粉末冶金法制备高硅含量硅铝复合材料的组织与性能研究

摘要

本文采用粉末冶金和热等静压技术制备了硅含量为50vol%和70vol%的硅颗粒增强铝基复合材料（Si/Al-4.5Cu），采用了光学显微镜和扫描电镜观察组织形貌并测试了其主要性能。微观组织表征表明：材料完全致密、硅颗粒在铝基体中分布均匀且组织细小；70%Si/Al复合材料中硅颗粒略有长大，颗粒发生相互连接，但铝基体连续，平均颗粒尺寸为5～15um；而50%Si/Al复合材料中硅颗粒无明显长大，并保持单颗粒分散，颗粒尺寸为2～10um。热等静压态的50%Si/Al和70%Si/Al复合材料的三点弯曲强度分别为395MPa和350MPa，比文献报道类似材料的强度高出40%～250%。断口形貌观察表明，复合材料的断裂以硅颗粒脆性断裂为主导，断口中未发现Al-Si界面脱粘现象。复合材料强度提高的主要原因是：材料完全致密、缺陷率低；增强相的尺寸细小、分散均匀；基体的合金强化。Si/Al复合材料的热膨胀系数分别为12.7×10-6ppm/K和8.7×10-6ppm/K。与其他制备技术制备的同类材料相比较，粉末冶金技术制备的Si/Al复合材料在保持低膨胀系数的情况，具有更高的强度及其他力学性能，使得其在结构、功能材料领域极具广阔的应用前景。