搅拌铸造制备SiC颗粒增强铝基复合材料研究现状

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搅拌铸造制备 S i C颗粒增强铝基复合材料研究现状/杨

锐等

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搅拌铸造制备 S i C颗粒增强铝基复合材料研究现状 杨锐h ,王筱峻，吴星平h ,陈名海。,刘 宁，李清文。 ( 1合肥工业大学材料科学与工程学院，合肥 2 3 0 0 0 9; 2中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，苏州 2 1 5 1 2 3 ) 摘要综述了搅拌铸造制备 S i C p/ AI复合材料的研究现状，重点包括 S i C p/ A1复合材料的界面改性技术、搅

拌复合方法和铸造成型技术，同时阐述了 S i C p/ A 1复合材料的增强断裂机制，并归纳总结了 S i C p/ A1复合材料的各项性能，最后指出了搅拌铸造法制备 S i C p/ A1复合材料过程中存在的问题，并展望了该种方法的应用前景。 关键词搅拌铸造 S i C p/ A I复合材料制备方法中图分类号： TB 3 3 3; T G1 4 6 . 2 1 文献标识码： A

P r o g r e s s i n S t i r - c a s t i n g P r o c e s s f o r F a b r i c a t i n g S i Cp/ Al C o mp o s i t e s YANG R u i ”, W ANG Xi a o j u n, W U Xi n g p i n g 一， CHEN Mi n g h a i ,L I U Ni n g ,LI Qi n g we n ( 1 S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g,He f e i Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y,He f e i 2 3 0 0 0 9: 2 S u z h o u I n s t i t u t e o f Na n o - t e c h a n d Na n o - b i o n i c s,Ch i n e s e Ac a d e my o f S c i e n c e s,S u z h o u 2 1 5 1 2 3 )

A b s t r a c t

T h e f a b r i c a t i o n o f S i C p/ A1 c o mp o s i t e s b y s t i r - c a s t i n g a r e s u mma r i z e d, ma i n l y i n c l u d i n g i n t

e r f a c e

mo d i f i c a t i o n,mi x i n g a n d c a s t i n g mo l d i n g t e c h n o l o g i e s .M e a n wh i l e,t h e r e i n f o r c e me n t a n d f r a c t u r e me c h a n i s ms o f

S i C p/ A1 c o mp o s i t e s a r e e x p l a i n e d, a n d v a r i o u s p e r f o r ma n c e o f S i C p/ A1 c o mp o s i t e s a r e a l s o c o n c l u d e d .At l a s t, s e v e - r a l p r o b l e ms e x i s t i n g i n s t i r - c a s t i n g p r o c e s s a r e p o i n t e d o u t,a n d t h e a p p l i c a t i o n p r o s p e c t s o f s t i r - c a s t i n g p r o c e s s f o r

S i C p/ A 1 c o mp o s i t e s a r e p r e d i c t e d . Ke y wo r d s s t i r - c a s t i n g,S i Cp/ A1 c o mp o s i t e s,f a b r i c a t i o n me t h o d

为了应对现代工业的快速发展，顺应材料轻量化的趋势，世界各国竞相开发颗粒增强铝基复合材料 L 1]。S i C p/ A1 复合材料具有比强度高、比刚度高、热膨胀系数小、导热性能

备S i C p/ AI复合材料过程中存在的问题并展望其发展前景。

1 S i C p/ A i复合材料的界面改性技术 一

好等优异性能，因而成为复合材料中研究最多、潜在应用前景最广的材料之一[ 2]。目前，颗粒增强铝基复合材料的主要制备工艺为粉末冶金[ 3]、压力浸渗E 4 3、喷射沉积[ 5]、搅拌铸造[ 6 等。粉末冶金法制备的复合材料性能优异，但其工艺流 程长，工序复杂，，且制品的尺寸也受到限制。压力浸渗法制

般陶瓷颗粒与铝的润湿性较差口，搅拌法制备 S i C p/

A l复合材料时，颗粒和基体间必须具有较好的润湿性以形成良好

的界面。近些年来研究人员在界面改性方面做了大量 工作。

1 . 1基体中添加金属元素 在基体中添加 Mg、 T i、 L i、 C a等合金元素可以提高颗粒与基体间的润湿性。Mg在合金基体中主要有以下 3个作 用： ( 1 )提高增强物表面能量； ( 2 )减少液态合金基体的表面张力； ( 3 )减少增强体与基体界面的固/液界面能量，因而是 一

备的复合材料微观结构不均匀，晶粒尺寸较大，有害界面反 应难以控制。喷射沉积法制备的材料含氧量及夹杂物含量少，但工艺不够成熟，增强体含量受到一定限制。相比之下， 搅拌铸造法具有它独特的优越性： ( 1 )基体合金和增强相选择面宽，可以添加多种硬质颗粒 (如 Al。 03、 S i C、 Ti O、 Z r O。、 S N ),且对粒度尺寸及含量适应范围广； ( 2 )所制备的铸态复合材料可以进行热挤压L 7 等二次加工，其作为超塑性变

种很好的润湿剂[ 1。J . Ha s h i m等 3]探究了镁含量对

S i Cp/ A3 5 9复合材料界面润湿性的影响，并通过图锯法来衡量润湿的程度。结果表明镁能增强润湿性且加入量为 1 (质量分数 )时润湿效果最佳；超过 1 (质量分数 )后，由于熔体粘度增加，润湿效果反而下降。张中可等 _ 1 ]研究了 Al— Ti— B晶粒细化剂对 A1一 Mg - S i铝合金组织的影响，结果表明这种中间合金能显著细化合金晶粒尺寸，加入量为 0 . 2 (质量分

形[ 8]的预处理工艺，能使复合材料的晶粒得到细化，进而使性能进一步提高[ 9 ; ( 3 )工序少，操作简易，便于实现工业化生产_】。本文介绍了搅拌铸造制备 S i C p/ A l复合材料的研 究现状，阐述了 S i Cp/ A1复合材料的增强断裂机制，并归纳

列举了 S i C p/ A1复合材料的各个性能，最后指出搅拌铸造制 *苏州市科技项目纳米专项( Z X G2 0 1 2 0 0 7 )

数)时合金铸态组织性能最好。M.E m a m y等I 1 5]研究了 A 1一

杨锐：男， 1 9 8 8年生，硕士生，主要从事颗粒增强铝基复合材料的研究

Te l: 0 5

1 2— 6 2 8 7 2 5 5 2 E - ma i l:r y a n g 2 0 1 2@s i n a n o . a c . c n E - ma i l: mh c h e n 2 0 0 8@s i n a n o . a c . c n

陈名海：通讯作者，男， 1 9 7 8年生，博士，副研究员，主要从事功能纳米碳材料制备及应用研究

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