中国材料研究学会

会员登录 会员注册

关注

关注今日新材料

Concise Review | 史玉升团队:SiC/Al 复合材料增材制造的研究进展:综述
发布时间: 2025年12月31日
来源: 中国材料研究学会

中文摘要:

SiC/Al 复合材料因其高比强度和比模量、优异的耐磨性以及低热膨胀系数,被广泛应用于航空航天、光学、汽车和电子封装等领域。传统的 SiC/Al 复合材料制备技术,如粉末冶金、铸造和渗透法等,已发展至较为成熟的研究阶段,并有部分成果实现了工业化应用。SiC 陶瓷相的引入显著提升了复合材料的力学性能,但也给传统机械加工方法带来了挑战。

增材制造(Additive Manufacturing, AM)是将零件的三维实体模型(CAD 模型)转化为一系列二维分层数据,并按照特定顺序逐层堆积材料以形成三维实体零件的制造技术。与传统制造方法相比,增材制造在个性化定制和复杂结构构件成形方面具有显著优势。本文系统讨论了 7 种增材制造方法 制备 SiC/Al 复合材料的研究进展,并根据成形过程将其分为直接制造和间接制造两大类。随着材料科学与技术的不断发展,SiC/Al 复合材料性能的进一步提升及其新应用领域的拓展仍在持续推进。预计 SiC/Al 复合材料将在高端制造领域中发挥重要作用,并推动相关产业的技术进步。本综述可为复合材料领域的研究人员利用增材制造技术制备 SiC/Al 复合材料提供有益参考。

Fig. 1Application of SiC/Al composite materials in various fields.

 

文章亮点总结

1. 聚焦 SiC/Al 复合材料的增材制造(AM)研究进展
文章系统综述了SiC/Al 复合材料增材制造技术的研究现状与进展,强调其在航空航天、光学、汽车和电子封装等高端领域的广泛应用背景和重要性。SiC/Al 复合材料具有高比强度、高模量、耐磨性好、热膨胀系数低等优异性能,使其成为结构材料的高性能选择。传统制造方法在复杂构件制备上存在局限,而增材制造技术为该类材料的成形提供了新的解决方案。

2. 全面梳理了 7 种增材制造工艺路线
文章按照工艺成形方式将相关增材制造方法分为直接增材制造与间接增材制造两大类,对 7 种代表性技术进行了深入讲解,包括:

  • 冷喷(Cold Spray, CS)

  • 丝弧增材制造(WAAM)

  • 摩擦表面沉积增材制造(FSDAM)

  • 激光金属沉积(LMD)

  • 选择性激光熔化(SLM)

  • 选择性激光烧结(SLS)

  • 直接墨写(DIW)
    这些方法分别从工艺原理、适用性、材料组织演化及典型研究成果等方面进行了对比分析。

3. 指出增材制造技术对制备复杂结构件的优势
与传统粉末冶金、铸造和渗透等制造方法相比,增材制造技术具备高自由度设计、无需模具、快速成形和复杂结构制造能力强等优势,特别适合用于制造轻量化、高性能与定制化的 SiC/Al 复合材料复杂构件。

4. 分析不同增材技术的关键技术难点与优化方向
文章不仅总结了各种增材制造方法的成功应用案例,还明确指出当前面临的挑战,例如:

  • 粉末/纤维原料分散与界面粘结控制

  • 成形件内部缺陷与孔隙率控制

  • 热应力导致的变形问题

  • 成形精度与尺寸控制难题
    并提出了未来优化参数设计、工艺流程和表面/界面改性等研究方向。

5. 展望未来发展趋势与潜在应用拓展
本文强调增材制造在 SiC/Al 复合材料领域的持续发展潜力,预计将推动该材料在高端装备制造、能源设备与先进结构件等更多领域的应用,同时鼓励探索连续纤维增强打印、多材料复合打印等新工艺路线。