埃尔派知识课堂：碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法有哪些

碳化硅颗粒增强铝基复合材料是最近20年发展最快的一类不连续增强金属基复合材料，被认为是理想的轻质结构材料，尤其在机动车辆发动机活塞、缸头、缸体等关键产品和航空工业中具有广阔的应用前景。

目前，制备颗粒增强铝基复合材料的方法主要分为固相法和液相法：固相法通过粉末冶金法进行固相烧结，液相法主要包括无压渗透、压力铸造、搅拌熔铸和喷射沉积。

粉末冶金法

粉末冶金技术又称固态金属扩散技术，是将基体金属粉末和增强颗粒粉末配料混匀，在一定的压力温度条件下进行压制并烧结成形。粉末冶金法的烧结温度较低，可有效减轻增强体与基体间的有害界面反应，制得的复合材料具有良好的力学性能。此外，还可任意调节增强相的体积分数，较为准确地控制成分比，且其增强颗粒的粒径在纳米范围内可调。

但粉末冶金法制得的复合材料孔洞率较大、内部组织不均匀，制备的零件结构和尺寸受限，需进行二次塑性加工以提高性能。且原材料需在密封、真空或保护性气氛下进行，设备成本和要求高，制备周期长，生产工艺程序繁琐。

压力铸造法

压力铸造法是将液态或半液态的金属基复合材料或金属以一定的速度填充压铸模型腔，或在增强材料预制体的空隙中通过压力作用使其快速凝固成形。根据制备复合材料的过程中施加压力的大小和方式的不同，压力铸造法可分为挤压铸造法、离心铸造法、气体压力渗透铸造法等。

压力铸造法可大批量制造颗粒增强铝基复合材料的零部件，浸渗时，熔体与增强材料在高温下接触时间短，避免了界面反应产物对复合材料的不利影响。同时，高压作用也促进了熔体对增强材料的润湿，增强材料无需进行表面预处理。该方法制备的材料组织致密、无气孔、成本低。但预制件在压力渗透过程中容易崩溃，金属熔体不易充分渗入颗粒，制备的增强体成形较困难，强度不高。

无压渗透法

无压渗透法是先将增强体用粘结剂粘结成预制件并装入金属模具中，然后浇注金属熔体，利用金属熔体的自重压力和表面压力渗入到预制件中并凝固成形。

该方法无压力作用，熔渗模具容易选择，且工艺设备简单、便于操作，金属熔体能够较好地浸润增强体的表面，从而使二者界面结合良好。但其预制件的临界预热温度很难控制，产品的力学性能和热性能略低，因受熔渗温度、增强颗粒大小和环境气体种类等因素的影响，其推广应用也受到了局限。

搅拌熔铸法

搅拌熔铸法是将碳化硅颗粒直接加入基体铝熔体，通过搅拌使颗粒均匀地分散在金属熔体中，然后浇铸成形。

由于加入的碳化硅颗粒尺寸较小，与铝熔体浸润性差，不易进入和均匀分布，容易产生团聚，且强烈的搅拌会造成金属熔体氧化，增强体颗粒极易与铝熔体发生强烈的化学反应，二者界面结合不太理想。与其他方法相比，搅拌熔铸法制备的复合材料力学性能较差。

喷射沉积法

喷射沉积法是将液态金属在高压环境下雾化，趁其流出时将增强颗粒喷射入金属液中，两相混合的雾化液体在容器中沉积成形。

该方法对界面的润湿性要求不高，晶粒十分细小，可直接由液态金属雾化和沉积形成具有一定形状的坯件，保证了增强颗粒在基体中的分布均匀性，快速冷却也避免了增强颗粒与金属基体之间的界面反应。但喷射沉积法增强颗粒的利用率低，材料制备成本高。

碳化硅颗粒增强铝基复合材料性能优异，具有很多突出优点，符合大规模工业应用的要求，在汽车、电子工业、航空航天、光学精密装置等领域被用来取代传统材料，尤其是在航空航天领域，受到了众多研究者的关注。