纳米SiC+CuO复合加入形成的铝基复合材料的组织和摩擦性能的研究文献综述.doc

M年被夭z苴喜院本科生毕业设计（论文）文献综述设计（论文）题目 纳米SiC+CuO复合加入形成的铝基复合材料的组织和摩擦性能的作者所在系别 作者所在专业 作者所在班级 作者姓名 作者学号 指导教师姓名 指导教师职称 完成时间研究材料工程系金属材料工程副教授年11月北华航天工业学院教务处制毕业设计（论 文）文献综述《纳米S i C+CuO复合加入形成的铝基复合材料的组织和摩 擦性能的研究》的文献综述内容摘要铝基复合材料作为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料，其具备高比强度、 高导电导热性、高耐磨性及膨胀系数小等优异性能此外，它具有特定的力学和物 理性能"七通过翻阅一些参考资料和文献，进一步深入的了解了当代的铝基复合材料, 对其制备原理和方法进行了深入的学习，综述了铝基复合材料的研究进展，并在此基础 上展望了该领域的发展前景并重点研究了颗粒铝基复合材料的制备工艺，通过调整 SiC和CuO颗粒的加入比例以及加热温度，寻找合理的铝基复合材料制备工艺，并对该 工艺下所获得的复合材料组织和摩擦性能进行进一步的分析和研究关键词：铝基复合材料SiC和CuO颗粒工艺方案组织性能第一章 前言铝基复合材料作为近几十年发展的一种新型金属基复合材料，其具有高弹性模量、 低膨胀系数、高耐磨性及高温强度高等优异性能，并且能组合特定的力学和物理性能。

铝基复合材料已经在金属基复合材料乃至整个复合材料中占有重要的地位，并广泛的 用于航空航天领域以及汽车配件及体育用品等行业这种复合材料不仅用作结构材料, 而且正在不断的向功能材料发展，如电子封装材料和阻尼材料等1.1铝基复合材料的历史发展复合材料是应现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命力的材料.它由两种或 两种以上性质不同的材料通过各种工艺手段复合而成复合材料可分为三类：聚合物 基复含材料（PMCs）金属基复合材料（MMCs）陶瓷基复合材料（CMCs）金属基复合材料 基体主要是铝、锲、镁、钛等铝在制作复合材料上有优于其他金属的许多优点，如 质量轻、密度小、可塑性比其他金属或合金好，易于与强化它的材料相复合、易于加 工等铝基复合材料主要特点是比强度和比刚度高、高温性能好、更耐疲劳和更耐磨, 同时阻尼性能好、热膨胀系数低铝基复合材料的研究开始于上世纪50年代近20年 来，从理论上和技术上都取得了较大成就第一代复合材料用于受力不大的简单零件, 如方向舵、襟翼，减轻重量约20%第二代复合材料用于机翼、垂直安定面等受力 较大的零件，可减轻重量约30%第三代复合材料用于机身，可减轻重量约50 %。

现今铝基复合材料已广泛用于航空航天、汽车及休闲物品等领域⑸当前铝基复合材料 的研究主要集中在两个方面：（1） 采用连续纤维增强的具有优异性能的复合材料，应用范围主要集中在航天 航空及军事领域2） 采用不连续增强体增强的具有优良性能的复合材料，主要应用于汽车制造 业我国也较全面地开展了铝基复合材料方面的研究工作包括纤维增强、颗粒增强、 层压复合、喷射沉积、原位生成等方面的研究取得了很大的进展，正走向实用1.2铝基复合材料的国内外应用现状正是由于铝基复合材料的一系列优异性能，使得铝基复合材料的研究和应用得到 迅速的发展下面我们就对当前国内外研究铝基复合材料的现状进行简要分析美国、日本、德国等发达国家已广泛将铝基复合材料应用于航空航天领域如：飞 机起落架、飞机摄像机架等；军事领域如：导弹元件等；汽车工业领域如：发动机活 塞、齿轮箱、连杆等R而且铝基复合材料正逐步用于高速列车、精密仪器的制造等, 并形成市场化的生产规模而在我国，研制这种新型复合材料也有多年历史，尽管在颗粒的预处理工艺、铸 造方法、设备研制等方面取得了一定成绩，但大多数还局限于实验室水平，与国际先 进技术相比差距较大，生产能力远远达不到工业化实际应用的水平。

截至目前，国内 企业对•这种新型铝基复合材料进行规模化的工业生产才刚刚起步彩:第二章主题部分铝基复合材料因具有密度小、耐腐蚀等许多优点而成为近年优先发展的新材料 其中颗粒、晶须、短纤维等非连续增强的铝基复合材料因为可以应用传统的合金材料 成形工艺制取且具有各向同性和良好的二次加工性而受到重视尤其是陶瓷颗粒，来 源广泛.价格低廉，用颗粒增强的铝基复合材料其性能可与钛台金媳美，而价格不到 钛合金的十分之一，因而被誉为有突破性进展的材料并已投入实用皿2. 1颗粒增强铝基复合材料的主要制备方法1=1颗粒增强的铝基复合材料通常用粉末冶金法和铸造法制取，其中用铸造法制取颗粒 增强铝基复合材料工序少，工艺简单，成本最低，也最容易实现大规模工业化生产， 因此是研究最活跃和前途广阔的可实用工艺方法g1）搅拌法 搅拌法分为在液态下搅拌和在半固态下搅拌两种前者是强烈搅动全液 态铝合金，使之产生涡流，向涡流中加人颗粒并使其分散，后者是先让铝合金降温至 液一同两相区，搅拌半固态浆体同时加人固体颗粒搅拌手段常用浆叶的机械旋转， 也可用超声波或电磁力基体材料可以是纯铝或各种铝合金，可以添加多种硬质颗粒 例如A1203、SiC、Si3N4,或者是固体润滑剂粒子例如石墨、碳粒等。

搅拌法不需用大 设备，工序少，对颗粒种类和尺寸适应范围广，操作简单，是迄今为止制取铝基复合 材料使用最普遍的方法2）挤压法 挤压法是预先把颗粒充填在铸型内（或预先将颗粒加粘结剂和添加 一起压制成具有一定空晾率的预制坯，将坯置于金属模型内）然后注人铝液并加压， 使铝液挤压于颗粒之间这种方法的优点是不必太多考虑铝液和颗粒之间的润湿性和 反应性及比重差，工艺稳定性好，获得的复合材科的组织与性能优良其缺点是不能 任意调整颗粒含有量（松散颗粒畏渗时），需高压设备以及密封良好能耐受高压的模具 （浸渗颗粒预制坯时）-（3） 喷射法喷射法于60年代末提出，它是将惰性气体和增强粒子-起用喷枪通 人铝液，气体形成气泡而冒出，颗粒则被分散在铝熔体中这种方法简单，占地和设 备少，容易实现大规模生产，但因颗粒含量和分散程度、除气等主要质量问题难以稳 定控制因而没有得到太多的重视和发展4） 中间合金法中间合金法是首先以一定的比例混合颗粒与铝粉压制成中间合 金块，把中间合金块投人炼稍好的铝液中.中间舍金块因铝粉很快熔化而溃散，稍加 搅拌颗粒便均匀分散在铝液中如何制得密度适当、热溃散性好的中间合金是该法的 关键技术，因为常会遇到中间合金块加人铝液后久久不溃散的现象，所以应用这种方 法的人不多。

5）粉末冶金法将增强体（增强颗粒、品须或短纤维）和快速凝固的铝合金粉末混 合均匀，然后加热除气，在液相线和固相线之间的温度进行真空热压烧结，即制成复 合材料坯料此方法的优点是增强体体积分数可准确控制，增强体与基体界面反应小， 混合均匀；缺点是工艺较复杂2. 2颗粒增强铝基复合材料的显微组织颗粒增强铝基复合材料主要的结构特征是增强颗粒的大小、分布及其与基体界面和 增强相引起的基体微观结构的改变，包括位错、晶体结构、时效析出相、组织等，它 们决定了复合材料的物理和力学性能1） 增强相增强相的分布取决于材料的制备工艺，它对基体的微观结构会产生很 大影响若增强相分布均匀，则最终复合材料将具有好的力学性能相反，若增强相 分布不均匀，则会使这些性能在局部发生改变，甚至导致材料过早的实效此外，增强相的大小和体积分数对材料的微观结构也有很大影响，一般来说，颗粒 尺寸越小，体积分数越大，越可以细化晶粒，同时可以获得更好的增强效果，但若增 强相分布不均匀，则会出现相反的效果2） 位错 颗粒增强铝基复合材料从最后的加工温度冷却下来，因增强相与基体的 热膨胀系数存在差异，会在材料中形成较大的应力场并且基体的形变也会产生较大 的应力场，从而材料内部会产生大量的“位错”。

位错”将会对材料的性能产生重 要的影响3） 晶粒结构晶粒结构对材料的塑性、强度等力学性能具有重要影响，而通过增 强相的加入引起的细细晶强化可显著增加基体的强度和塑性4） 失效析出相铝基复合材料的时效析出过程强烈的影响材料的力学性能而通 常，增强相的存在会使失效动力学增强对位错形核敏感的析出相如：“ 5 ”相和“ 4 ” 相在增强颗粒附近的析出会明显增多2. 2颗粒增强铝基复合材料的性能及缺陷铝基复合材料具有质量轻、比强度、比刚度高和耐磨性好等优异的性能，在航天、 航空、军事以及汽车工业等领域越来越受到广泛关注，同时还有很多良好的物理性能和 独特的优点如:制备工艺设备相对简单,成本相对较低以及可回收利用等同时增强铝 基复合材料也存在一些缺陷如:气孔、夹杂、团聚、集聚、铁杂质相、偏析和界面杂质 等缺陷皿2.3颗粒增强铝基复合材料的研究现状及前景通过以上的文献评述可以看出，铝基复合材料具有优异的性能和良好的发展前 景颗粒增强铝基复合材料的制备工艺己经相当成熟，关于其强化机理也在逐步完善 国内的北京有色金属研究总院、中南大学、哈尔滨工业大学、北京科技大学等研究机 构己在铝基复合材料方面作出了重大研究并取得可喜突破。

虽然颗粒增强铝基复合材料的应用和研究己经取得重大进展，但如何制备一定体 积分数、颗粒分布均匀的铝基复合材料却是个急需突破的技术瓶颈，利用搅拌铸造法 引入纳米颗粒增强相是难以做到的原为复合方法制作工艺复杂，技术要求高，难以 控制，且增强颗粒体积分数一•般不大，增强效果有限普通的粉末冶金法的SiCp/Al基 复合材料实际上是纳米团聚体增强铝基复合材料，加入较大体积分数时，则反而会恶 化复合材料的性能因此半前颗粒增强铝基复合材料的一个重要研究方向就是寻求满 足上述要求的合理制备工艺，进一步提高其性能第三章总结纳米颗粒增强铝基复合材料具有优良的力学性能(如高强度、高尺寸稳 定性、高耐磨等)以及良好的物理性能和加工型，无论是作为结构材料还是 功能组织材料均有广泛的应用前景但0前对纳米颗粒增强铝基复合材料的 组织性能研究尚不成熟，且常规铝基复合材料制备技术难以解决纳米颗粒在 基体中的分散均匀性，成为了纳米颗粒增强铝基复合材料研究及应用的技术 瓶颈结合当前铝基复合材料的国家相关课题研究和应用背景本文将对以下 主要内容进行重点研究：(1) 通过调整SiC和CuO颗粒的加入比例以及加热温度，寻找较为合理的工 艺参数。

2) 使用大型显微镜、扫描电镜等设备对所获得的复合材料组织进行观 察和分析3) 使用洛氏硬度计、显微硬度计、磨损机等设备对所获得的复合材料性能进行检测和分析参考文献[1] 张若棋，杨广，王诚洪,赵国民，张万甲.A1203 - SiO2 /ZL109金属基复合材料的强度性能研究[J ].爆炸与冲击,1998, 18 (1) : 48[2] 熊昆，徐光亮，李冬梅.SiC复相陶瓷的强化增韧趋势[J ] .稀有金 属，2008, 32 (1) : 101.[3] Kap tay G. Interfacial aspects to produce particulate Reinforced metal matrix composite [ J ]. Advanced Materials and Process, 2001, (1) : 71.[4 ] EslamianM, Rak J, Ashgriz N. Preparation of aluminum / sili2con carbide metal matrix composites using centrifugal atomization[ J ]. Powder Technology, 2008, 184: 11.[5]张启胜.浅谈铝基复合材料的研究及应用(J).青海科技，2004,(5) :48。