二次加工对于铝基复合材料 (AMC) 是必需的，因为添加了碳化硅等硬质增强颗粒，物理上会阻碍铝基体的自然流动和结合。
初始烧结的材料通常会保留过多的孔隙，因为这些硬质颗粒会阻碍传质。为了纠正这一点，需要采用“再压和再烧结”策略：液压机机械地压实残留的孔隙，而烧结炉则促进界面扩散，从而将相对密度锁定在 92% 以上。
致密化的核心机制 硬质增强颗粒在软金属基体中充当物理屏障，阻止标准烧结实现完全致密。二次加工将问题分开处理：它使用机械力来压碎空隙，并使用热能在分子水平上结合材料。
挑战：为什么初始烧结不足够
传质受阻
在标准的粉末冶金中，金属颗粒通过称为传质的过程熔合在一起。然而，当您向铝中添加碳化硅 (SiC) 等硬质颗粒时，这些颗粒会物理性地阻碍这一过程。
残留孔隙问题
由于硬质颗粒有效地“撑开”了结构，铝无法自由流动以填充所有间隙。
因此，仅经过初始烧结的材料通常会遭受过度孔隙率。这种孔隙率是一种缺陷，会显著削弱最终复合材料的结构完整性。
解决方案：两步二次工艺
第一步：机械压实（液压机）
二次加工的第一阶段涉及再压。液压机对半烧结部件施加高单轴压力。
这种压力纯粹是机械的。其主要功能是强制关闭初始加热后残留的开放孔隙。该力克服了硬质碳化硅颗粒带来的摩擦和物理屏障。
第二步：扩散结合（烧结炉）
机械压实使颗粒紧密结合，但尚未化学熔合。这时，在炉中再烧结变得至关重要。
加热触发了界面扩散。原子在铝与增强颗粒之间的边界迁移，从而形成真正的冶金结合。
结果：卓越的密度
通过结合这两种不同的力——机械压力后进行热结合——材料可以实现超过 92% 的相对密度。当存在大量增强颗粒时，仅通过初次烧结很难达到如此高的密度。
理解权衡
工艺复杂性与材料性能
与一次性工艺相比，二次加工增加了额外的步骤、设备成本和循环时间。然而，省略这些步骤会导致材料充满空隙且机械强度较低。
氧化风险
虽然液压机解决了孔隙率问题，但后续的加热阶段带来了氧化风险。正如在更广泛的烧结背景下所指出的，铝很容易氧化。
如果二次烧结炉未能维持受控气氛（例如真空或惰性气体），则颗粒表面可能会形成氧化物。这些氧化物会阻碍炉子旨在促进的扩散结合。
为您的项目做出正确选择
二次加工的必要性完全取决于您最终部件的机械要求。
- 如果您的主要关注点是高结构完整性：您必须采用二次再压和再烧结来消除孔隙率并将相对密度提高到 92% 以上。
- 如果您的主要关注点是非关键部件的成本降低：您可以依赖初始烧结，但要接受材料会保留空隙并具有较低的强度。
最终，二次加工不是一个可有可无的改进，而是制造无有害孔隙率的高性能铝基复合材料的基本要求。
总结表：
| 工艺阶段 | 设备 | 主要功能 | 关键结果 |
|---|---|---|---|
| 再压 | 液压机 | 机械压实 | 压实残留的孔隙 |
| 再烧结 | 烧结炉 | 界面扩散 | 形成冶金结合 |
| 最终结果 | 组合系统 | 致密化 | 相对密度 > 92% |
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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 Furnace 知识库 .
