铝碳化硅的应用与发展

一般随着载荷的增加，基体材料的磨损量迅速增大，但与氧化铝颗粒复合后，其磨损量增加会缓慢许多，这是由于氧化铝颗粒具有很好的耐磨性，其弥散分布于铝基体中，能明显地提高铝材料的耐磨性。付高峰等向铸铝ADC12熔体中添加硫酸铝铵,由反应分解的Al2O3原位生成了颗粒增强铝基复合材料。与基材相比，Al2O3颗粒增强铝基复合材料的耐磨性较基材的提高了1~2倍，硬度提高了15%。

经过复合后，除抗磨性卓越外，氧化铝颗粒增强铝基复合材料（Al-MMCs）还具有质量轻、比强度与比刚度高、耐高温性能好，以及可用常规工艺和设备进行成型与处理等很多优良性能。目前除可用于航空航天工业和军事工业外，还可用于制造汽车的汽缸体、活塞、刹车摩擦件上。如日本丰田公司首次成功地用Al2O3/Al复合材料制备发动机的活塞，重量减轻了5%~10%，导热性提高4倍左右。

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究已有40余年的历史，其密度仅为钢的1/3，但其强度比纯铝和中碳钢都高，且还具有较高的耐磨性，可以在300℃~350℃的高温下稳定工作。研究表明，随着SiC增强颗粒的加入及其体积含量的增加，复合材料的屈服强度、抗拉强度、弹性模量均有明显的提高，延伸率则有所下降。通过调节基体合金的成分和增强颗粒的体积分数还可以获得需要的物理性能，这些物理性能有望在光学仪器和精密仪表等领域获得应用。

目前，碳化硅颗粒增强铝基复合材料主要应用于汽车、航空航天和军事等高科技领域，如发动机活塞、连杆和刹车片等。国外比较有名的生产金属基复合材料的公司有：美国的DWA复合材料公司、ACMC（先进复合材料公司）和Dural铝基复合材料公司等，普惠公司从PW4084发动机开始，就采用了DWA公司生产的挤压态碳化硅颗粒增强变形铝合金基复合材料来制作风扇出口导流叶片，最后被用于采用PW4000系列发动机的波音777客机上。

铝碳化硅散热片（图片来源：钧杰陶瓷）

颗粒增强铝基复合材料经过几十年的研究发展后，正逐步迈向商业化和民用化，制约其发展的关键因素正逐步被解决，而且有几种颗粒的研究已趋向成熟，稳步发展，应用也非常广泛。不过与机遇一同到来的还有挑战，随着铝基复合材料的进一步发展，对其配套的相关材料也会提出更高的要求，或许在将来还会有更多性能优越的增强材料出现在世人面前。

在航空航天领域中，有很多的配件需要采用铝碳化硅来做，其加工加工精度要求较高，加工难度大。很多企业为了节约成本，选择了传统CNC机床来加工，结果导致机床磨损快，加工精度无法保障等问题。鑫腾辉开发的铝碳化硅雕铣机就是专用于铝碳化硅加工的机床，该机具有良好的防尘功能以及优秀的加工能力。目前该机以被包括中国航天在内的多家企业采购。

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