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.48 北京科技大学学报 第30卷 体变化关系，不同研究者得出的结果不同，这可能是 热导率2，可，这两方面因素决定了基体中没有$1 由于计算时所采用的热力学数据不同，而且计算过 时，复合材料热导率很低，仅为65WmK-1. 程中考虑的因素也有很大差异.本实验结果与Lee Si能够降低Al合金液的黏度，根据文献[10]， 的理论预测结果比较吻合（如图4所示），这主要是 900℃时添加质量分数5%的Si便能够使纯A1的黏 由于Lee在计算时充分考虑了Al活度对结果的影 度从0.91×10-3Pas降低到0.85×10-3Pas.因 响，因此更加接近实际值. 此当添加质量分数6%的$i时，合金液的黏度大大 2.3Si对复合材料热导率的影响 降低，合金对SC的润湿性得以提高，因此浸渗更加 热导率以及相对密度随$ⅰ含量的变化关系如 完全，复合材料的残留孔隙度很低，界面反应受到一 图5所示.基体不含Si时热导率和相对密度都比较 定抑制，使得复合材料相对密度和热导率都大幅提 低；当添加质量分数6%的$i以后，复合材料相对密 高 度和热导率大幅提高，相对密度达98%；Si质量分 进一步增加Si质量分数到12%时，复合材料相 数增加到12%时，热导率略有提高，从117Wm-1. 对密度变化较小，孔隙度对热导率的影响可以忽略 K-增加到123Wm1K-1;继续增加Si质量分数 不计.此时界面反应也随着Sⅰ含量的增加而变得 到18%，热导率降低到100Wm-1K-1 微弱直至消失，实验结果表明，随着S质量分数从 135 100 6%增加到12%，复合材料热导率略有上升·Si对 120 图TC 界面反应的抑制使得热导率的升高值大于基体因Sⅰ RD 含量的增多导致复合材料热导率降低值，因此复合 105 材料的热导率在Si质量分数为12%时取得最大值. % 90 此后，由于界面反应已经被抑制，继续增加S量，降 低了基体热导率，导致复合材料热导率也随之降低 85 3结论 45L 80 0 5 12 18 (1)向A8Mg合金中添加Si,不仅能够降低 Si质量分数% 合金液高温下的黏度，促进自发浸渗，减少孔隙度， 图5热导率(TC)和相对密度(RD)与Si含量的关系 而且还可以有效抑制界面反应的发生， Fig.5 Effects of the amount of Si added to Al-8Mg alloy on the (2)合金中不含Si时，复合材料相对密度及热 thermal conductivity (TC)and relative density (RD)of the compos- 导率较低，主要是由SC与基体合金润湿性较差和 ites 界面反应严重造成的.，A8Mg合金中添加Si能够 根据Hasselman理论预测模型15]，复合材料热 提高复合材料相对密度和热导率，1000℃条件下， 导率与基体热导率和复合材料孔隙度的关系可以表 Si质量分数超过12%时，反应被完全抑制，热导率 示为： 最高 1-Va Ke-Km 2+0.5Vd (5) 参考文献 式中，K。为复合材料热导率，Km为基体热导率，Va [Lloyol D J.Particle reinforced aluminum and magnesium matrix composites.Int Mater Rev,1994,39:1 为复合材料孔隙度，K。与Km呈线性增长的关系， [2]Agha M K.Rocazella M A.burke JT.The fabrication of metal 随V:的增大而减小.基体Al8Mg合金的热导率 matrix composites by a pressureless infiltration technique.J 随$i添加量的增大而减小，复合材料孔隙的出现可 Mater Sci,1992,26:447 能源于多方面的因素，如浸渗过程陷入气泡、润湿性 [3]Ye B.He X B.Ren S B.et al.SiCp/Al composites with high 差以及AI液与SC冷却收缩不一致造成的缩孔等. volume fraction prepared by pressureless infiltration.Univ Sci 对于基体不含Si的情况，由于SiC/Al界面润 Technol Beijing.06.28(3):269 (叶斌，何新波，任淑彬，等.无压浸渗法制备高体分比SC 湿性较差，导致浸渗后残留大量气孔，根据式(5)，降 A1.北京科技大学学报，2006,28(3)：269) 低了复合材料热导率.此外，由前面的分析可知，由 [4]Pech-Canul M I.Katz R N,Makhlouf MM.Optimum condi- 于此时界面反应也比较严重，反应产物Al4C3不仅 tions for prssureless infitltration of SiCp performs by aluminum al- 能够严重降低材料力学性能，而且根据反应的程度 loys.Mater Process Technol.2000,108:68 还能不同程度（达20%~30%）地降低复合材料的 (下转第62页)体变化关系不同研究者得出的结果不同这可能是 由于计算时所采用的热力学数据不同而且计算过 程中考虑的因素也有很大差异．本实验结果与 Lee 的理论预测结果比较吻合（如图4所示）这主要是 由于 Lee 在计算时充分考虑了 Al 活度对结果的影 响因此更加接近实际值． 2∙3 Si 对复合材料热导率的影响 热导率以及相对密度随 Si 含量的变化关系如 图5所示．基体不含 Si 时热导率和相对密度都比较 低；当添加质量分数6％的 Si 以后复合材料相对密 度和热导率大幅提高相对密度达98％；Si 质量分 数增加到12％时热导率略有提高从117W·m －1· K －1增加到123W·m －1K －1 ；继续增加 Si 质量分数 到18％热导率降低到100W·m －1K －1． 图5 热导率（TC）和相对密度（RD）与 Si 含量的关系 Fig．5 Effects of the amount of Si added to Al－8Mg alloy on the thermal conductivity （TC） and relative density （RD） of the composites 根据 Hasselman 理论预测模型［15］复合材料热 导率与基体热导率和复合材料孔隙度的关系可以表 示为： Kc＝ Km 1－ V d 2＋0∙5V d （5） 式中Kc 为复合材料热导率Km 为基体热导率V d 为复合材料孔隙度．Kc 与 Km 呈线性增长的关系 随 V d 的增大而减小．基体 Al－8Mg 合金的热导率 随 Si 添加量的增大而减小．复合材料孔隙的出现可 能源于多方面的因素如浸渗过程陷入气泡、润湿性 差以及 Al 液与 SiC 冷却收缩不一致造成的缩孔等． 对于基体不含 Si 的情况由于 SiC／Al 界面润 湿性较差导致浸渗后残留大量气孔根据式（5）降 低了复合材料热导率．此外由前面的分析可知由 于此时界面反应也比较严重反应产物 Al4C3 不仅 能够严重降低材料力学性能而且根据反应的程度 还能不同程度（达20％～30％）地降低复合材料的 热导率［25］．这两方面因素决定了基体中没有 Si 时复合材料热导率很低仅为65W·m －1K －1． Si 能够降低 Al 合金液的黏度根据文献［10］ 900℃时添加质量分数5％的 Si 便能够使纯 Al 的黏 度从0∙91×10－3Pa·s 降低到0∙85×10－3 Pa·s．因 此当添加质量分数6％的 Si 时合金液的黏度大大 降低合金对 SiC 的润湿性得以提高因此浸渗更加 完全复合材料的残留孔隙度很低界面反应受到一 定抑制使得复合材料相对密度和热导率都大幅提 高． 进一步增加 Si 质量分数到12％时复合材料相 对密度变化较小孔隙度对热导率的影响可以忽略 不计．此时界面反应也随着 Si 含量的增加而变得 微弱直至消失．实验结果表明随着 Si 质量分数从 6％增加到12％复合材料热导率略有上升．Si 对 界面反应的抑制使得热导率的升高值大于基体因 Si 含量的增多导致复合材料热导率降低值因此复合 材料的热导率在 Si 质量分数为12％时取得最大值． 此后由于界面反应已经被抑制继续增加 Si 量降 低了基体热导率导致复合材料热导率也随之降低． 3 结论 （1） 向 Al－8Mg 合金中添加 Si不仅能够降低 合金液高温下的黏度促进自发浸渗减少孔隙度 而且还可以有效抑制界面反应的发生． （2） 合金中不含 Si 时复合材料相对密度及热 导率较低．主要是由 SiC 与基体合金润湿性较差和 界面反应严重造成的．Al－8Mg 合金中添加 Si 能够 提高复合材料相对密度和热导率1000℃条件下 Si 质量分数超过12％时反应被完全抑制热导率 最高． 参 考 文 献 ［1］ Lloyol D J．Particle reinforced aluminum and magnesium matrix composites．Int Mater Rev199439：1 ［2］ Agha M KRocazella M Aburke J T．The fabrication of metal matrix composites by a pressureless infiltration technique． J Mater Sci199226：447 ［3］ Ye BHe X BRen S Bet al．SiCp／Al composites with high volume fraction prepared by pressureless infiltration．J Univ Sci Technol Beijing200628（3）：269 （叶斌何新波任淑彬等．无压浸渗法制备高体分比 SiCp／ Al．北京科技大学学报200628（3）：269） ［4］ Pech-Canul M IKatz R NMakhlouf M M．Optimum conditions for prssureless infitltration of SiCp performs by aluminum alloys．J Mater Process Technol2000108：68 （下转第62页） ·48· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷