挤压比是铝硅碳复合材料最终力学性能的关键决定因素。通过压缩横截面积——例如典型的 3.8 比率——模具会产生强烈的剪切变形，从而从根本上改变材料的微观结构。这个过程显著提高了复合材料的杨氏模量和初始强度。
挤压比作为一种结构精炼机制；通过迫使材料通过压缩区域，它驱动致密化和对齐，将强烈的剪切应力直接转化为优越的结构性能。
微观结构改进机制
促进材料致密化
挤压模具的主要功能是减小复合材料预制件的横截面积。
这种压缩消除了内部空隙，并将材料组件推得更近。结果是形成更致密的复合结构，不易因内部孔隙而失效。
拉长铝基体
当材料经历强烈的剪切变形时，铝基体在物理上对定向力做出反应。
基体晶粒不会保持随机状态；它们会沿挤压方向拉长。这种排列创造了一种纹理晶粒结构，增强了材料抵抗特定载荷的能力。
优化颗粒分布
在复合材料中，性能在很大程度上取决于增强材料（SiC）与基体（Al）的相互作用程度。
足够挤压比产生的剪切力可以改善SiC颗粒在基体中的分布。这确保了增强材料均匀分布，防止结块形成薄弱点。
由此产生的物理性能
提高杨氏模量
杨氏模量是衡量材料刚度或抗弹性变形能力的一种度量。
由于挤压比驱动了致密化和更好的颗粒分布，复合材料变得更硬。因此，杨氏模量显著增加，使材料在应力下保持其形状。
提高初始强度
晶粒拉长和致密化效应的结合直接影响材料的承载能力。
优化的微观结构提供了更高的失效阈值。这表现为铝硅碳复合材料初始强度的明显提高。
关键工艺约束
强度是必要的
重要的是要认识到这些好处不是自动获得的；它们是强烈的剪切变形的结果。
如果挤压比太低，剪切力可能不足以实现必要的致密化或晶粒对齐。没有这种强烈的变形，材料将无法实现 SiC 颗粒的改进分布，从而导致力学性能不佳。
针对工程目标的优化
为了最大限度地提高您的铝硅碳复合材料的性能，您必须将挤压比视为一种微观结构工程工具。
- 如果您的主要重点是结构刚度：确保挤压比足够高，以最大限度地提高致密化，这是提高杨氏模量的主要驱动力。
- 如果您的主要重点是承载能力：瞄准一个能够确保显著剪切变形的比例，以充分拉长基体晶粒并最大化初始强度。
通过精确控制挤压比，您可以将原材料预制件转化为高性能工程材料。
总结表：
| 物理参数 | 高挤压比的影响 | 主要机制 |
|---|---|---|
| 杨氏模量 | 显著增加 | 材料致密化和 SiC 分布 |
| 初始强度 | 明显改善 | 晶粒拉长和剪切变形 |
| 微观结构 | 拉长和精炼 | 强烈的轴向剪切应力 |
| 孔隙率 | 大幅降低 | 横截面积压缩 |
| 颗粒分布 | 均匀/无结块 | 高剪切力分散 |
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参考文献
- S. Szczepanik, Piotr Bednarczyk. Influence of Cold Working on Mechanical Properties of Al-SiC Composites. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.892.53
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
