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Si C/Al复合材料具有优异的微屈服强度、比刚度和适中的热膨胀系数,已经成功应用于精密仪表零件之中。然而目前为止,还有一些基础问题尚未形成明确的理论。例如,增强体尺寸对微屈服强度的强化机理问题,基体中析出相长大会降低长期服役过程中稳定性问题等。为解决高尺寸稳定性Si C/Al复合材料性能设计基础问题,本文围绕微屈服强度的尺寸效应和基体合金优化选择这两个问题展开研究。首先采用应变梯度理论研究了颗粒尺寸对复合材料微屈服强度的强化机理,进而采用有限元的方法建立含颗粒尺寸项的微屈服强度预报模型,为颗粒尺寸的选择提供了依据;继而,针对基体析出相长大的问题,提出了适用于长期使用时具有高微屈服强度的合金元素优选方法,优选出合金元素Sc,Zr,Mg,并采用压力浸渗技术制备了相应的复合材料,系统研究了添加优选合金元素的Si C/Al复合材料微观组织和微屈服强度,探讨了合金元素对Si C/Al复合材料微屈服强度的强化机理,为合金元素的优化设计提供了一定的基础。采用压力浸渗法制备了4种Si C颗粒尺寸的Si C/Al复合材料,研究了Si C颗粒尺寸对Si C/Al复合材料微屈服强度的影响规律。结果表明,随着颗粒尺寸减小,微屈服强度提高。通过建立微观的应变梯度模型,证明了颗粒尺寸是通过改变颗粒间距进而改变基体中的应变梯度,从而改变复合材料的微屈服强度的。进一步研究发现,颗粒尺寸对复合材料微屈服强度的强化效果主要是依赖于铸造冷却阶段产生的几何必需位错。依据颗粒尺寸对微屈服强度的强化机理,在对基体塑性段本构关系修正的基础上,采用有限元的方法建立了描述颗粒尺寸对Si C/Al微屈服强度作用的预报模型。对比了不同几何模型或本构方程对复合材料微屈服强度的影响,证明多颗粒模型和“CTE+EM”的本构关系更适用于Si C/Al复合材料。采用此模型预报了不同颗粒尺寸的Si Cp/pure Al复合材料微屈服强度,进而以颗粒尺寸为5μm的复合材料为例进行了实验验证,预报结果与实测值相对偏差为11.7%,证明模型具有一定的可靠性。针对Si C/Al复合材料析出相长大致使长期服役稳定性差的问题,结合Ostwald粗化理论,获得了在铝合金中添加的合金元素选择方法:i)能与Al形成具有强化作用的金属间化合物;ii)最大固溶度大,室温固溶度小;iii)低扩散系数;iv)沉淀相与Al基体共格;v)传统铸造技术可制备。并据此原则,优选了基体合金元素Sc,Zr,Mg,研究了合金元素对Si C/Al复合材料微观组织和微屈服强度的强化机理。研究了添加Sc,Zr后Si C/Al-Sc-Zr复合材料的微观组织、在不同热处理工艺下的微屈服强度,揭示了Sc,Zr对微屈服强度的强化机理。结果表明,添加Sc-Zr后,Si C/Al复合材料基体在铸态时形成了300nm的超细晶粒。时效过程中,析出相Al3(Sc,Zr)在晶内形核长大,析出相与基体由共格关系变为半共格关系。析出相密度则在350°C存在峰值16.7×1013m-2。添加Sc-Zr元素后,铸态Si C/Al复合材料基体的主要强化机制由位错强化转为细晶强化。峰时效时,析出相Al3(Sc,Zr)是通过使位错发生Orowan绕过机制发挥强化作用的,复合材料的微屈服强度达到166.8MPa。研究了进一步添加Mg元素对Si C/Al-Sc-Zr-(Mg)复合材料微观组织及不同热处理工艺下微屈服强度的影响。Mg的添加提高了Al3(Sc,Zr)相形核率,从而使相同热处理条件下基体中Al3(Sc,Zr)相平均粒径更加细小,析出相面密度也更高。Mg元素的添加除自身的固溶强化外,还能够对Al3(Sc,Zr)相细化而带来额外的Orowan强化效果。峰时效的Si C/Al-Sc-Zr-Mg复合材料微屈服强度为250MPa,较Si C/pure Al提高了120%。