【文章內(nèi)容簡介】 材料的固態(tài)制備工藝主要為固態(tài)擴散法和粉末冶金法兩種方法。(1) 粉末冶金法[2](powder metallurgy)是將金屬粉末充滿在排列規(guī)整或取向的短纖維或晶須中，然后進行燒結(jié)或擠壓成型。在制造短纖維復合材料粉末冶金方法用的最多，大致上分為兩種，熱壓法和冷壓成型、燒結(jié)法。(2) 采用此種方法制備SiCp／A1復合材料具有一些獨特的優(yōu)點。1) 粉末冶金法所使用的溫度較低，可有效減輕增強體與基體間的有害界面反制得的復合材料具有較好的力學性能；2) 顆?；蚓ы毰c基體混合較均勻，偏聚或團聚現(xiàn)象不太嚴重；3) 增強體的加可以任意調(diào)節(jié)，體積分數(shù)控制方便，成分比例準確；4) 此法能夠制備其它方法所不能制備的鋁基復合材料；缺點是：1)原材料和設(shè)備成本高；2)工藝較為繁瑣，材料易受污染；3)制造出的復合材料一般都存在內(nèi)部組織不均勻、孔洞率較大的現(xiàn)象，因此必須進行二次塑性加工，以提高其綜合性能；4)制品的結(jié)構(gòu)和尺寸受到限制。(3) 固態(tài)擴散法[1416](diffusion bonding)是將固態(tài)的纖維與金屬基體適當組合在加壓加熱條件下使他們互相擴散結(jié)合成復合材料的方法。這種工藝優(yōu)點是可適用于廣泛的金屬基體，而且可控制纖維取向和體積分數(shù)；缺點是制造時間較長需要高的溫度和壓力，只能制造有限尺寸的試樣。(4) 攪拌熔鑄法[1821]制備復合材料的過程中，由于碳化硅增強體顆粒與鋁溶液潤濕性差，因此，實現(xiàn)增強體顆粒均勻分布較為困難，同時，增強體顆粒極易與鋁溶液發(fā)生嚴重化學反應(yīng)，因此，界面結(jié)合也較差。此外，添加的增強體顆粒的尺寸通常需大于10微米，體積含量一般為20％左右，與其他方法相比，該方法制備的復合材料力學性能較差，但制備成本最低。(5) 壓力鑄造法[2]根據(jù)生產(chǎn)過程中壓力施加的大小、方式的不同，壓力滲透法可分為擠壓鑄造法、氣體壓力滲透鑄造法、離心鑄造法等。(1)擠壓鑄造法該法就是將碳化硅預(yù)制件放人經(jīng)過精密加工的石墨澆鑄模中，預(yù)熱到一定溫度，加入熔化的Al合金液在壓力作用下先滲入模壁間隙中，繼而滲入預(yù)制件中，最后去壓，冷卻。該工藝中預(yù)制件的預(yù)熱溫度、Al合金液的滲入溫度、壓力大小、冷卻速度是關(guān)鍵工藝參數(shù)。該法施加壓力可以較大，生產(chǎn)時間短，滲透可以在幾分鐘完成，工藝的穩(wěn)定性好；缺點就是需要高壓設(shè)備及密封良好的耐高壓模具，所以生產(chǎn)費用較高，在生產(chǎn)形狀復雜的零件方面限制很大。(2)氣體壓力滲透法該法與擠壓鑄造法相似，所不同的就是用氣體壓力代替了擠壓鑄造中的壓頭，它是在真空狀態(tài)熔化Al合金，滲透時撤去真空，通人惰性氣體使鋁合金液受壓通過升液管滲入上部模具中的預(yù)制件中。該法生產(chǎn)效果很好，但也存在生產(chǎn)過程緩慢，設(shè)備復雜，施加壓力較小的缺點。(3)離心鑄造法該法以離心力作為外界壓力，預(yù)制件放人高速旋轉(zhuǎn)的鑄模中，然后將Al合金液在澆鑄口倒人，在離心力的作用下完成滲透。此法避免了上述兩種方法中高壓力對設(shè)備的要求，降低了設(shè)備投資和生產(chǎn)成本，但是其特殊的裝置決定了所制產(chǎn)品形狀尺寸的特殊性，通常只能為筒環(huán)狀，因而難以在工業(yè)上得到推廣應(yīng)用。（6）無壓滲透法[1213]無壓滲透法是由美國Lanxide公司開發(fā)的一種獨特的工藝。它是將鋁合金錠放在碳化硅預(yù)制件上，在合金熔點以上保溫，Al合金液依靠毛細管力的作用自發(fā)進入預(yù)制件中。其中，滲透過程的實現(xiàn)主要需要兩個條件：(1)Al合金中至少含有l(wèi)％(質(zhì)量分數(shù))的Mg，最好是3％(質(zhì)量分數(shù))；(2)滲透過程需要在氮氣氣氛中進行。除此之外還與舍金中的其它添加元素如“Li、Si、Ti等，以及碳化硅顆粒大小，滲透溫度和時間等密切相關(guān)。與有壓滲透相比，無壓滲透具有所需設(shè)備簡單，生產(chǎn)成本較低，容易實現(xiàn)大批量生產(chǎn)的優(yōu)點，但產(chǎn)品的力學性能和熱性能略低，原因在于存在一定的氣孔和界面反應(yīng)產(chǎn)物。另外滲透速度較慢，需要氣體保護也是影響其應(yīng)用的主要原因。（7）噴射沉積法[89]噴射沉積成形技術(shù)是一種新型的快速凝固技術(shù)，其突出的優(yōu)點是可以直接由液態(tài)金屬霧化與沉積形成具有快速凝固組織和性能特征的具有一定形狀的坯件，以減少或去除各種高成本的制造和加工中間環(huán)節(jié)。利用噴射沉積成形技術(shù)制備顆粒增強金屬基復合材料是該技術(shù)近年來發(fā)展的一個重要方向。但現(xiàn)行的國內(nèi)外噴射成形顆粒增強金屬基復合材料制備技術(shù)大多是在噴射沉積成形過程中將一定量的增強相顆粒噴入霧化錐中，與金屬熔滴強制混合后在沉積器上共沉積以獲得復合材料坯件。這類方法的最大缺點是增強顆粒利用率低，材料制備成本高。[17—21]（1）各種制備工藝方法期待完善 現(xiàn)有的工藝方法雖然都成功地制備了碳化硅鋁復合材料，但各種方法均有其優(yōu)缺點，很難判斷某種方法已成為主流方法，具有優(yōu)異綜合性能的碳化硅鋁復合材料的獲得還存在某些障礙。例如由于碳化硅與鋁液之間潤濕性差，雖然可以通過細化碳化硅顆粒來提高材料的比力學性能，但顆粒越細，顆粒團聚現(xiàn)象越嚴重，從而影響了復合材料的性能。另外，顆粒越細，即表面積越大，表面能也隨之升高，此時氣體易于被吸附而引入金屬液中。（2）界面理論的研究有待進一步深人復合材料的界面理論研究即是研究復合材料的界面潤濕、界面結(jié)構(gòu)、界面結(jié)合機制和界面穩(wěn)定性等問題。界面結(jié)合狀況影響著復合材料的各種性能。研究界面與材料性能的相互關(guān)系已成為復合材料研究的前沿領(lǐng)域。界面理論的形成有助于發(fā)現(xiàn)改善復合材料界面結(jié)合狀況的途徑。例如，弄清了潤濕機理及影響因素可以找到改善潤濕的途徑。界面潤濕性是界面相容性的一個方面，有時甚至能成為顆粒分布的決定性因素。(3）碳化硅鋁復合材料的成本需要努力降低復合材料應(yīng)用受到限制的主要原因之一就是生產(chǎn)復合材料的成本居高不下。目前碳化硅鋁復合材料主要應(yīng)用于航空、航天、軍工領(lǐng)域，而在民用結(jié)構(gòu)上較少應(yīng)用，這跟這種材料的高成本有密切關(guān)系。通過優(yōu)化制備工藝，縮短工藝流程，減少輔助設(shè)施，提高工藝效率以及回收利用復合材料等技術(shù)方法均可降低材料生產(chǎn)的成本。這些技術(shù)方法尚需進一步深入探討。(4)碳化硅鋁復合材料后續(xù)加工性能值得考慮碳化硅鋁復合材料由于含硬而脆的碳化硅顆粒，切削難度大。而現(xiàn)代精密的機械零件絕大多數(shù)仍需依靠機加工獲得最終形狀和精度，也就是說難以避免切削問題。焊接加工也是金屬基復合材料使用中不可避免的問題，材料難以焊接將會影響其使用范圍。在獲得優(yōu)異性能的碳化硅鋁復合材料的同時必須兼顧其后續(xù)加工性能。2l世紀我國經(jīng)濟和軍事將得到進一步的發(fā)展，許多領(lǐng)域尤其是航空航天、軍工、電子及汽車工業(yè)，它們的發(fā)展無疑要對其所應(yīng)用的材料提出更高要求，這種要求提供了顆粒增強鋁基復合材料的發(fā)展機遇。結(jié)合我國的發(fā)展現(xiàn)狀，對國內(nèi)顆粒增強鋁基復合材料的市場需求與國外的應(yīng)用情況進行類比分析，得出如下的趨勢預(yù)測：（1） 顆粒增強鋁基復合材料作為結(jié)構(gòu)件用復合材料和儀表級及光學級復合材料在航空、航天、軍工領(lǐng)域首先得到應(yīng)用并逐漸推廣，從而可提升這些領(lǐng)域的技術(shù)水平，沉著應(yīng)對日趨復雜的國際環(huán)境。（2） 顆粒增強鋁基復合材料也會在電子工業(yè)和汽車工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，如電子封裝用復合材料、計算機光盤、汽車剎車盤等，促進這些工業(yè)成為新的經(jīng)濟增長點。本文實驗采用粉末冶金法制備碳化硅鋁復合材料。制定不同的試驗配方和燒結(jié)溫度來制備不同標準的試樣。然后通過對試樣進行XRD,SEM測試，來確定試樣的成分，分析試樣在燒結(jié)過程中所發(fā)生物理化學反應(yīng)，觀察其微觀形貌了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)從而更加直觀的了解試樣所發(fā)生的反應(yīng)。對試樣進行密度、抗折強度，吸水率，氣孔率、洛氏硬度等物理性能的測試。通過對數(shù)據(jù)進行分析找出試樣性能最好的燒結(jié)溫度及SiC的含量。由物理性能的變化和區(qū)別來進行理論分析，從而更加深刻的了解碳化硅鋁復合材料微觀現(xiàn)象，鞏固理論分析。 2 實驗方法及內(nèi)容 本實驗采用了粉末冶金法來制備碳化硅鋁復合材料。采用此種方法制備碳化硅鋁復合材料具有一些獨特的優(yōu)點：1) 粉末冶金法所使用的溫度較低，可有效減輕增強體與基體間的有害界面反制得的復合材料具有較好的力學性能；2) 顆粒或晶須與基體混合較均勻，偏聚或團聚現(xiàn)象不太嚴重；3) 增強體的加可以任意調(diào)節(jié)，體積分數(shù)控制方便，成分比例準確；4) 此法能夠制備其它方法所不能制備的鋁基復合材料； 根據(jù)實驗設(shè)計，共有四個試驗配方、五個燒結(jié)溫度點；還有考慮到模具承載10g料。因此，每個配方的總重量為40g不變，再按照SiC質(zhì)量分數(shù)的要求，稱量不同原料。其中加入固定的鎂粉占總重量的10%。最后加入粘結(jié)劑，攪拌均勻。 將配置好的原料，每次稱量10g裝入模具用壓機進行壓制。壓制所需的最大壓力為30 MPa。在30 MPa壓力下保壓2min，然后再卸壓脫模。壓制好的試樣可以在烘干箱內(nèi)50℃—100℃范圍內(nèi)進行烘干。 Mould drawing 烘干后的試樣不可以直接拿去進行高溫燒結(jié)。必須先要經(jīng)過低溫排膠的過程。這是因為試樣直接進行高溫燒結(jié)的話會出現(xiàn)試樣開裂、斷裂現(xiàn)象；粘結(jié)劑必須排掉，不然在高下的釋放同樣會使試樣損壞。 高溫燒結(jié)設(shè)備采用真空熱壓燒結(jié)爐。因為碳化硅鋁復合材料在高溫下極易被氧化，很難燒出產(chǎn)品來。采用真空熱壓燒結(jié)爐可以避免上述麻煩，還有一個優(yōu)點是可以控制升溫速率。原料純度顆粒度產(chǎn)地鋁粉≥%100—200目天津鎂粉≥%100—200目上海SiC≥%2微米實驗室粘結(jié)劑普通膠水浙江 實驗設(shè)備1）稱量天平2）真空熱壓燒結(jié)爐3）測試抗折強度設(shè)備 （DKZ5000型抗折實驗機，中國建材技術(shù)裝備總公 司，無錫市建筑材料儀器廠）4）水力