大致可分為固態(tài)法和液態(tài)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(tài)金屬擴(kuò)散法，該方法由于克
增強(qiáng)相/ 基體增強(qiáng)相含量
拉伸強(qiáng)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(fù)合材料的力學(xué)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(shù)
服了碳化硅顆粒與鋁合金熔液潤濕困難的缺點(diǎn)，因而
是最先得到發(fā)展并用于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(jié)(或熱等靜壓)一熱機(jī)械加工(熱擠、軋、鍛)。
粉末冶金法的優(yōu)點(diǎn)在于碳化硅粉末和鋁合金粉
末可以按任何比例混合，而且配比控制準(zhǔn)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(yīng)、質(zhì)量穩(wěn)定，增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)可較高，可選
用細(xì)小增強(qiáng)體顆粒。缺點(diǎn)是設(shè)備成本高，顆粒不容易
均勻混合，容易出現(xiàn)較多孔隙，要進(jìn)行二次加工，以
提高機(jī)械性能，但往往在后續(xù)處理過程中不易消除；
所制零件的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸都受到一定的限制，粉
末冶金技術(shù)工藝程序復(fù)雜，燒結(jié)須在在密封、真空或
保護(hù)氣氛下進(jìn)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(guī)模應(yīng)用。
4.2 噴射沉積法
噴射沉積法是1969 年由Swansea 大學(xué)Singer
教授首先提出[14]，并由Ospray 金屬有限公司發(fā)展成
工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的制造技術(shù)。該方法的基本原理是：對(duì)
鋁合金基體進(jìn)行霧化的同時(shí)，加入SiC 增強(qiáng)體顆粒，
使二者共同沉積在水冷襯板上， 凝固得到鋁基復(fù)合
材料。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是增強(qiáng)體與基體熔液接觸時(shí)間
短，二者反應(yīng)易于控制；對(duì)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，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)
化生產(chǎn)。缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴，所制備的材料由于孔隙率
高而質(zhì)量差必須進(jìn)行二次加工， 一般僅能制成鑄錠
或平板； 大量增強(qiáng)顆粒在噴射過程中未能與霧化的
合金液滴復(fù)合， 造成原材料損失大， 工藝控制較復(fù)
雜，增強(qiáng)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(qiáng)烈攪拌在合
金液中形成渦漩的負(fù)壓抽吸作用， 將增強(qiáng)體顆粒吸
入基體合金液體中。具體工藝路線：將顆粒增強(qiáng)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(qiáng)體顆粒均勻地分散在金屬熔體
中，以達(dá)到相互混合均勻與浸潤的目的，復(fù)合成顆粒
增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料熔體。然后可澆鑄成錠坯、鑄件
等使用。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：工藝簡單、設(shè)備投資少、生
產(chǎn)效率高、制造成本低、可規(guī)模化生產(chǎn)。缺點(diǎn)是：加入
的增強(qiáng)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(jìn)入金屬液或在金屬液中容易團(tuán)聚
和聚集；普遍存在界面反應(yīng)，強(qiáng)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，只能制成鑄錠，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(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑粘
結(jié)，制成預(yù)制塊放入澆注模型中，預(yù)熱到一定的溫度，
然后澆入基體金屬液，立即加壓，使熔融的金屬熔液浸
滲到預(yù)制塊中，最后去壓、冷卻凝固形成SiCp/Al。該方
法的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備較簡單且投資少，工藝簡單且穩(wěn)定
性較好，生產(chǎn)周期短，易于工業(yè)化生產(chǎn)，能實(shí)現(xiàn)近無余
量成型，增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)較高，基本無界面反應(yīng)。缺點(diǎn)
是容易出現(xiàn)氣體或夾雜物，缺陷比較多，需增強(qiáng)顆粒
需預(yù)先制成預(yù)成型體， 預(yù)成型體對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響大，
模具造價(jià)高，而且復(fù)雜零件的生產(chǎn)比較困難。
5 SiCp /Al 復(fù)合材料發(fā)展的建議與對(duì)策
SiCp /Al 復(fù)合材料作為一種新的結(jié)構(gòu)材料有著
廣闊的發(fā)展前景, 但要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需做大量的研
究工作。除了要對(duì)SiCp/Al 復(fù)合材料的制備工藝、界
面結(jié)合狀態(tài)、增強(qiáng)機(jī)制等方面的內(nèi)容做進(jìn)一步研究，
其相關(guān)領(lǐng)域的研究及發(fā)展也應(yīng)給予重視。
5.1 現(xiàn)有制備工藝進(jìn)一步完善和新工藝的開發(fā)
現(xiàn)有工藝制備方法雖然已經(jīng)成功制造了復(fù)合材
料，但很難用于工業(yè)化生產(chǎn)且尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階
段[18]。SiC 顆粒存在于鋁液中，使金屬液粘度提高，流動(dòng)
性降低，鑄造時(shí)充填性變差，當(dāng)顆粒含量增加至20%或
在較低溫度(<730℃)時(shí)，流動(dòng)性急劇降低以致于無法正
常澆注。另外，SiC顆粒具有較大的表面積， 表面能較
大，易吸附氣體并帶入金屬液中，而金屬液粘度大也易
卷入氣體并難以排出，產(chǎn)生氣孔缺陷。因此，對(duì)現(xiàn)有工
藝的進(jìn)一步完善和新工藝的開發(fā)成為下一步研究工作
的主要任務(wù)。
5.2 后續(xù)加工工藝的研究
金屬基復(fù)合材料的切削加工、焊接、熱處理等后
續(xù)加工工藝的研究較少，成為限制其應(yīng)用的瓶頸。高
強(qiáng)度、高硬度增強(qiáng)體的加入使金屬基復(fù)合材料成為
難加工材料[18-19]，而由于增強(qiáng)體與基體合金的熱膨脹
系數(shù)差異大引起位錯(cuò)密度的提高， 也使金屬基復(fù)合
95
Hot Working Technology 2011, Vol.40, No.12
材料熱處理技術(shù)Material & Heat Treatment 2011 年6 月
材料的時(shí)效行為與基體合金有所不同[20]。另外，增強(qiáng)
體影響焊接熔池的粘度和流動(dòng)性， 并與基體金屬發(fā)
生化學(xué)反應(yīng)限制了焊接速度， 給金屬基復(fù)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(jìn)一步研究的主要方向。
5.4 環(huán)境性能方面的改善
金屬基復(fù)合材料的環(huán)境性能方面的研究， 即如
何解決金屬基復(fù)合材料與環(huán)境的適應(yīng)性， 實(shí)現(xiàn)其廢
料的再生循環(huán)利用也引起了一些學(xué)者的重視， 這個(gè)
問題關(guān)系到有效利用資源，實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，因
此， 關(guān)于環(huán)境性能方面的研究將是該領(lǐng)域今后研究
的熱點(diǎn)。由于鋁基復(fù)合材料是由兩種或兩種以上組
織結(jié)構(gòu)、物理及化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)結(jié)合在一起形
成一類新的多相材料， 其回收再利用的技術(shù)難度要
比傳統(tǒng)的單一材料大得多。隨著鋁基復(fù)合材料的批
量應(yīng)用，必然面臨廢料回收的問題，通過對(duì)復(fù)合材料
的回收再利用， 不但可減少廢料對(duì)環(huán)境的污染還可
減低鋁基復(fù)合材料的制備成本、降低價(jià)格，增加與其
他材料的競爭力，有利于促進(jìn)自身的發(fā)展。文獻(xiàn)[21]
配制了混合鹽溶劑， 采用熔融鹽法成功地分離出顆
粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料，研究結(jié)果表明，
利用該技術(shù)處理顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料， 其回收利
用率可達(dá)85%。
6 結(jié)語
與鋁合金基體相比， 鋁基復(fù)合材料具有更高的
使用溫度、模量和強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性增加及更好的耐磨
損性能，它的應(yīng)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(fù)合材料突出的界面問題， 并且力
求研究結(jié)果有助于改善生產(chǎn)應(yīng)用問題； 在制備過程
前后， 怎樣通過熱處理手段來改善成品的各方面性
能；如何利用由于熱失配造成的內(nèi)、外應(yīng)力使材料服
役于各種環(huán)境。此外，原位反應(yīng)中仍不免其他副反應(yīng)
夾雜物存在， 同時(shí)對(duì)增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)也難以精確
控制，這些都是亟待研究解決的問題。
參考文獻(xiàn)：
[1] 于化順．金屬基復(fù)合材料及其制備技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)
出版社，2006．241．
[2] 吳人潔．復(fù)合材料[M]．天津：天津大學(xué)出版社，2000．
[3] 沃丁柱．復(fù)合材料大全[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000．
[4] 毛天祥．復(fù)合材料的現(xiàn)狀與發(fā)展[M]．合肥：中國科學(xué)技術(shù)大
學(xué)出版社，2000．
[5] 赫爾(Hull， D)．復(fù)合材料導(dǎo)論[M]．北京：中國建設(shè)工業(yè)出版
社，1989．
[6] 尹洪峰，任耘，羅發(fā)．復(fù)合材料及其應(yīng)用[M]．陜西：陜西科學(xué)
技術(shù)出版社，2003．
[7] 湯佩釗．復(fù)合材料及其應(yīng)用技術(shù)[M]．重慶：重慶大學(xué)出版社，
1998．
[8] 張守魁，王丹虹．?dāng)嚢梃T造制備顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料[J]．兵器材
料科學(xué)與工程，1997，20(6)：35-391．
[9] 韓桂泉，胡喜蘭，李京偉．無壓浸滲制備結(jié)構(gòu)/ 功能一體化鋁
基復(fù)合材料的性能及應(yīng)用[J]．航空制造技術(shù)，2006(01)：95．
[10] 李昊，桂滿昌，周彼德．?dāng)嚢梃T造金屬基復(fù)合材料的熱力學(xué)和
動(dòng)力學(xué)機(jī)制[J]．中國空間科學(xué)技術(shù)，1997，2(1)：9-161．
[11] 桂滿昌，吳潔君，王殿斌，等．鑄造ZL101A/SiCp
復(fù)合材料的研
究[J]．鑄造，2001，50(6)：332-3361．
[12] 任德亮，丁占來，齊海波，等．SiCp /Al 復(fù)合材料顯微結(jié)構(gòu)與性
能的研究[J]．航空制造技術(shù)，1999，(5)：53-551．
[13] Clyne T W，Withers P J．An Introduction to Metal Matrix
Composites [M]．London：Cambridge University Press，1993．
[14] Lee Konbae．Interfacial reaction in SiCp /Al composite fabricated
by pressureless infiltration [J]．Scripta. Materialia，1997，36(8)：
847．
[15] 張淑英， 張二林． 噴射共沉積金屬基復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀
[J]．宇航材料工藝，1996，(4)：4-5．
[16] Clegg A J．Cast metal matrix and composites [J]．The
Foundryman，1991，8：312-3191．
[17] Mortensen A， Jim I．Solidification processing of metal matrix
composites [J]．Inter. Mater. Rews.，1992，37(3)：101-128．
[18] Lloyd D J．Particle reinforced aluminium and magnesium
matrix composites [J]．Inter. Mater. Rews，1994，39(1)：218-
231．
[19] Quigleg O， Monagham M， O'Reilly P．Factors effecting the
machinability of Al/SiC metal matrix composite [J]．J. Mater.
Process.Tech.，1994，43：21-23．
[20] Looney L A， Monagham M， O'Reilly P．The turning of an
Al/SiC metal-matrix composite [J]．J. Mater. Process. Tech.，
1992，33：553-557．
[21] 費(fèi)良軍，朱秀榮，童文俊，等．顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料廢料回收的試驗(yàn)研究[J]．復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2001，18(1)：67-70．
相關(guān)評(píng)說：
翔安區(qū)凹面： ______ 材料的進(jìn)展是結(jié)構(gòu)發(fā)展的基礎(chǔ),但新材料的性能指標(biāo)則取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需求,復(fù)合材料從第一代到第二代的發(fā)展就經(jīng)歷了這樣的過程.當(dāng)復(fù)合材料在以剛度控制為主的尾翼構(gòu)件中應(yīng)用時(shí),在確定第一代復(fù)合材料體系(以T300為代表的碳纖維和...
翔安區(qū)凹面： ______ 羥基磷灰石(HA)是骨組織的主要無機(jī)成分,其生物相容性好,具有較高的生物活性,能夠與骨組織形成化學(xué)鍵合,但其脆性和不易加工性也限制了其應(yīng)用.聚己內(nèi)酯(PCL)是一種具有良好的生物相容性和物理機(jī)械性能的可降解聚酯材料,但缺乏生物活性.而天然骨主要是由納米HA和膠原質(zhì)構(gòu)成的,可看作在基體中含有納米晶體的雙相復(fù)合材料.因此,從仿生角度出發(fā),模擬人體骨的結(jié)構(gòu),以有機(jī)高分子特別是可降解高分子材料為基體,以HA為增強(qiáng)相制備的復(fù)合材料可以綜合二者的性能,揚(yáng)長避短,優(yōu)勢互補(bǔ),可望得到一種理想的骨修復(fù)材料.不要多想 這樣的提問沒有意義 很多煩惱都是我們自己找的
翔安區(qū)凹面： ______ 碳化硅 [詞典] carborundum; [計(jì)] silicon carbide; silicon carbide; [例句]綜述了近年來碳化硅晶須和碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料時(shí)效行為的研究發(fā)展?fàn)顩r. The recent research development of ageing behavior of SiC whisker or particulate reinforced aluminum matrix composites is reviewed.
翔安區(qū)凹面： ______ 絲綢
翔安區(qū)凹面： ______ 鋁基復(fù)合材料由于具有密度小、熔化溫度低、高導(dǎo)熱性且成本低等特性,已經(jīng)得到世 界范圍內(nèi)的廣泛研究并日趨工業(yè)化.同時(shí)鋁基復(fù)合材料具有不吸潮、不老化、氣密性好、 耐有機(jī)液體和溶劑侵蝕等一系列優(yōu)點(diǎn).在航空航天、汽車、電子、光學(xué)等工業(yè)領(lǐng)域展示了
翔安區(qū)凹面： ______ 新型材料替代傳統(tǒng)材料是一個(gè)必然的過程,每一個(gè)時(shí)期,都會(huì)有新東西的出現(xiàn).復(fù)合材料本身的性質(zhì),比如說質(zhì)輕高強(qiáng)、耐酸堿腐蝕、耐候性好等等,決定了它必然是材料科學(xué)的一個(gè)趨勢
翔安區(qū)凹面： ______ 碳纖維增強(qiáng)碳、石墨纖維增強(qiáng)碳或石墨纖維增強(qiáng)石墨,構(gòu)成耐燒蝕材料,已用于航天器、火箭導(dǎo)彈和原子能反應(yīng)堆中.非金屬基復(fù)合材料由于密度小,用于汽車和飛機(jī)可減輕重量、提高速度、節(jié)約能源.用碳纖維和玻璃纖維混合制成的復(fù)合材料片彈簧,其剛度和承載能力與重量大5倍多的鋼片彈簧相當(dāng).
翔安區(qū)凹面： ______ 你先打開設(shè)置菜單.在設(shè)置里面找到對(duì)應(yīng)的功能選項(xiàng)!
