肖伯律,馬宗義,王全兆,倪丁瑞,畢 敬

(中國科學(xué)院金屬研究所,沈陽材料科學(xué)國家 (聯(lián)合)實驗室,沈陽 110016)

高性能鋁基復(fù)合材料的設(shè)計與加工技術(shù)

肖伯律,馬宗義,王全兆,倪丁瑞,畢 敬

(中國科學(xué)院金屬研究所,沈陽材料科學(xué)國家 (聯(lián)合)實驗室,沈陽 110016)

從鋁基復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)特征與性能關(guān)系角度,回顧了承載結(jié)構(gòu)用典型鋁基復(fù)合材料在體系設(shè)計、制備與成型加工研究方面的成果與進(jìn)展,同時簡要介紹了近期鋁基復(fù)合材料為實現(xiàn)性能突破所開展的研究探索,最后根據(jù)鋁基復(fù)合材料的發(fā)展歷程與現(xiàn)有研究的特點對鋁基復(fù)合材料今后的研究應(yīng)用進(jìn)行了展望。

鋁基復(fù)合材料;顆粒;時效沉淀;再結(jié)晶

前 言

鋁基復(fù)合材料是金屬基復(fù)合材料中研究應(yīng)用最廣泛的一種,具有高比強度和比彈性模量,良好的耐磨損、耐疲勞與抗蠕變等性能以及導(dǎo)熱導(dǎo)電性能良好、熱膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定性好等特點。鋁基復(fù)合材料通常以外加或通過化學(xué)反應(yīng)生成的方式向鋁合金中添加陶瓷、金屬間化合物或金屬等增強相組成。增強相的形態(tài)可以為長纖維、短纖維、晶須以及顆粒。長纖維增強鋁基復(fù)合材料在纖維長度方向具有優(yōu)異的力學(xué)性能,因此在重要的單向承載結(jié)構(gòu)中獲得應(yīng)用。而由后3種增強相組成的鋁基復(fù)合材料統(tǒng)稱為非連續(xù)增強鋁基復(fù)合材料 (Discontinuously Reinforced Aluminum,DRA)。與長纖維鋁基復(fù)合材料相比,DRA可實現(xiàn)各向同性(圖1)[1-2],而且可進(jìn)行二次成型加工,另外制造成本較低,因此,適用范圍較長纖維增強鋁基復(fù)合材料廣泛。目前,DRA已成為一類重要的工程材料。在國外,DRA已應(yīng)用到航空航天、交通運輸、能源、電子、兵器等高技術(shù)領(lǐng)域[2]。與鋁合金相比,鋁基復(fù)合材料的性能與微觀結(jié)構(gòu)關(guān)系更復(fù)雜。在較早關(guān)于微觀結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究中,主要以實驗研究探討增強相尺寸、含量對性能影響規(guī)律及強化機(jī)制[3-6]。最近開始通過變形本構(gòu)關(guān)系、斷裂行為等研究來闡述微觀結(jié)構(gòu)對性能的影響機(jī)制[9-13],并建立了理論模型予以描述[14-15]。在對性能與微觀結(jié)構(gòu)相關(guān)性理解的基礎(chǔ)上,制備加工技術(shù)成為鋁基復(fù)合材料的研究重點。其中主要包括復(fù)合材料在成型過程中的顆粒、基體合金微觀組織及界面演化行為[16-22],另外還包括針對復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計所開展的熱處理研究探索等[23-26]。除了控制制備加工工藝獲得優(yōu)化的微觀結(jié)構(gòu)外,最近的研究通過融合新材料或加工技術(shù),開始設(shè)計新型復(fù)合材料體系與微觀結(jié)構(gòu)[27-30]。這些新型復(fù)合材料顯示出許多性能優(yōu)勢,為性能突破開辟了新途徑。以下將從材料設(shè)計與制備加工過程中的微觀結(jié)構(gòu)控制角度,簡要介紹鋁基復(fù)合材料最近的研究工作。

圖1 結(jié)構(gòu)材料的比剛度與比強度關(guān)系Fig.1 Specific stiffness vs. specific strength for structuralmaterials

復(fù)合材料設(shè)計依據(jù)

. 增強相

鋁基復(fù)合材料中最常見的增強相是 SiC,另外還有Al2O3,TiC,T iB2和 A lN等。一些具備特殊性能的材料如金剛石,B4C,金屬氧化物 (如 BeO,TiO2)等也是常見的增強相。SiC顆粒具有高模量,高硬度,高強度,以及優(yōu)異的物理性能,因此,SiC/Al復(fù)合材料可應(yīng)用于承載、耐磨等結(jié)構(gòu)件中[31]。人造金剛石不僅具有比陶瓷材料更好的性能,而且具有高熱導(dǎo)率,可用于制備高熱導(dǎo)鋁基復(fù)合材料[32]。B4C不僅因高強度、高硬度用于制備承載結(jié)構(gòu)用的鋁基復(fù)合材料中,還因B可吸收中子而用于防核輻射材料中[33]。

增強相多作為顆?；蚓ы毺砑?。晶須由于價格昂貴已逐漸被顆粒代替。顆粒的尺寸和含量是材料設(shè)計的關(guān)鍵因素。降低顆粒尺寸或增加顆粒含量均有利于提高復(fù)合材料屈服強度[5,34]。其主要原因可以用 Ashby[35]的應(yīng)變梯度理論進(jìn)行解釋:基體合金在變形過程中因硬質(zhì)顆粒的存在產(chǎn)生應(yīng)變梯度,由此產(chǎn)生的“幾何位錯”(Geometrically Necessary Dislocations,GNB)密度成為屈服強度增加的根源。當(dāng)與顆粒尺寸或含量成線性關(guān)系的顆粒間距減小后,會使 GNB密度增加因而基體合金得到強化。另外,由于顆粒與鋁合金的熱膨脹系數(shù)差異較大,會在界面附近產(chǎn)生位錯,顆粒尺寸減小或含量增加會導(dǎo)致位錯密度增加,進(jìn)一步使基體合金強化[34]。

近年來,隨著鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用向重要承載結(jié)構(gòu)推廣,延伸率與斷裂韌性成為研究工作的重點。復(fù)合材料在受載過程中,在界面附近產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致顆粒開裂,之后裂紋向基體合金中擴(kuò)展并相互連接,成為制約復(fù)合材料塑韌性的關(guān)鍵因素[3,12,14]。Song等人[15,24]在前期研究基礎(chǔ)上,利用 Weibull分布與 Eshelby模型[37],對外加載荷與應(yīng)力集中的關(guān)系進(jìn)行了預(yù)測,并結(jié)合顆粒在變形過程中開裂數(shù)量的測量,建立起顆粒尺寸和含量與延伸率及斷裂韌性理論模型,可以較好地描述顆粒與復(fù)合材料性能的關(guān)系。

除了尺寸與含量,顆粒的幾何分布也是影響復(fù)合材料性能的關(guān)鍵因素。在顆粒團(tuán)聚較嚴(yán)重時,甚至?xí)纬煽锥磸亩@著降低復(fù)合材料性能[7-9]。而顆粒團(tuán)聚區(qū)域在復(fù)合材料受載時的裂紋形核與擴(kuò)展行為中也扮演著重要角色。最近,Kolednik等人[38]使用原位動態(tài)掃描電鏡觀察,通過測量局部應(yīng)變 (局部應(yīng)變與總應(yīng)變比值)與裂紋前端位移(COD),指出顆粒尺寸小、體積分?jǐn)?shù)低時復(fù)合材料的變形帶和剪切帶與基體合金類似,因而具有相同的斷裂模式;但當(dāng)顆粒尺寸或體積分?jǐn)?shù)增加時,低應(yīng)力下大顆粒的開裂或因顆粒團(tuán)聚造成的裂紋形核成為主要斷裂模式,復(fù)合材料局部應(yīng)變與剪切帶方向發(fā)生變化,韌性降低。

在鋁基復(fù)合材料性能與增強相關(guān)系研究中,主要以Eshelby模型為基礎(chǔ)來計算模擬。但該模型無法描述顆粒形狀的影響。最近的研究中,Romanova[14]以正壓模型為基礎(chǔ),在介觀尺度上用有限元計算,建立起三維界面力學(xué)模型。模擬計算表明:顆粒表面粗糙度增加,復(fù)合材料的斷裂機(jī)制由球狀增強體時的界面脫粘逐漸轉(zhuǎn)化為顆粒開裂(圖2)[39],尤其是在界面結(jié)合強度高時。但目前顆粒形狀對基體合金強化機(jī)制的影響研究尚未見報道。

. 界面形態(tài)

目前,針對復(fù)合材料性能研究除了應(yīng)力應(yīng)變的物理本構(gòu)關(guān)系探討外,還包括界面形態(tài)研究。界面是復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)中的重要組成部分,界面結(jié)合強度、界面形狀以及界面化學(xué)成分與載荷傳遞、裂紋形核擴(kuò)展及應(yīng)力松弛關(guān)系密切,因而對復(fù)合材料的強度、塑性與韌性影響明顯[39]。

較早的界面研究主要是對不同制備技術(shù)與工藝參數(shù)下的界面予以評價。增強相與基體合金在高溫下尤其是在有液相存在時極易反應(yīng)生成脆性化合物,如 SiC與熔融鋁所形成的Al4C3[40]。過度的界面反應(yīng)不僅會侵蝕增強相表面,而且會在低應(yīng)力下開裂,因此降低了復(fù)合材料性能。為了獲得良好界面結(jié)合,除了控制工藝參數(shù)如熔液溫度和保溫時間外,還可以通過增強相表面預(yù)處理來阻止過度界面反應(yīng)。Shi等人[41]的研究表明,對 SiC顆粒進(jìn)行表面氧化可在顆粒表面形成較均勻連續(xù)的 S iO2膜,從而有效地阻止Al4C3生成。

對固相法如粉末冶金法 (PowderMetallurgy,P/M)制備的復(fù)合材料,由于復(fù)合溫度較低,所以界面反應(yīng)易于控制,因此對 P/M的工藝優(yōu)化在于促進(jìn)增強相與基體合金結(jié)合為主。Cheng等人[16]使用 P/M法制備了復(fù)合材料。結(jié)果發(fā)現(xiàn):未處理的 SiC顆粒與鋁合金所形成的界面層相對較厚(約 80 nm);而對 SiC顆粒預(yù)氧化后酸、堿洗,去除 SiC顆粒表面存在的 SiO2,Al2O3及 Fe2O3夾雜后,SiC與Al可實現(xiàn)原子擴(kuò)散結(jié)合,界面層為非晶態(tài),最厚僅為 2 nm(圖3)[43],使復(fù)合材料強度、彈性模量以及延伸率比顆粒未處理的復(fù)合材料均有提高。

圖2 拉伸 (a～e)與壓縮 (f～j)條件下的開裂模式 (圖中灰色為顆粒內(nèi)部,白色為開裂區(qū)域,透明部分為基體),(k)為顆粒形狀與界面脫粘或顆粒開裂的定量關(guān)系Fig.2 Crack patterns in tension(a～e)and compression(f～j)particle surfaces are marked by the computational mesh,internal sections are gray,damaged regions are white-colored,and the matrix is transparent),(k)shows the particle shape dependence of the debonding and volume cracking contributions in tension

圖3 不同顆粒狀態(tài)下的 SiC/6066Al復(fù)合材料界面:(a)未處理的顆粒,(b)預(yù)氧化后經(jīng)酸堿洗Fig.3 Interfaces in SiC/6066Al composites reinforced with SiC particles in different states: (a)Original SiC particles and(b)after pre-oxidization,acid-pickled and alkali-treated SiC particles

顆粒預(yù)處理工藝會增加成本和質(zhì)量控制環(huán)節(jié),因此界面與性能關(guān)系還需謹(jǐn)慎評價。目前界面研究以實驗觀察為主,關(guān)于界面反應(yīng)物數(shù)量及尺寸的定量計算難度較大,因此界面對性能影響缺乏理論模型描述。另外,界面反應(yīng)對基體合金化學(xué)成分及溶質(zhì)元素分布有影響。因此,基體合金的微觀結(jié)構(gòu)也成為復(fù)合材料性能設(shè)計中的重要內(nèi)容。

. 基體合金

早期的復(fù)合材料采用商業(yè)合金作為基體合金。但商用合金為增加強度或為阻止熱加工中的晶粒粗化等,通常會添加許多合金元素。對鋁基復(fù)合材料而言,其強化機(jī)制主要來源于增強相,而且在熱加工過程中增強相可誘發(fā)再結(jié)晶[17]并阻止晶粒粗化。因此有必要適當(dāng)改進(jìn)商用鋁合金成分以優(yōu)化復(fù)合材料性能,如 DWA公司使用的由 2024Al改進(jìn)的 2009Al合金 (Al-Cu-Mg)[33]。

最近對 SiC/2009Al復(fù)合材料的時效序列與時效動力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了探討[25-26,42]。結(jié)果表明,復(fù)合材料的時效動力學(xué)比基體合金要緩慢。這與復(fù)合材料早期研究中位錯密度可增加沉淀相析出速度的觀點不同。這是由于復(fù)合材料中的界面湮滅了淬火所形成的空位,而且由于Mg等合金元素在界面處富集導(dǎo)致基體合金中的固溶度降低,從而減小了 GP區(qū)形成的驅(qū)動力。研究還發(fā)現(xiàn):SiC/2009Al中有較多的 CuAl2相,Al2Cu Mg含量較低[26]。另外,Rodrigo等人[25]還在 SiC/2009Al復(fù)合材料中發(fā)現(xiàn)σ(Al5Cu6Mg2)相與Ω相,這明顯不同于傳統(tǒng)的 2024鋁合金。

Song等人[24,43]將增強顆粒、夾雜相、析出相綜合考慮,建立起時效時間和溫度與塑韌性之間的關(guān)系模型,與現(xiàn)有研究數(shù)據(jù)符合較好 (圖4)[24]。這些研究表明:鋁基復(fù)合材料的性能優(yōu)化需要有合理的熱處理工藝支持。但目前關(guān)于合金元素配比、增強相尺寸與含量、制備加工歷史與沉淀相析出的研究數(shù)據(jù)仍不夠充分。

圖4 SiC/Al-Cu-Mg復(fù)合材料模擬計算和實驗研究得到的拉伸塑性與時效時間的關(guān)系:(a)時效溫度一定,SiC體積分?jǐn)?shù)不同;(b)SiC體積分?jǐn)?shù)一定,時效溫度不同F(xiàn)ig.4 Nor malized tensile ductility as a function of aging time:(a)Certain a aging temperature,various volume fraction of SiC and(b)Certain a volume fraction of SiC,various agine temperature

加工中的性能控制

. 復(fù)合材料變形機(jī)制

可使用傳統(tǒng)的塑性加工手段成形為各種形狀的零件,是DRA的優(yōu)勢之一。但復(fù)合材料中的硬質(zhì)顆粒在塑性加工中約束基體合金的流變,會使其塑性加工性能較鋁合金差。為獲得優(yōu)化的工藝參數(shù),探索復(fù)合材料變形機(jī)制成為復(fù)合材料加工研究的重點。

國內(nèi)外較早的研究表明[44-47],鋁基復(fù)合材料的高溫變形與鋁合金類似,是受熱激活控制的變形行為。但使用經(jīng)典的動力學(xué)模型進(jìn)行分析時,常發(fā)現(xiàn)鋁基復(fù)合材料的變形激活能比鋁合金高。通過門檻應(yīng)力[48]及彈性模量修正,可建立復(fù)合材料的本構(gòu)關(guān)系 (冪律方程)。但門檻應(yīng)力的產(chǎn)生原因較為復(fù)雜,而且需要進(jìn)行低應(yīng)變速率下的蠕變實驗才能確定,給復(fù)合材料的變形機(jī)制研究帶來困難。Prasad等人[49]在動力學(xué)模型上進(jìn)行改進(jìn),使用動態(tài)材料模型建立了復(fù)合材料加工圖分析方法,通過能量耗散率數(shù)值對不同溫度與應(yīng)變速率下的變形機(jī)制進(jìn)行預(yù)測,與實驗結(jié)果一致。

鋁合金具有較高的層錯能,在高溫下位錯易于產(chǎn)生交滑移與攀移,因此熱變形過程中多發(fā)生動態(tài)回復(fù)而不發(fā)生再結(jié)晶。對鋁基復(fù)合材料,硬質(zhì)增強相在熱變形過程中會增加應(yīng)變梯度從而增加位錯密度,提高了再結(jié)晶的形核驅(qū)動力,因而鋁基復(fù)合材料高溫變形時常發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶[17,21,50],對晶粒細(xì)化有顯著作用。

在鋁基復(fù)合材料的熱變形研究中,同時還發(fā)現(xiàn)其具有高應(yīng)變速率超塑性特征[47-48]。這對復(fù)合材料的成形加工尤其是使用板材近終形加工制備薄壁零件非常有利。由于增強相的存在,復(fù)合材料在高溫下晶粒不易粗化。隨著變形溫度增加,滿足晶粒滑動條件的應(yīng)變速率隨之增加,因而復(fù)合材料可在更高應(yīng)變速率下獲得超塑性。在對 SiC/2024Al冷軋板的研究中[47]發(fā)現(xiàn),復(fù)合材料板材可在 0.1 s-1甚至更高的應(yīng)變速率下獲得超塑性,而鋁基復(fù)合材料的超塑性變形機(jī)制仍以晶粒滑動為主(圖5)[4]。

圖5 SiC/2024Al冷軋板的超塑性:(a)不同溫度下的延伸率與應(yīng)變速率關(guān)系,(b)應(yīng)變速率與模量補償有效應(yīng)力關(guān)系Fig.5 Superplasticity in SiC/2024Al composite:(a)variation of elongation at different temperature with strain rate and(b)strain rate vsmodulus compensated effective stress

對復(fù)合材料變形機(jī)制的理解是指導(dǎo)制定變形工藝的基礎(chǔ)。但要制備高性能無缺陷的復(fù)合材料,還需要深入了解復(fù)合材料變形過程中的微觀結(jié)構(gòu)演化行為。

. 微觀結(jié)構(gòu)演化行為

隨著鋁基復(fù)合材料在承載結(jié)構(gòu)中的推廣應(yīng)用,塑性加工對性能的影響逐漸受到關(guān)注。復(fù)合材料在擠壓、鍛造和軋制過程中晶粒尺寸、顆粒尺寸與分布發(fā)生變化,另外,在復(fù)合材料制備過程中產(chǎn)生的疏松等缺陷可以得到密實。這些變化對復(fù)合材料的性能會產(chǎn)生顯著影響。

較早的研究發(fā)現(xiàn),擠壓過程中復(fù)合材料的晶粒會被拉長并會發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶細(xì)化[51-52],同時部分增強相會發(fā)生開裂[53]。研究還發(fā)現(xiàn)顆粒開裂后新形成的界面附近通常不產(chǎn)生孔洞[54]。但目前研究缺乏對塑性加工過程中顆粒破碎后與基體合金重新形成界面形態(tài)的認(rèn)識,因而這種變形過程中的修復(fù)機(jī)制尚未得到闡明。

開裂導(dǎo)致顆粒尺寸細(xì)化有利于提高復(fù)合材料強度。但大尺寸顆粒在變形過程中會發(fā)生損傷,在受載時可能成為裂紋源。因此制定加工參數(shù)需要綜合考慮這 2種作用?？梢钥隙ǖ氖?復(fù)合材料的變形加工應(yīng)盡可能在動態(tài)再結(jié)晶或動態(tài)回復(fù)區(qū)間進(jìn)行,以免因“不穩(wěn)定流動”產(chǎn)生顆粒開裂或界面開裂等缺陷導(dǎo)致性能下降[19,48,50]。

除了尺寸變化,增強相分布也會因基體合金的塑性流動改變[19,50]。Rodrigo等人[26]對 SiC/Al復(fù)合材料的研究中發(fā)現(xiàn),無論是晶須還是顆粒,擠壓后都沿著擠壓方向成帶狀分布且有部分團(tuán)聚。Caveliere[19]在Al2O3/2618Al復(fù)合材料的等溫模鍛研究中也發(fā)現(xiàn),在特定溫度下會出現(xiàn)局部顆粒團(tuán)聚。最近 Ramu和 Bauri[55]對攪拌鑄造制備的 SiC/Al復(fù)合材料進(jìn)行等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAP)后發(fā)現(xiàn),顆粒分布并未發(fā)生明顯改變。Ceschini等人[21]最近的研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)對鑄造法制備的復(fù)合材料進(jìn)行鍛造并未改變顆粒分布。這些研究與較早的研究[50]結(jié)果有較明顯的差異。變形過程中的應(yīng)力狀態(tài)分布、應(yīng)變矢量及應(yīng)變值是影響顆粒分布的重要因素,但目前熱變形過程中的顆粒分布變化行為及影響因素還未得到系統(tǒng)研究。

除了增強相尺寸與分布變化,塑性加工對復(fù)合材料影響還表現(xiàn)在基體合金微觀結(jié)構(gòu)變化上。Poudens等人[51]發(fā)現(xiàn)在低顆粒含量的復(fù)合材料中, <111>和<100>織構(gòu)強度比基體合金要高;但體積分?jǐn)?shù)增加后,由于顆粒分布均勻性變差,織構(gòu)強度反而減弱。陳禮清等人[56]對粉末冶金法制備的 SiC/Al復(fù)合材料進(jìn)行軋制研究發(fā)現(xiàn),冷軋板織構(gòu)中包含微弱的剪切織構(gòu){001}〈110〉和 2個常見的面心立方金屬織構(gòu)組分{110}〈112〉及{3314}〈773〉;而熱軋板織構(gòu)近乎無規(guī)律分布,因而導(dǎo)致冷軋板屈服強度比熱軋板略高。Ceschini等人[21]最近對鑄造法制備的 Al2O3/2618Al復(fù)合材料的研究中發(fā)現(xiàn),鍛壓可使晶粒細(xì)化、第二相化合物分散均勻化以及孔洞消除,由此使復(fù)合材料延伸率顯著提升。

從現(xiàn)有研究報道來看,塑性加工會對控制復(fù)合材料性能的諸因素造成影響,因此塑性加工與性能關(guān)系密切。但目前的研究數(shù)據(jù)暫不能對加工過程中的微觀結(jié)構(gòu)演化進(jìn)行系統(tǒng)的預(yù)測和描述,復(fù)合材料的熱加工工藝仍主要依靠實驗研究。

鋁基復(fù)合材料新進(jìn)展與應(yīng)用前景分析

圖6 等離子弧氣化沉積 AlN/Al復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu):(a)TEM照片,(b)界面高分辨率照片F(xiàn)ig.6 Microstructure ofAlN/Almixed nano-particles synthesized by arc discharge evaporation: (a)TEM micrograph of bright-field and(b)high magnification TEM micrograph ofAlN/Al interface

在工業(yè)領(lǐng)域設(shè)計需求牽引下,鋁基復(fù)合材料的研究仍在不斷探索性能突破的途徑。通過設(shè)計新型的材料成分與體系,并引入新型高強材料與制備手段,成為研制高性能鋁基復(fù)合材料的基礎(chǔ)。一般認(rèn)為原位復(fù)合材料的原子結(jié)合界面是最理想的,可使復(fù)合材料性能顯著提升。最近 Liu等人[29]在氮氣氛中對高純鋁進(jìn)行等離子弧氣化沉積,制備了原位 AlN/Al復(fù)合材料,其中 AlN與Al晶粒尺寸分別達(dá)到納米與亞微米級,界面形成原子擴(kuò)散結(jié)合 (圖6)[29],其彈性模量可達(dá) 142 GPa。除了改進(jìn)界面結(jié)合與細(xì)化增強相及基體合金晶粒尺寸,最近的鋁基復(fù)合材料設(shè)計還包括選用高強鋁合金、碳納米管、功能陶瓷以及制備非晶與納米晶混合結(jié)構(gòu)等[27,30,57-58],使復(fù)合材料獲得更高的綜合性能。這些研究為復(fù)合材料性能突破提供了新途徑,但目前關(guān)于如何控制界面反應(yīng)、增強相尺寸、分布與數(shù)量以實現(xiàn)性能控制以及塑性突破等尚無有效手段,另外,這些材料要實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用尚需要時間。

在強化機(jī)制與制備加工研究基礎(chǔ)上,鋁基復(fù)合材料的研制水平逐漸成熟。舉例來說,我國 20世紀(jì) 90年代以前的鋁基復(fù)合材料塑韌性與成型加工一直沒有獲得突破,因此應(yīng)用受到局限。通過多年研究積累,“十五”期間我國在鋁基復(fù)合材料性能與研制能力方面獲得重要突破,盡管落后于國外,但幾種典型鋁基復(fù)合材料如SiC/Al,Al2O3/Al正逐漸獲得航空航天、交通運輸及電子儀表等領(lǐng)域的認(rèn)可。今后,隨著研究水平穩(wěn)步提高以及新型復(fù)合材料的研發(fā),鋁基復(fù)合材料將有望在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。

總結(jié)與展望

鋁基復(fù)合材料在微觀結(jié)構(gòu)與性能研究中取得大量研究成果,成為工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)。但鋁基復(fù)合材料的體系設(shè)計、加工過程中的質(zhì)量控制以及性能水平的關(guān)系需要形成系統(tǒng)、完善的理論,才能成為更加實用可靠的應(yīng)用指導(dǎo)依據(jù)。影響鋁基復(fù)合材料的性能的因素較多,

未來的研究需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上綜合系統(tǒng)的闡述多因素交互作用下復(fù)合材料的性能控制技術(shù)原理。另外,工業(yè)領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅艿男枨蟛粩嗵岣?通過融合新材料與加工技術(shù)來實現(xiàn)性能突破,是鋁基復(fù)合材料未來發(fā)展的另一個重要方向。

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An Overview of High Performance Alum inum Matrix Composites:Design and Processing Technologies

X IAO Bolü,MA Zongyi,WANG Quanzhao,N IDingrui,B IJing
(ShenyangNationalLaboratory forMaterials Science,Institute ofMetal Research,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,China)

In this paper,progress in system design,fabrication and processing researches of typical aluminum matrix composites(AMC)for structural application are reviewed in view of the relationships between microstructure characterization and properties concerned.Meanwhile,recent attempts for properties enhancement of the AMCs are introduced. Future research and application are anticipated on the basis of development progress and the current research results.

aluminum matrix composite;particle;precipitation;recrystallization

TG146.2

A

1674-3962(2010)04-0028-08

2009-11-01

肖伯律,男,1975年生,博士,研究員