文档介绍：颗粒增强铝基复合材料的研究
专业:金属材料工程

颗粒增强铝基复合材料的研究
摘要:综述了颗粒增强铝基复合材料的研究现状,从基体、增强体的选择,铝基复合材料的制备方法,影响复合材料性能的因素和改善措施等方面进行阐述,并指出了该复合材料的研究方向和发展前景。
关键词:颗粒;铝基复合材料;制备方法;润湿性;分布
铝基复合材料,就是在铝或铝合金中加人其他材料而形成的一种具有金属特性的材料,其中前者是复合材料中的基本材料称为基体材料,后者为添加材料称为增强材料或增强体。颗粒增强铝基复合材料是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。
从理论上分析,颗粒越小,复合材料的弥散强化作用越好,复合材料的性能越佳。如果粒径太小,将导致材料在制备时由于铝合金溶液的粘度大,使得颗粒在液态铝合金中不易分散开来,造成复合材料整体不均与,而且界面反应也不易控制;颗粒太大,将会由于颗粒自重产生沉降或上浮,造成严重的铸造偏析,影响铝基复合材料的力学性能。所以,应选择大小合适、密度相当的颗粒,才能使其发挥良好的弥散增强效果,颗粒尺寸通常选取5~20μm。在制备复合材料过程中,颗粒数量太少,则起不到良好的增强作用;太多又容易聚集成团,使铝基复合材料变得疏松,颗粒与颗粒之间的结合不牢固,也可能引起基体的连接受阻,导致作用力不强,使得铝基复合材料的致密度不高。当材料受到载荷时,颗粒在缺陷处易脱落,通常成为材料的裂纹源,从而降低了材料的性能和缩短了材料的使用寿命。所以,在通常情况下,外加颗粒的含量应在0vol%~25vol%。
1 铝基复合材料的选择与制备

作为铝基复合材料的基体,纯铝或铝合金都可以,其中大部分基体材料采用铝合金,而是铸造铝合金。虽然铸造铝合金的力学性能不如变形铝合金,但铸造铝合金具有良好的铸造性能,可通过二次成型制成性质复杂的零件,不需要庞大的加工设备,并具有节约金属、降低成本、较少工时等优点。同时也是根据铝基复合材料的制备方法考虑,有些方法需要二次再成型,因此采用铸造铝合金能突出它的优势。铝合金根据铝之外的元素可分为:Al-Si、Al-Mg、Al-Cu、Al-Zn和铝稀土合金等,其中以Al-Si应用最为普遍。根据在不同环境下使用和所需铝合金的各方面的性能的要求,综合考虑各方面的因素对基体材料进行选择。例如:有些需要铝合金能耐受住较高的温度,很长一段时间铝合金不变形;有些需铝合金可进行热处理强化,因为此时合金的固溶扩散系数和界面能最小,能减少铝基复合材料的组织粗化和有害的界面反应;有些需要铝合金具有良好的铸造和加工性能;有些则出于对铝合金力学性能的考虑等。
选择合适的基体材料与增强体材料