利用延性相增强脆性相以提高断裂韧性，这一思想在复合材料的设计中由来已久，实践中也取得了显著的效果[9-13]。然而，强度和韧性是互相排斥的两种性能。要达到最佳的力学表现往往是这两种性能相互妥协的结果[14, 15]。在金属基复合材料中，目前人们已经广泛研究了影响力学响应的因素，其中包括基体成分、增强相种类和形态、体积分数、分布情况以及增强相与基体之间的界面结构与结合等。同时，力学研究证实，在复合材料中含相同体积但不同形貌的增强相（如层状，颗粒状，纤维状）时，层状结构将呈现最大的增韧效果，其次是纤维状和颗粒状[16]。而最终高强韧（即高损伤容限）复合材料的获得主要依靠对组分材料性能和多尺度范围内微观结构的有效控制。在优化复合材料强韧性的过程中，大自然中的生物材料给予了人们很多启示。生物材料(如牙质、骨、贝壳等)经过数亿年的进化，形成了与环境和功能需求相适应的精细结构，表现出传统人工合成材料无法比拟的优异性能[17-21]。
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第 2 章 实验材料与研究方法
2.1 实验材料
实验所用材料包括商用碳化硅粉体、氧化铝粉体、氧化镁粉体、羧甲基纤维素钠（CMC-Na）和去离子水，各种材料的粒度、纯度和来源如表 2.1 所示。本实验中选用高强度铸造铝合金 ZL205A (Al–Cu合金)和 Al–Si–Mg合金。采用瑞士产的 ARL4460 光谱分析仪测定合金成分，测定结果如下:
2.2 研究方法及技术路线
采用冷冻铸造法和熔体浸渗法制备层状或均匀分布的 Al/SiC 复合材料，其制备工艺可分为两个步骤：首先采用冷冻铸造法制备层状或均匀分布的多孔 SiC 陶瓷坯体，然后通过真空–气压浸渗法或无压浸渗法向多孔 SiC 坯体的孔隙中填充 Al 合金，最终制出复合材料。图 2.1 为制备多孔陶瓷坯体所需的冷冻铸造实验装置示意图，图 2.1（a）为常见的单向冷冻，而图 2.1（b）为快速冷冻。在单向冷冻装置中，将铜棒下端置入盛有液氮的保温容器中，其上端装有加热圈以及顶部与隔热性能良好的聚四氟乙烯模具连接。通过下端的冷却和上端的加热，使铜棒顶部处于恒定低温状态。将陶瓷浆料倒入模具内，实现浆料从下而上的定向凝固。第 3 章 冷冻铸造法制备层状多孔 SiC 陶瓷坯体.....47
3.1 引言....... 473.2 SiC 浆料流变性....... 47
3.3 液相烧结 SiC 多孔陶瓷坯体 ..... 49
3.4 冷冻温度对多孔陶瓷微观结构的影响......... 55
3.5 固相含量对层状多孔陶瓷骨架微观结构和性能的影响.....58
第 4 章 压力浸渗法制备层状互通结构 ZL205A/SiC 复合材料及其力学性能···71
4.1 引言....... 71
4.2 真空-气压浸渗工艺研究............ 72
4.3 陶瓷颗粒的分布状态对 ZL205A/SiC 复合材料力学性能的影响规律及机制............. 76
第 5 章 无压浸渗法制备层状互通结构 Al–Si–Mg/SiC 复合材料及其力学性能················101
5.1 引言......101
5.2 无压浸渗动力学研究......101
第 6 章 层状互通结构 ZL205A/SiC 复合材料的干摩擦磨损性能
6.1 引言
众所周知，机器零件的大部分失效是由于摩擦磨损造成的，为此更换或修复磨损件而消耗了大量的能源、资源和人力。随着航空航天、交通、生物制造（人造关节）等领域的迅速发展，对轻质材料的耐磨性能提出了更高的要求[206, 207]。像铝合金等传统金属轻质材料虽然具有高比强度、耐腐蚀和良好的铸造性能，但摩擦状态不稳定，抗咬合性能较差，耐磨性能不理想，这阻碍了其在摩擦领域的更广泛应用[208]。在金属中添加陶瓷相，不仅使材料具有高比强度、高比模量、耐高温、尺寸稳定性好等优点，而且还具有比基体更好的耐磨性。在陶瓷颗粒增强金属基复合材料中 Al/SiCp复合材料是优秀的代表，其成本低廉、来源广泛、综合性能优良，因此前人对 SiCp均匀布的 Al 基复合材料进行了大量的研究[209-217]。
6.2 层状互通结构 ZL205A/SiC 复合材料的摩擦磨损行为
在本实验中获得的层状复合材料呈现梯度结构，结合图 3.6 所给出的坯体微观结构可知，复合材料底部的片层较细小致密，随着离底部的高度，片层变粗大。我们选择片层较厚位置（取复合材料离底部 15 mm左右高的区域）的纵、横截面，研究不同取向对层状互通结构 ZL205A/SiC 复合材料的磨损性能的影响，其横截面为垂直于片层方向；纵截面为平行于片层方向；另外，采用三维的 X、Y 和 Z 方向标记了片层的不同取向，如图 6.1 所示。.....
第 7 章 结 论
发现采用快速冷冻法制备的 SiC 多孔陶瓷中，孔隙均匀分布；而采用单向冷冻铸造法制备的 SiC 多孔陶瓷呈从下至上梯度变化的层状结构。揭示出随着离冷端距离的增加，浆料凝固速度降低，陶瓷骨架片层厚度和结构波长均增大；随着浆料中陶瓷初始固相含量的增加，浆料粘度增大，凝固速度增加，陶瓷骨架片层厚度和结构波长均增大。随着冷冻温度的降低，单向冷冻的冰晶前沿凝固速度增加，液相烧结后的层状多孔 SiC坯体中片层厚度和冷冻波长均减小。对无助烧剂体系，当浆料初始固相含量增加至 40 vol.%时，由于浆料粘度大，层状结构不明显，氧化烧结的坯体强度较低。对助烧剂体系，随着助烧剂含量的增加，SiC 水基浆料的粘度减小，浆料的凝固速度降低。随着浆料中陶瓷初始固相含量和助烧剂含量增加，坯体孔隙率减小，抗压强度增大。
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参考文献（略）
