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摘要
界面润湿性和界面反应极大的限制了SiC/Al基复合材料制备和性能提升。虽然通过实验，计算机模拟计算等研究揭示了Al-SiC高温润湿行为和界面反应，得到了界面润湿和界面反应的理论模型，但调控润湿性的因素多且复杂，一些因素相互影响，尚未系统的提出SiC/Al基复合材料界面润湿性的影响因素，调控界面润湿性和界面反应的关键因素仍不明确，SiC/Al基复合材界面研究仍存在争议。为了探索控制界面润湿性的关键因素，本文归纳了影响界面润湿性的实验因素：（1）SiC基体（纯度，表面粗糙度，气孔率，游离Si含量等）及表面极性（C端，Si端）；（2）合金和基体的氧化层及其厚度（氧分压）；（3）合金元素种类及含量；（4）接触温度和时间；（5）界面反应；（6）测试方法（座滴，挤出等）；（7）液滴重量或尺寸及蒸发速率等。其中，除了（6）和（7）外，其它因素对调控SiC/Al基复合材料的界面润湿性具有重要意义，对指导复合材料的制备，性能提升和应用有重要价值。纯Al和SiC在低于Al熔点10 ℃就能发生界面反应，产物Al4C3室温下即与H2O发生反应，破坏界面结合，使得复合材料性能急剧降低。计算机模拟和热力学计算建立了界面反应的热力学，动力学模型，通过大量实验验证和显微结构分析，阐明了温度，反应时间，合金元素，SiC表面极性等因素对界面反应的影响，建立了抑制或消除有害界面反应的边界条件。与润湿性相比，界面反应严重制约SiC/Al复合材料的性能及使用寿命，但可通过简单工艺调控。通过熔体中引入合金元素，改性SiC及过渡层和特殊制备工艺等能有效抑制界面反应，实现与润湿性协同调控。本文分析了界面反应和界面润湿性的研究进展，归纳了SiC/Al基复合材料的界面的调控的三个途径。一是添加合金元素进行有限的调控，在特定工艺中，添加一定量的合金元素能够提高润湿性，减弱或消除界面反应；二是设计界面反应和界面过渡层，获得预期的界面组成和结构，提高润湿性的同时消除有害界面反应；三是采用新制备工艺，利用现有的界面研究成果和模型，调控界面反应温度和时间直接获得性能优异的体材料，如累积辊压，喷射沉积，原位自生等。虽然上述途径能够调控SiC/Al基复合材料界面，但仍存在各自的局限性，所得复合材料性能和预期性能还有较大的差距。因而，对SiC/Al基复合材料的界面设计和调控仍然需要在理论计算的基础上，深入的研究和探索界面反应，组成和结构，降低接触角与达到平衡接触角的时间，从而降低制备工艺难度，提升性能。
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