颗粒增强铝基复合材料因具有密度低、比强度与比模量高、耐磨及耐高温等优点,在航空航天、电子和汽车制造等行业中具有广阔的应用前景。其制造方法一般分为外加法与内生法。外加法制备工艺简单,但颗粒表面容易污染,而内生法增强颗粒是在基体内部原位反应生成,颗粒细小,表面洁净,与基体结合良好。本课题分别采用粉末冶金、熔体原位反应合成方法,在Al-SiO₂体系制备了Al₂O₃颗粒增强铝基复合材料。利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、差热扫描量热分析仪（DSC）等现代分析手段分析了复合材料的凝固组织,并探讨了Al-SiO₂体系的反应动力学以及影响颗粒大小和分布的因素,研究了复合材料的硬度和拉伸性能,分析了复合材料的断裂行为。对Al-SiO₂体系反应的研究表明:根据热力学计算,Al-SiO₂体系的反应是自发进行的放热反应。只要加热到一定温度,就会引发反应,而反应放出的反应热将会导致体系温度上升,更有利于反应的进行。在660℃时,SiO₂与Al开始反应,生成Al₂O₃和Si,但反应未完全。直到920℃-950℃时反应完全,最终反应合成以Al-Si合金为基体,Al₂O₃颗粒为增强体的复合材料。对SiO₂颗粒进行球磨预处理可使粉体颗粒变得细小,平均粒径为1μm,从而改善SiO₂与Al的润湿性,降低反应的温度。Al-SiO₂体系的反应动力学过程可以分为浸渗阶段、反应和扩散阶段、完全反应阶段和弥散阶段。Al-SiO₂体系熔体直接反应制备复合材料的最佳工艺参数为:反应温度850℃、反应时间30min,SiO₂在室温时放置在铝锭中间然后一起加热至850℃。X射线衍射和扫描电镜分析表明:Al-SiO₂体系原位反应生成的颗粒增强相为Al₂O₃颗粒,且颗粒尺寸细小,均匀分布于基体中。在反应过程中,对熔体施加高能超声,可提高Al₂O₃颗粒的体积分数,并使颗粒更细小、分布更均匀。力学性能测试表明:反应合成的Al₂O₃/Al复合材料,与纯铝相比硬度有较大的提高,抗拉强度略有提高,伸长率则略有下降。SiO₂加入量为铝熔体的10wt%时,Al₂O₃/Al复合材料的硬度为62.6HV,较纯铝提高102.6%;抗拉强度为112.3MPa,较纯铝提高22.1%;伸长率为10.1%,较纯铝下降1.9%。