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东北大学
课程论文

论文题目:颗粒增强铝基复合材料的
制备方法及其存在的问题
课程名称:冶金新方法与新材料制备
任课教师:吴林丽
学院:材料与冶金学院
班级：冶金0903班
学号:20091370
姓名:赵志强

颗粒增强铝基复合材料的制备方法及其存在的问题
赵志强
（东北大学材料与冶金学院）
摘要：综述了颗粒增强铝基复合材料的研究现状，铝基复合材料的制备方法，及其存在的问题。
关键词：颗粒；铝基复合材料；制备方法；问题
ParticlesReinforcedAluminumCompositeMaterials,thePreparationMethodsandExistingProblems
ZHAOzhiqiang
（NortheasternUniversityCollegeofMaterialandMetallurgy）
Abstract:Thereviewofparticlesreinforcedaluminummatrixcomposites,theresearchdevelopmentofaluminumcompositematerialpreparationmethods,anditsexistingproblems.
Keywords:particle；Aluminumcompositematerials；preparationmethods；theproblemofexistence

颗粒增强铝基复合材料(PRAMCs)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。
增强机理
PRAMCs是以纯铝或铝合金为基体，复合添加一定的颗粒增强相而成的。PRAMCs的强化机理沿用的是弥散强化型合金的理论，并且多从位错运动的角度进行分析。在外加剪应力的作用下，当基体金属中的位错受力达到临界应力时发生运动，即基体金属发生塑性变形。如果位错运动受到质点(增强颗粒)的阻碍，就会产生位错塞积，从而使质点受到一个较大的应力。塞积位错越多，该力就越大。根据文献可知颗粒的直径间距以及体积分数之间必须满足下式关系否则颗粒将无强化作用。
Dp=2dp3Vp12(1-Vp)
式中:Dp为颗粒之间的间距;dp为颗粒的直径;Vp为颗粒体积分数
制备及成形工艺
1搅拌制备法
搅拌法又称为漩涡法，其基本原理是将颗粒增强物直接加入到熔融的铝合金熔体中，通过一定方式的搅拌，使颗粒分散在铝合金熔体中，最后复合成PRAMCs熔体。按照增强颗粒与铝液混合搅拌方式，其可分为机械搅拌法、高能超声复合法和电磁搅拌法等。其中机械搅拌法对设备要求低、工艺简单，对颗粒种类和尺寸适应范围广，并且几乎可以采用所有的铸造方法成形，吴召玲等[1]采用该法制备的SiCP/A356复合材料通过差压铸造技术，制备了铁道车辆用制动盘。但是，由于机械搅拌过程中易卷入气体产生铸造缺陷，朱瑞杰等[2]在真空条件下，利用电磁搅拌技术与机械搅拌技术复合法制备了含量为10%的α-Al2O3铝基复合材料，结果表明该复合搅拌方法解决了采用单一械搅拌法制备复合材料易出现增强体分布不均和卷气现象的问题。韩飞等[3]采用机械搅拌法经过后续液态模锻成形工艺，制备5%SiCP/ZL102复合材料SiCP分布均匀、组织致密、无铸造缺陷。
2粉末冶金法(PM)
PM法是制备高熔点难成型材料的传统工艺。其工艺过程是将固体增强颗粒和铝基粉末用机械手段均匀混合，经过冷压、除气处理，然后加热到固液两相区进行真空热压制成复合材料锭，再经过挤压、轧制、铸造等加工制成所需的型材和零件。用PM法制得的产品具有界面反应少，增强相的含量可以根据需要进行调节且增强相分布均匀，性能稳定可进行传统机械加工等优点。但该方法工艺复杂，成本较高，制品形状和尺寸受到限制，不利于大规模推广应用。美国ARCO公司、英国BP公司用此法在碳化硅颗粒增强铝基复合材料方面取得了显著的成果[5]
在PM法基础上开发的机械合金化法实质上也是一种PM工艺，只是它在条件控制、工艺等方面比PM法要求更高。桑吉梅等人[4]用机械合金化法成功制备了B4C/Al复合材料其屈服强度和抗拉强度比常规PM法制备的