使用液压设备进行二次压制和二次烧结至关重要，因为单一的加工循环很少能达到高性能复合材料所需的结构完整性。初次烧结通常会留下残留的孔隙和未破裂的氧化膜，从而削弱材料；二次机械和热处理步骤对于物理压碎这些空隙以及化学键合基体以实现最大密度和硬度是必不可少的。
通过将机械致密化（压制）与化学键合（烧结）分开，这种两步二次工艺可将孔隙率降低到 7% 以下，从而确保材料达到工业应用所需的硬度和界面强度。
致密化的力学原理
克服残留孔隙
仅靠初次烧结不足以制造完全致密的铝硅碳（Al-SiC）复合材料。它通常会产生仍含有大量残留孔隙的结构。
在二次压制阶段使用工业级液压设备施加巨大的机械力。这种压力会物理性地压溃这些剩余的空隙，将材料机械地压实成更紧密的结构。
打破氧化物屏障
铝冶金中最持久的挑战之一是铝粉表面自然形成的顽固氧化膜。这种薄膜充当屏障，阻止铝基体与 SiC 颗粒有效结合。
二次压制的巨大物理应力会使该氧化层断裂。通过打破氧化膜，该工艺暴露出干净、反应性的金属表面，为下一阶段的真正化学键合做好复合材料的准备。
激活扩散键合
虽然压制使颗粒紧密接触，但并未永久熔合它们。这就是二次烧结的独特作用。
一旦孔隙被闭合且氧化膜被打破，二次烧结就会施加热量以触发扩散机制。原子在铝和碳化硅之间的边界迁移，将机械接触转化为牢固的界面键。
理解工艺的权衡
高性能的成本
这种方法会产生重复的工艺工作流程。与简单的烧结不同，使用二次步骤会增加制造时间和需要专门的工业液压机械。
然而，这种复杂性是性能所必需的权衡。没有这些二次步骤，材料就无法达到苛刻应用所需的密度水平（低孔隙率）。
密度与孔隙率限制
需要注意的是，虽然该工艺显着提高了材料性能，但它是一种减法方法，不一定能完全消除。
主要目标是将孔隙率降低到7% 以下。虽然其他方法（如同步热压）在特定的半固态条件下可能会将密度推得更高，但二次压制-烧结方法经过专门优化，可以在固态或近固态条件下平衡致密化与打破氧化层实际操作的可行性。
为您的目标做出正确选择
要确定您的应用是否需要这种多阶段加工，请考虑您的性能目标：
- 如果您的主要重点是结构完整性：您必须采用二次压制来机械地压碎氧化铝薄膜，否则基体将因颗粒间结合力弱而受损。
- 如果您的主要重点是硬度和密度：您需要二次烧结阶段来激活扩散，这是将孔隙率降低到 7% 以下并锁定最终硬度的唯一方法。
高密度铝硅碳复合材料并非一步完成，而是通过机械破碎屏障和热封屏障的精心设计的顺序实现的。
总结表：
| 工艺阶段 | 主要功能 | 关键结果 |
|---|---|---|
| 二次压制 | 通过液压设备施加机械力 | 压溃残留孔隙并压碎氧化铝薄膜 |
| 二次烧结 | 热激活扩散机制 | 在铝和碳化硅之间形成牢固的界面化学键 |
| 联合结果 | 结构致密化 | 将孔隙率降低到 7% 以下并最大化材料硬度 |
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参考文献
- A Wasik, M. Madej. Sustainability in the Manufacturing of Eco-Friendly Aluminum Matrix Composite Materials. DOI: 10.3390/su16020903
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
