陕西冶金纸业
综述了国内外铝基复合材料的发展历史和研究现状，重点阐述了碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备技术。
发展现状。同时说明了碳化硅颗粒增强铝基复合材料研究中存在的问题，并展望了该复合材料的发展前景。
关键词:SiCp /Al复合材料；制备方法
中国图书馆分类号:TB333文献识别码:A文号:1001-3814(2011)12-0092-05。
SiCP/Al复合材料的研究现状及发展趋势
郑锡军、米国发
(河南理工大学材料科学与工程学院，焦作454000)
文摘:介绍了SiCP /Al复合材料的发展历史、国内外研究现状
介绍了SiCP /Al复合材料制备工艺的研究进展，阐述了SiCP /Al复合材料的研究现状
对复合材料进行了分析，并对复合材料的发展前景进行了展望。
关键词:SiCp /Al复合材料；制备方法
收货日期:2010-11-20。
作者简介:郑希军(1982-)，男，河南西平人，硕士，材料专业。
材料加工工程；联系电话:0391-3987472；邮箱:zxjdaili@126.com
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热加工技术，第40卷，第112期，2065438
材料& amp将在本月下半月出版；热处理材料的热处理技术
应用受到了广泛的关注和研究，从材料的制备技术、
在微观组织、力学行为和断裂韧性方面已经做了许多基础工作
基础工作取得明显成效。在美国和日本等。
在我国，对这类材料的制备技术和性能的研究已经日趋成熟。
电子和军事领域开始得到实际应用。SiC来自工业
磨料，可以生产几百吨，价格便宜，SiC颗粒增强铝基。
复合材料被美国视为突破性材料，其性能
与钛合金不相上下，但价格不到钛合金的1/10。碳化
近20年来，硅颗粒增强铝基复合材料在世界范围内得到了广泛应用。
工业上发展最快、应用前景最广的一种非连续增强体。
金属基复合材料被认为是一种理想的轻质结构材料。
特别是在机动车发动机活塞、气缸盖(气缸盖)、气缸体等方面。
重点产品和航空工业应用前景广阔[5-7]。
美国DuralAluminumComposites，邮编:1986
公司发明了碳化硅颗粒增强铝硅合金新技术，实现了
以便大规模生产铸锭形式的铸造铝基复合材料。
供应许多代工厂制造各种零件[8-9]。美国杜拉坎
我公司在加拿大建成了年产11340 t的SiC/Al复合材料。
型材、棒材、铸锭和复合材料零件的专业工厂。眼睛
Duralcan公司生产的20%SiCp /A356Al复合材料。
材料的屈服强度比基体铝合金高75%，弹性模量提高。
高30%，热膨胀系数低29%，耐磨性高3 ~ 4。
时代周刊。美国DWA公司生产的碳化硅增强复合材料
随着碳化硅含量的增加，只有延伸率降低，其他性能都
已经有了很大的提升。迄今为止，SiCp/Al复合材料已经
成功应用于航空航天、电子工业、先进武器系统、光学。
精密仪器、汽车工业和体育用品等领域，并取得巨大成功。
经济效益。表1列出了一些SiCp/Al复合材料的力。
学习成绩。
目前，我国正在进行碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究和开发。
从事材料工作的科研院所和高校主要有北京航材。
上海交通大学、哈尔滨工业大学、西北工业大学研究院
高校，国防科技大学等。由哈尔滨工业大学开发
SiCw/Al用于卫星天线螺钉，北京航空材料研究所。
所开发的SiCp/Al用于卫星遥感器校准装置[10-11]。
到目前为止，国内还没有优质高性能的炭素。
用硅化颗粒增强的铝基复合材料，虽然已经达到了一些性能
国外产品的指标，但产品的尺寸精度还存在一些不足。
差距小，另外制造成本太高，离工业化生产还有差距。
路漫漫其修远兮
两种铝基复合材料的性能特点
(1)高比强度和比模量是由于添加了。
引入适量的高强、高模、低密度增强体，效果明显改善。
复合材料的比强度和比模量得到提高，尤其是高性能粘结。
连续纤维，如硼纤维、碳(石墨)纤维、碳化硅纤维等。
强的东西，它们的强度和模量都很高[1]。
(2)高温性能好，可以使用温度范围大的增强纤维。
尺寸、晶须和颗粒主要是无机物，在高温下性能良好。
高温强度和模量，所以金属基复合材料优于基体金属。
它具有较高的高温性能。尤其是连续纤维增强的金属基体。
复合材料，其高温性能可以保持接近金属的熔点，并与
金属基体的高温性能要高得多。
(3)在具有良好导热性和导电性的金属基复合材料中
金属基质占据很高的体积百分比，通常为60%
事实上，它仍然保持了金属良好的导热性和导电性。
(4)耐磨性好的金属基复合材料，尤其是陶瓷。
陶瓷纤维、晶须和颗粒增强金属基复合材料具有良好的性能。
耐磨性。这是因为基体中加入了大量的精细陶瓷。
颗粒增强，陶瓷颗粒硬度高，耐磨，化学性质稳定。
用它们来强化金属不仅能提高材料的强度和硬度，
而且提高了复合材料的硬度和耐磨性。
(5)热膨胀系数小、尺寸稳定性好的金属基复合材料
材料中使用的增强碳纤维、碳化硅纤维、晶须和颗粒。
颗粒、硼纤维等。具有非常小的热膨胀系数，特别是超高的。
具有模量的石墨纤维具有负热膨胀系数，添加量相当大。
这种增强可以降低材料的膨胀系数，从而获得热膨胀。
膨胀系数小于基体金属且尺寸稳定性好的金属基复合材料
材料。
(6)良好的抗疲劳性和断裂韧性影响金属基复合材料。
复合材料的抗疲劳性和断裂韧性的主要因素是增强体和
复合体系制备技术
钢筋含量
(体积，%)
拉伸强度
/兆帕
弹性模量
/GPa
展开性
(%)
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搅拌铸造20 350 98 0.5
SiCP/A359Al无压渗透30 382 125 0.4
表1碳化硅颗粒增强铝基复合材料的力学性能[1]
表1铝基体的机械性能
碳化硅颗粒增强复合材料
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热加工技术2011，第40卷，第12号
材料热处理技术材料&；热处理2011六月
金属基体、金属基体与增强体本身的界面结合状态
和增强体在基体中的分布。尤其是界面
粘结强度适中，能有效传递荷载，阻止裂缝扩展。
展，从而提高材料的断裂韧性。
(7)不吸潮，不老化，气密性好。与聚合物相比，金
该属性质稳定，结构致密，无老化、分解、吸潮现象。
问题，也不会发生性能的自然退化，在太空中使用也不会分解。
产生低分子物质，污染仪器和环境，具有明显的优势。
(8)传统热挤压可以获得良好的二次加工性能，
锻造等加工技术和设备来实现二次金属基复合材料。
正在处理。因为铝基复合材料不仅具有金属的塑性和韧性，
性能，还具有较高的比强度、比模量、抗疲劳和抗蠕变性
电阻高、耐热性好等综合性能优异。尤其是最近。
在过去的20年里，铝基复合材料取得了惊人的发展速度。
表2列出了一些铝基复合材料的机械性能。
3个主要应用领域
3.1在航空航天和军事领域的应用
在美国ACMC公司和亚利桑那大学的光学研究中
心合作，研制成超轻型太空望远镜和反射镜，希望。
长焦镜头的主镜直径为0.3米，重量仅为4.54千克。ACMC公司
粉末冶金法制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料
它还用于激光反射镜、卫星太阳能反射镜和空间遥感器。
用于扫描的高速摆动镜；美国使用高体积分数的SiCp/Al。
惯性环形激光陀螺制导系统和trident的铍代用品。
形成导弹惯性制导球和管状测量单元的检查盖。
成本比铍低2/3；80年代美国洛克希德·马丁公司
d公司使用DWA公司生产的25%SiCp /6061Al作为粘合剂。
飞机上承载电子设备的支架，比刚度比为7075铝。
黄金高出65%左右；美国在F-16战斗机中使用了SiCp/6092Al。
腹鳍替代了原有的2214铝合金蒙皮，刚度有所提升。
50%，使用寿命从几百小时提高到8000小时左右，延长了使用寿命。
增加17次，可以大大减少维修次数，提高飞机性能。
机动性，也可用于F-16导弹发射轨道；英国太空黄金
AMC采用高能球磨粉末冶金方法。
开发了具有高硬度和抗疲劳性能的SiCp/2009Al，并成功应用于现场。
欧洲直升机公司生产的N4和EC-120新型直升机。
机器[12]；采用无压浸渗法制备高体积分数SiCp/Al复合材料。
是F-22猛禽战斗机遥控用的印刷电路板核心板。
自动驾驶仪，发电部件，飞行员头顶上方的显示器，电
分计数测量阵列和其他关键电子系统，以取代覆铜。
钼和铜包锻钢可以减轻70%的重量，同时减少
电子模板的工作温度；SiCp/Al印刷电路板核心板一直在用。
地球轨道全球移动卫星通信系统；作为电子封装材料
材料，也可用于火星“探路者”号和“卡西尼”号土星探测器。
等待飞船。美国用高体积分数SiCp /Al代替。
Cu-W封装合金作为功率模块的散热器，已经在EV1上使用。
电动车和S10轻型货车；美国的氧化反应渗透法
制备的SiC-Al2O3/Al用作“沙漠风暴”的附加装甲。
用于地面攻击的装甲车；加登格罗夫光学设备有限公司
用SiCp/Al制备Leopardl坦克火控系统瞄准镜。
3.2在汽车工业中的应用
由山东大学和曲阜黄金活塞有限公司联合开发
SiCp /Al活塞已用于摩托车和小型汽车发动机。
自20世纪90年代以来，福特和丰田汽车公司已经开始
由Alcan公司生产的20%SiC/Al-Si用于制造制动盘。美丽的
国内兰喜德公司生产的SiCp/Al汽车刹车片，生产于1996。
【13】投入量产；德国已经把这种材料制成的刹车盘
已成功应用于时速160km/h的高速列车
锻造SiCp/Al活塞已成功用于法拉利生产。
一级方程式赛车。
3.3在运动器材中的应用
BP公司开发的20%SiCp/2124Al自行车车架已被
用于罗利赛车；SiCp /Al复合材料可用于
自行车链轮、高尔夫球杆、网球拍等高级体育用品；
它用于制造医疗中的假体。
4制备和成型方法
一般来说，根据铝基的不同状态，SiCp/Al
制备方法大致可以分为两大类:固体法和液体法。当前主机
应该有粉末冶金，喷射沉积，搅拌铸造，挤压铸造。
制定法律。
4.1粉末冶金
粉末冶金法，又称固体金属扩散法，是由于克
增强相/基体增强相的含量
拉伸强度
/兆帕
弹性模量
/GPa
伸长率(%)
碳化硅/铝-4Cu 15 476 92 2.3
SiCp/ZL 101 20 375 101 1.64
SiCp/ZL 101A 20 330 100 0.5
SiCp/6061 25 517 114 4.5
SiCp/2124 25 565 114 5.6
氧化铝/铝-1.5毫克20 226 95 5.9
Cf /Al 26 387 112 -
表2金属基复合材料的机械性能[1]
表2金属基复合材料的力学性能[1]
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热加工技术，第40卷，第112期，2065438
材料& amp将在本月下半月出版；热处理材料的热处理技术
克服了碳化硅颗粒难以被铝合金熔体润湿的缺点
这是SiCp/Al中最早开发和使用的制备方法之一。工具
制备SiCp/Al的粉末冶金工艺路线很多，其中大多数
比较流行和典型的工艺流程有:碳化硅粉和铝合金粉。
混合、冷成型(或冷等静压)、真空脱气和热压。
接合(或热等静压)-热机械加工(热挤压、轧制和锻造)。
粉末冶金的优点是碳化硅粉和铝合金粉。
粉末可以任意比例混合，比例控制准确方便。
粉末冶金工艺成熟，成型温度低，基本不存在。
界面反应，质量稳定，增强体体积分数高，可选
带有细小增强颗粒。缺点是设备成本高，造粒困难。
搅拌均匀，容易出现较多的气孔，要进行二次加工，要
提高机械性能，但在后续处理过程中往往难以消除；
零件的结构、形状和尺寸在某种程度上受到限制，并且粉末
最终的冶金技术是复杂的，烧结必须在密封的、真空的或真空的环境中进行
在保护气氛下，制备周期长，降低成本的可能性降低。
小，从而制约了粉末冶金的大规模应用。
4.2喷射沉积法
喷射沉积法是由英国斯旺西大学的Singer于1969年开发的。
教授最早提出[14]，由奥斯普瑞金属有限公司研发。
工业生产规模的制造技术。这种方法的基本原理是:对
当铝合金基体雾化时，加入SiC增强颗粒，
两者都沉积在水冷内衬上，凝固后得到铝基复合材料。
材料。该工艺的优点是增强体和基体熔体之间的接触时间。
简而言之，它们之间的反应易于控制；对界面的润湿性要求不高，
可以消除颗粒偏析等不良组织，组织具有快速凝固的特点。
签字；工艺流程短，工序简单，效率高，有利于工业化实现。
生产。缺点是设备昂贵，制备的材料多孔。
优质和劣质都需要二次加工，一般只能做成锭。
或者平板；在喷涂过程中，大量的增强颗粒未能与雾化颗粒发生反应。
合金液滴的结合造成原材料的巨大损失和复杂的工艺控制。
杂，增强颗粒利用率低，沉积速度慢，成本高。
4.3搅拌浇注法
搅拌浇铸法的基本原理【15-17】:依靠强力搅拌来结合。
金液中形成的涡流的负压吸引作用吸引增强颗粒。
进入基质合金液体。具体工艺路线:添加颗粒增强。
进入基体金属熔体，通过一定的搅拌方式和一定
搅拌速度使增强颗粒均匀分散在金属熔体中。
为了达到均匀混合和渗透的目的，复合成颗粒。
增强金属基复合材料熔体。然后可以铸造成锭和铸件。
等待使用。该方法的优点是工艺简单，设备投资少，卫生。
生产效率高，制造成本低，可大规模生产。缺点是:加入
增强体的颗粒尺寸不能太小，否则将与基体金属液的颗粒尺寸相同
润湿性差，难以进入熔融金属或容易在熔融金属中团聚。
和聚集；界面反应普遍存在，强烈搅拌易造成金。
属于液体氧化，大量吸气和夹杂混合，颗粒加入也受影响。
一定程度上只能做成锭，需要二次加工。
4.4挤压铸造法
挤压铸造法是先用合适的粘结剂将SiC颗粒粘在一起。
打结，制作预制块，放入浇注模型中，预热到一定温度，
然后浇注基底金属液体，并立即加压以浸没熔融的金属液体。
渗透到预制块中，最后减压冷却凝固形成SiCp/Al。这个派对
该方法设备简单，投资少，工艺简单稳定。
性能好，生产周期短，易于工业化生产，实现近过剩。
增强体体积分数高，基本没有界面反应。劣势
容易产生气体或夹杂物，缺陷多，需要颗粒强化。
预制件需要提前制作，对产品质量影响很大。
模具成本高，复杂零件生产困难。
发展5 SiCp /Al复合材料的建议和对策
SiCp /Al复合材料作为一种新型结构材料，具有许多优点。
发展前景广阔，但要实现产业化还需要大量的研究。
研究工作。除了SiCp/Al复合材料的制备技术和界限外
结合状态和增强机制等方面作了进一步的研究，
其相关领域的研究和开发也应受到重视。
5.1现有制备工艺的进一步改进和新工艺的开发
尽管现有的工艺制备方法已经成功地制造了复合材料
材料，但难以用于工业生产，仍处于实验室研究阶段。
段落[18]。SiC颗粒存在于铝液中，使金属液粘度增加并流动。
当颗粒含量增加到20%或
在低温下(
经常倒。此外，SiC颗粒具有更大的表面积和更低的表面能。
大，容易吸收气体并将其带入熔融金属中，同时熔融金属的粘度也容易降低。
所涉及的气体难以排出，导致气孔缺陷。因此，对于现有的工人来说
艺术的进一步提高和新技术的发展是下一步的研究工作。
的主要任务。
5.2后续加工技术研究
金属基复合材料的切割、焊接和热处理等。
缺乏对连续加工技术的研究已成为限制其应用的瓶颈。高的
强度和高硬度增强体的加入使金属基复合材料成为
难加工材料[18-19]，但由于增强体和基体合金的热膨胀，
系数的较大差异导致位错密度和金属基体复合的增加。
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热加工技术2011，第40卷，第12号
材料热处理技术材料&；热处理2011六月
材料的老化行为不同于基体合金[20]。此外，增强
体积影响焊接熔池的粘度和流动性，并与母材发生反应。
生化反应限制了焊接速度，这就产生了金属基复合材料
焊接造成了很大的困难。从而解决了可焊性差的问题。
也成为进一步研究的主要方向。
5.4改善环境绩效
研究金属基复合材料的环境性能，如
如何解决金属基复合材料对环境的适应性，实现其废弃？
材料的回收也引起了一些学者的注意。这
这个问题关系到资源的有效利用和社会可持续发展的实现，因为
因此，对环境绩效的研究将是该领域未来的研究方向。
热点。因为铝基复合材料由两组或多组组成
不同质地、物理和化学性质的材料组合在一起形成一个形状。
作为一种新型的多相材料，回收的技术难度很大。
远远大于传统的单一材料。对于该批铝基复合材料
量应用，将不可避免地面临废物回收利用的问题，通过复合材料
回收利用不仅可以减少废物对环境的污染，而且
降低铝基复合材料的制备成本和价格，提高铝基复合材料的质量。
其他材料的竞争力有利于促进自身发展。文学[21]
制备了混合盐溶剂，并用熔盐法成功分离了颗粒。
研究结果表明，颗粒增强铝基复合材料中的增强材料，
用这种技术处理颗粒增强铝基复合材料，其回收是有益的
利用率可达85%。
6结论
与铝合金基体相比，铝基复合材料具有更高的
利用温度、模量和强度，热稳定性增加，耐磨性更好。
损失性能，其应用将越来越广泛。然而，在当前
研究中仍有许多疑问和问题有待解决，如
如何克服铝基复合材料突出的界面问题，以及力
寻求研究成果有助于改善生产和应用问题；在准备过程中
前后，如何通过热处理提高成品的各方面？
可以；如何利用热失配产生的内外应力使材料适合
在各种环境中服役。此外，其它副反应在原位反应中是不可避免的。
夹杂物存在，很难准确确定增强体的体积分数。
控制，这些都是亟待研究解决的问题。
参考资料:
【1】余华顺。金属基复合材料及其制备技术[M].北京:化学工业
出版社，2006.438+0。
吴·。复合材料[M]。天津:天津大学出版社，2000。
沃丁珠。复合材料全集[M]。北京化学工业出版社2000。
毛天祥。复合材料的现状与发展[M]。合肥:中国科学技术大学。
薛出版社，2000。
赫尔(D)。复合材料导论[M]。北京:中国建筑工业出版社。
她，1989。
尹红峰，任云，罗发。复合材料及其应用[M]。陕西:陕西理科
技术出版社，2003。
唐培昭。复合材料及其应用技术[M].重庆:重庆大学出版社，
1998.
张守奎，王丹红。搅拌铸造法制备颗粒增强复合材料[J].军事装备
材料科学与工程，1997，20 (6): 35-391。
韩桂泉、胡锡兰、李经纬。无压浸渗法制备结构/功能一体化铝。
基复合材料的性能与应用[J].航空制造技术，2006 (01): 95。
[10]李浩，桂满仓，周必德。搅拌铸造金属基复合材料的热力学和性能。
动力机制[J].中国航天科技，1997，2 (1): 9-161。
[11]桂满昌，吴，王殿斌等铸造ZL101A/SiCp。
复合材料的研究
研究[J]。铸造厂，2001，50 (6): 332-3361。
[12]任德良，丁占来，齐海波，等。混凝土的微观结构与性能。SiCp /Al复合材料
能源研究[J].航空制造技术，1999，(5): 53-551。
[13]克莱恩·T·W，威瑟斯·P·J .金属基体介绍
复合材料[M]。伦敦:剑桥大学出版社，1993。
李·孔贝。SiCp /Al复合材料的界面反应
通过无压渗透[J].材料学报，1997，36(8):
847.
[15]张淑英，张二林。喷射沉积金属基复合材料的发展现状* * *
[J]。航天材料技术，1996，(4): 4-5。
[16]Clegg A . J .铸造金属基体和复合材料[J].这
Foundryman，1991，8:312-3191。
[17]莫滕森A，吉姆I .金属基体的凝固处理
复合材料[J].Rews。,1992,37(3):101-128.
[18]劳埃德J .颗粒增强铝和镁
基体复合材料[J].材料学报.Rews，1994，39(1):218-
231.
[19] Quigleg O，Monagham M，O'Reilly P
Al/SiC金属基复合材料的可加工性[J].材料学报.
Process.Tech，1994，43:21-23。
[20]Looney L . A，Monagham M，O'Reilly P
铝/碳化硅金属基复合材料[J].材料学报.过程。技术。,
1992,33:553-557.
[21]费，朱秀荣，童文军，等.颗粒增强铝基复合材料废料回收的试验研究[J].复合材料学报，2001，18 (1): 67-70。