碳化硅顆粒增強鋁基復合材料是由碳化硅和顆粒狀的鋁復合而成，其中碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產(chǎn)綠色碳化硅時需要加食鹽)等原料在電阻爐內(nèi)經(jīng)高溫冶煉而成，再和增強顆粒鋁復合而成。
1、壓力鑄造法
壓力鑄造法制備主要包括顆粒預制塊的制備和液態(tài)鋁合金在一定壓力下滲入預制塊中兩部分。SiC 顆粒在復合材料中分布的均勻性由預制塊中顆粒分布的均勻程度決定, 并取決于預制塊的制備工藝。復合材料的孔隙率和SiCp / Al 界面結合狀態(tài)則與壓鑄工藝參數(shù)密切 相關。SiCp / Al 基復合材料中SiC 顆粒具有不規(guī)則外形并且在基體中均勻分布, 復合材料中基本沒有 孔隙并且界面結合狀態(tài)良好 。經(jīng)透射電鏡觀察, 發(fā)現(xiàn)在SiCp / Al 基復合材料的基體合金中存在較高密度的位錯。在SiCp / Al 基復合材料中SiC 顆粒的熱膨脹系數(shù)僅是鋁合金的1/ 6 左右, 所以復合材料從高溫到室溫的冷卻過程中, SiCp / A1 界面處將產(chǎn)生較大的熱應力。當熱應力高于基體合金屈服強度時, 基體合金將發(fā)生塑性變形, 使基體合金中產(chǎn)生較高的位錯密度, 基體合金中高密度位錯使基體合金得到強化, 從而進一步提升復合材料的強度。
2、噴射共沉淀法
噴射共沉積法具有增強顆粒分布均勻、沒有嚴重的界面反應、基體組織有快速凝固特征、呈細小等軸晶形態(tài)等優(yōu)點, 且產(chǎn)率高, 易于制備大件。因而, 該方法與鑄造法和粉末冶金法相比有更大的性能價格比。
3、液態(tài)法
液態(tài)法主要指鑄造法, 該法成本較低, 便于一次形成復雜工件, 所需設備相對簡單, 能適應批量生 產(chǎn), 是近年來研究較多、發(fā)展較快的復合材料制備方法。常用的鑄造法有浸滲法( 包括壓力浸滲法和自 浸滲法) 、離心鑄造法、機械攪拌鑄造法和擠壓鑄造法。其中, 以攪拌鑄造法制備顆粒增強金屬基復合 材料希望實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。攪拌鑄造法制備顆粒增強金屬基復合材料是近年來國內(nèi)外研究十分熱門的復合工藝技術。
4、半固態(tài)攪熔復合法
半固態(tài)攪熔復合法是在金屬合金處于半固態(tài)的, 通過攪拌使增強相顆粒和金屬合金液相互碰撞, 并進入到金屬熔體中, 起到顆粒增強的作用。實驗發(fā)現(xiàn), 只要選擇合適的工藝參數(shù)就可以使增強 相顆粒均勻分散在鋁合金中。顆粒預處理對分布均勻性有顯著影響, 經(jīng)過高溫預氧化處理的SiC 顆粒與合金基體潤濕性很好, 在半固態(tài)攪熔復合制備中能有效改顆粒與基體的界面結合和顆粒分布均勻性。在其他工藝因素一定時, 增強相顆粒粒徑越大, 分布則越均勻; 攪拌速度越低, 顆粒分布越不均勻。當增強相的顆粒較小時, 攪拌葉輪的旋向對分布均勻性有重要影響。與全液態(tài)鑄造法和半固態(tài)鑄造法相比, 采用半固態(tài)攪熔鑄造制備的SiCp / Al 基復合材料, 其增強相SiC 顆粒分布均勻, 氣孔率較少, 表明半固態(tài)攪熔復合法是一種較理想的金屬基復合材料。
