由于力、热、电学性能优异,SiC颗粒(SiCp)是常用的铝基复合材料增强体,由其制备的铝基复合材料原料成本低廉、制备过程简单、力学性能优异。在该复合材料的制备过程中,SiCp一般通过外加法引入铝基体,该过程存在的界面问题限制了 SiCp增强效果的充分发挥。原位合成技术可以有效解决SiCp与铝基体的界面问题,但相关研究极少且不够完善。基于此,本文研究了 Al-Si-C体系中SiCp的原位合成技术,讨论了几个与之相关的关键问题,包括:外加SiCp的原位包覆技术,SiCp原位合成过程的结构和尺寸控制方法,以及原位SiCp对Al-Si合金三维构型的影响。本研究为解决SiCp与基体的界面问题提供了新思路,为充分发挥SiC颗粒的增强效果提供了新途径。(1)外加SiCp的原位包覆通过原位包覆法实现了外加SiCp的表面修饰。研究了原位包覆层的结构特征和生长机理,讨论了原位包覆层对SiCp与基体之间界面结合的作用,探讨了原位包覆层对Al-Si合金拉伸、耐磨性能的影响。研究表明,原位包覆层具有层状结构,是通过外加SiCp的外延生长形成的。原位包覆层—外加SiCp—基体之间形成的三明治结构具有很高的稳定性。原位包覆层通过应力缓冲作用、机械锁合作用以及表面修饰作用保证了 SiCp与基体的稳固结合,从而为SiCp增强作用的充分发挥提供了条件。原位包覆SiCp可引入Al-Si熔体中并维持完整的包覆结构:该颗粒的引入可显著提高合金的强度,特别是高温强度;在干摩擦过程中,原位包覆SiCp可在摩擦界面处积累,从而显著提高合金的耐磨性和摩擦系数,且磨损状态越严重,提高作用越明显。(2)原位SiCp的结构和尺寸控制通过调整原料成分和制备工艺,可在Al-Si-C体系中分别得到6H-SiC、3C-SiC以及纳米SiCp。研究了三种SiCp的晶体形貌、内部结构及生长机理,揭示了反应路径和前驱体对SiCp合成的重要作用。研究表明,通过液—固反应法和中间合金法分别原位合成了 6H-SiC和3C-SiC。6H-SiC和3C-SiC的外露面和晶体形貌各不相同,但内部均存在共格界面。二者的结构类型受反应路径和前驱体控制:6H-SiC由一步反应得到,一般可自由生长并形成完整晶体,片层结构的碳质体为其前驱体;3C-SiC由两步反应得到,难以充分生长,一般形成不完整晶体,且内部及表面常存在晶体缺陷,块状A14C3为其中间相和前驱体。6H-SiC和3C-SiC的生长机制分别为“多处形核—多层生长”的层状生长机制和“Al4C3的多区域转变”机制。通过液—固反应法合成了纳米SiCp,其结构为3C多型,呈六角板片状,板片在直径和厚度方向的平均尺寸均小于100 nm。为了降低表面能,纳米SiCp之间常相互连接并形成共格界面,界面处存在大量层错。纳米SiCp可引入A1-Si合金中并表现出明显的强化效果。(3)原位SiC对Al-Si合金三味构型的影响从Al-Si合金中提取得到了宏观Si骨架,研究了 SiC形态对骨架微观形貌、孔隙特征和压缩强度的影响;使用工业CT对合金相微骨架进行了表征,研究了原位SiC对合金相微骨架的微观形貌和结合强度的影响。研究表明,通过引入原位SiC,高硅Al-Si合金中可形成完整稳固的自支撑宏观Si骨架。由于原位SiC的直接和间接连接作用,Si骨架中各相之间的界面结合变得更加紧密有效,骨架的组织形貌变得更加规则连续,骨架的孔隙变得更加圆整均匀。进一步研究表明,原位SiC既可影响Si相的形核生长,又可改善外加SiCp与Si相的界面结合。通过引入原位SiC,骨架的压缩强度显著提高,平均孔径明显降低。在原位SiCp增强Al-Si-Cu基复合材料中,原位SiCp既可影响Si相的形核生长,并与之形成Si-SiC微骨架,又可影响合金相的析出过程,提高合金相微骨架的完整性。此外,Si-SiC微骨架与合金相微骨架还相互穿插形成了更加完整的复合骨架。