1。4 铁铝系金属间化合物的制备方法

由于金属基复合材料中的增强材料排布及晶面等问题不易处理，因此其制备方法及工艺是影响金属基复合材料迅速发展和应用的关键问题。金属基复合材料种类繁多，多数金属基复合材料制造过程是将制备过程与成型过程结合为一体完成的。由于基体金属与增强物的物理化学性质、几何形状等都不同，因此应针对不同的复合材料选用不同的制备方法。归纳起来分为以下四类：固态法、液态金属法、半固态复合铸造法、自生成法及其他制备法。

金属基复合材料的制备工艺要求有这几个方面：第一，制备过程中要使增强体按设计要求在金属基体中均匀分布；第二，制备过程不能使增强体和金属基体本身性能下降，是两者性能得以叠加和互补；第三，制备过程应避免一切不利反应发生；第四，制备工艺适用于批量生产，尽可能制成接近最终尺寸的金属基复合材料。

1。4。1 熔铸法

熔铸法（Fusion-Cast Process）物料经高温熔化后，直接浇铸成制品的方法。一般是在电弧炉内熔化，然后浇注人耐高温的铸型中，再经冷却结晶，退火或切割制成制品。生产中主要通过控制熔化的气氛、熔融温度和冷却条件，以保证高的生产效率、析晶符合要求和形成网络结构。但在冷却析晶过程中，往往由于析晶温度不一致，产生晶粒偏析而使制品内部形成集中的空洞和缩孔。

铁铝金属间化合物与其他传统的熔铸合金有许多不同之处[30]，如下列所示：论文网

（1）铝含量不同。铁铝金属间化合物中铝的含量远远高于传统的熔铸合金，而且铁与铝两者间的熔点相差也极大。

（2）浇铸条件不同。铁铝金属间化合物在浇铸的过程中更容易引入氢原子，影响浇铸质量。

（3）浇铸温度不同。铁铝金属间化合物的形成过程伴随化学反应进行，反应放出大量的热，最后导致浇铸时熔池的温度快速上升从而引起过热。

（4）铸锭质量不同。由于铁和铝都是很活泼的金属，在浇铸过程中容易发生化学反应，从而导致铁铝金属间化合物最后得到的铸锭会出现大量气孔存在，直接影响铸锭的质量和后续研究。

由于铁铝金属间化合物有以上不同，所以，在设计铁铝金属间化合物工艺的时候，要对传统的熔铸合金的工艺进行改良，才能制备得到符合要求的铁铝金属间化合物。

Sikka 等学者提出了可以采用 Exo-melt 熔炼工艺[31]制备铁铝金属间化合物，下面以FeAl作为例子来说明此工艺。当炉中的温度升到比铝的熔点高的时候，铝开始熔化，熔化的液态铝会与炉中的固态铁发生反应并且放热，反应的产物是FeAl，呈液态状态，液体会向下流动，从而向下面的材料传热，是下面的炉料温度升高，达到熔点时全部熔化，这样可以使余下的材料被很好的加热，以此类推，可以使整个炉内温度升高，炉内整个熔体的温度能超过FeAl的熔点。可以通过对炉子功率进行调节使熔融的金属达到所需要的浇注温度，最后再出炉浇注。此熔炼工艺可以很好地控制过热现象。

另外制备铁铝金属间化合物的方法还有很多，例如砂型铸造和金属型铸造。砂型铸造中制备铁铝金属间化合物采用的方法被称为“Tea-Kettle”，此方法可以用氧化铝熔渣作为金属液的保护罩，能明显地预防液态金属被氧化[32]。

1。4。2 自蔓延高温合成技术

自蔓延高温合成技术——SHS (Self-Propagating High Temperature Synthesis)也称燃烧合成，由俄罗斯科学家A。G。Merzhanov [33]提出，它是一种利用化学反应自身放热使反应持续进行，最终合成所需材料或制品的新技术。其基本原理是先利用外部能量使材料化学反应发生并产生大量热量，自身反应放出的热量使材料内部反应持续进行，最终得到所需的燃烧产物[34]。任何化学物质的燃烧只要其结果是形成了有实际用途的凝聚态的产品或材料，都可认为是SHS过程。在自蔓延高温合成过程中，参与反应的物质可处于固态、液态或气态，但最终产物一般是固态。SHS反应体系要通过一定的方式点燃，目前常用的点火方式有电弧点燃法、电炉加热点燃法、激光点燃法、微波加热点燃法等。当反应体系内混合物预热达到自身的着火点，反应开始进行，反应过程放出的热量对其周围未反应的混合物提供热量，使其开始预热，当其达到自身着火点时发生反应，以此类推，使反应过程的燃烧波持续不断向前推移，所以瞬间的逐层点火过程也就是反应燃烧波的蔓延过程 [35]。在高温条件下，部分粉末点燃，然后发生化学反应，化学反应所产生的热又会提升其它粉末的温度进而也发生化学反应。通过这种方法，所有的粉末会逐渐生成产物。通常氩气和氮气会被用作自蔓延高温合成法的保护气。