碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是最近20年發(fā)展最快的一類不連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，被認(rèn)為是理想的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，尤其在機(jī)動(dòng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、缸頭、缸體等關(guān)鍵產(chǎn)品和航空工業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法主要分為固相法和液相法：固相法通過粉末冶金法進(jìn)行固相燒結(jié)，液相法主要包括無壓滲透、壓力鑄造、攪拌熔鑄和噴射沉積。

粉末冶金法

粉末冶金技術(shù)又稱固態(tài)金屬擴(kuò)散技術(shù)，是將基體金屬粉末和增強(qiáng)顆粒粉末配料混勻，在一定的壓力溫度條件下進(jìn)行壓制并燒結(jié)成形。粉末冶金法的燒結(jié)溫度較低，可有效減輕增強(qiáng)體與基體間的有害界面反應(yīng)，制得的復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能。此外，還可任意調(diào)節(jié)增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)，較為準(zhǔn)確地控制成分比，且其增強(qiáng)顆粒的粒徑在納米范圍內(nèi)可調(diào)。

但粉末冶金法制得的復(fù)合材料孔洞率較大、內(nèi)部組織不均勻，制備的零件結(jié)構(gòu)和尺寸受限，需進(jìn)行二次塑性加工以提高性能。且原材料需在密封、真空或保護(hù)性氣氛下進(jìn)行，設(shè)備成本和要求高，制備周期長，生產(chǎn)工藝程序繁瑣。

壓力鑄造法

壓力鑄造法是將液態(tài)或半液態(tài)的金屬基復(fù)合材料或金屬以一定的速度填充壓鑄模型腔，或在增強(qiáng)材料預(yù)制體的空隙中通過壓力作用使其快速凝固成形。根據(jù)制備復(fù)合材料的過程中施加壓力的大小和方式的不同，壓力鑄造法可分為擠壓鑄造法、離心鑄造法、氣體壓力滲透鑄造法等。

壓力鑄造法可大批量制造顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的零部件，浸滲時(shí)，熔體與增強(qiáng)材料在高溫下接觸時(shí)間短，避免了界面反應(yīng)產(chǎn)物對復(fù)合材料的不利影響。同時(shí)，高壓作用也促進(jìn)了熔體對增強(qiáng)材料的潤濕，增強(qiáng)材料無需進(jìn)行表面預(yù)處理。該方法制備的材料組織致密、無氣孔、成本低。但預(yù)制件在壓力滲透過程中容易崩潰，金屬熔體不易充分滲入顆粒，制備的增強(qiáng)體成形較困難，強(qiáng)度不高。

無壓滲透法

無壓滲透法是先將增強(qiáng)體用粘結(jié)劑粘結(jié)成預(yù)制件并裝入金屬模具中，然后澆注金屬熔體，利用金屬熔體的自重壓力和表面壓力滲入到預(yù)制件中并凝固成形。

該方法無壓力作用，熔滲模具容易選擇，且工藝設(shè)備簡單、便于操作，金屬熔體能夠較好地浸潤增強(qiáng)體的表面，從而使二者界面結(jié)合良好。但其預(yù)制件的臨界預(yù)熱溫度很難控制，產(chǎn)品的力學(xué)性能和熱性能略低，因受熔滲溫度、增強(qiáng)顆粒大小和環(huán)境氣體種類等因素的影響，其推廣應(yīng)用也受到了局限。

攪拌熔鑄法

攪拌熔鑄法是將碳化硅顆粒直接加入基體鋁熔體，通過攪拌使顆粒均勻地分散在金屬熔體中，然后澆鑄成形。

由于加入的碳化硅顆粒尺寸較小，與鋁熔體浸潤性差，不易進(jìn)入和均勻分布，容易產(chǎn)生團(tuán)聚，且強(qiáng)烈的攪拌會(huì)造成金屬熔體氧化，增強(qiáng)體顆粒極易與鋁熔體發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，二者界面結(jié)合不太理想。與其他方法相比，攪拌熔鑄法制備的復(fù)合材料力學(xué)性能較差。

噴射沉積法

噴射沉積法是將液態(tài)金屬在高壓環(huán)境下霧化，趁其流出時(shí)將增強(qiáng)顆粒噴射入金屬液中，兩相混合的霧化液體在容器中沉積成形。

該方法對界面的潤濕性要求不高，晶粒十分細(xì)小，可直接由液態(tài)金屬霧化和沉積形成具有一定形狀的坯件，保證了增強(qiáng)顆粒在基體中的分布均勻性，快速冷卻也避免了增強(qiáng)顆粒與金屬基體之間的界面反應(yīng)。但噴射沉積法增強(qiáng)顆粒的利用率低，材料制備成本高。

碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料性能優(yōu)異，具有很多突出優(yōu)點(diǎn)，符合大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的要求，在汽車、電子工業(yè)、航空航天、光學(xué)精密裝置等領(lǐng)域被用來取代傳統(tǒng)材料，尤其是在航空航天領(lǐng)域，受到了眾多研究者的關(guān)注。