(B4C+Cf)/Al复合材料的制备及其性能

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2026.04.003

摘要/Abstract

摘要：

为解决(B₄C+C_f)/Al复合材料制备过程中增强相和铝基体之间润湿性较差、易生成Al₄C₃脆性相的问题，以高熔点且与铝不互熔的Ti颗粒为诱发浸渗剂，在碳纤维表面通过化学镀涂覆Cu镀层，并采用金属诱发原位反应浸渗技术，实现了该复合材料的高效率、低成本的近终成形制备。分别在850、900、950 ℃的制备温度下保温90 min，成功制备(B₄C+C_f)/Al复合材料，并利用SEM、XRD及万能试验机，对复合材料的微观组织、生成物相、压缩性能和抗弯性能进行了表征。结果表明，铝熔体可成功浸渗陶瓷预制块，制得轻质铝基复合材料，其密度为2.80~2.85 g/cm³；XRD检测出Al、B₄C、AlB₂、Al₃BC、TiB₂、TiC相，未出现Al₄C₃脆性相；随着制备温度从850 ℃升高至950 ℃，复合材料的抗压强度从290 MPa降至172 MPa，抗弯强度从233.69 MPa提升至375.44 MPa；制备温度越高，所制备复合材料的撕裂棱越多，裂纹萌生位置由增强相与基体的界面逐渐转向基体或增强相内部。

关键词: 铝基复合材料, 化学镀, 润湿性, 微观组织, 生成物相, 压缩性能, 抗弯性能

Abstract:

To address the poor wettability between the reinforcing phases and the aluminum matrix, as well as the tendency to form brittle Al₄C₃ phase during the preparation of (B₄C+Cf)/Al composites, Ti particles with high melting point and immiscible with aluminum were used as the inducing infiltration agent, and chemical plating was also employed to coat the surface of carbon fibers with Cu. Thus the efficient and low?cost near?final forming preparation of this composite material was achieved through the metal?induced in?situ reactive infiltration technology. (B₄C+C_f)/Al composite materials were prepared by holding at 850 ℃, 900 ℃, and 950 ℃ for 90 minutes, respectively. The microstructure, produced phases, compressive properties, and bending resistance of the composites were characterized using SEM, XRD, and a universal testing machine respectively. The results show that the aluminum melt can successfully infiltrate the ceramic preform to produce lightweight aluminum matrix composites with a density ranging from 2.80 g/cm3 to 2.85 g/cm3. XRD test on the composites revealed the presence of Al, B₄C, AlB₂, Al₃BC, TiB₂, and TiC phases, but no brittle Al₄C₃ phase was observed. As the preparation temperature increased from 850 ℃ to 950 ℃, the compressive strength of the composites decreased from 290 MPa to 172 MPa, while the bending strength increased from 233.69 MPa to 375.44 MPa. The bending fracture morphology of the composites indicates that the higher the preparation temperature, the more tear edges are present in the prepared composites, and the location where cracks initiate gradually shifts from the interface between the reinforcing phases and the matrix to the interior of the matrix or the reinforcing phases.

Key words: Aluminum matrix composites, Chemical plating, Wettability, Microstructure, Produced phases, Compressive, Flexural properties

中图分类号:

TQ110.1

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图/表 9

图1 碳纤维化学镀铜工艺流程示意图

Fig.1 Process flow of electroless copper plating on carbon fiber

图2 镀铜碳纤维表面形貌的SEM图

Fig.2 SEM image of the surface morphology of copper?coated carbon fiber

图3 不同温度下制备的(B4C+Cf)/Al复合材料的SEM微观组织形貌（a） 850 ℃ （b） 900 ℃ （c） 950 ℃

Fig.3 SEM microstructure of (B4C+Cf)/Al composites prepared at different preparation temperatures

图4 不同温度下制备的(B4C+Cf)/Al复合材料的XRD谱图

Fig.4 XRD patterns of the (B4C+Cf)/Al composites prepared at different preparation temperatures

图5 不同温度下制备的(B4C+Cf)/Al复合材料的压缩真应力?真应变曲线

Fig.5 Compressive stress?strain curves of (B4C+Cf)/Al composites prepared at different preparation temperatures

图6 (B4C+Cf)/Al复合材料压缩试验后的照片

Fig.6 Image of (B4C+Cf )/Al composite after compression test

表1 不同温度下制备的(B4C+Cf)/Al复合材料的相关性能

Table 1 Property data of (B4C+Cf)/Al composites prepared under different temperatures

制备温度/℃	实测密度/(g·cm^-3)	抗压强度/MPa
850	2.80	290
900	2.82	230
950	2.85	172

图7 (B4C+Cf)/Al复合材料的抗弯强度与制备温度的关系曲线

Fig.7 Relationship between flexural strength of (B4C+Cf)/Al composite and the preparation temperatures

图8 不同温度下制备的(B4C+Cf)/Al复合材料的弯曲断口SEM照片（a） 850 ℃ （b） 900 ℃ （c） 950 ℃

Fig. 8 SEM images of bending fracture of (B4C+Cf)/Al composites prepared at different temperatures

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(B₄C+C_f)/Al复合材料的制备及其性能

Preparation and Properties of (B₄C+C_f)/Al Composites

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