1　前言
反应合成金属基复合材料(ｉｎ ｓｉｔｕＭＭＣｓ)是材料科学中一个新近出现的领域。这类多相材料的强化相是在材料合成过程中通过化学反应产生的[1]。与此定义相对应的是传统复合材料(ｅｘ ｓｉｔｕＭＭＣｓ),传统复合材料的强化相是在材料合成过程之前就有的。Ｉｎ ｓｉｔｕＭＭＣｓ在近年来得到发展,因为他们提供了与传统复合材料相比极具竞争性的多条优势[1～7]:反应合成的强化相热力学稳定;强化相与基体界面干净;合成成本低;强化相颗粒尺寸小,同时颗粒分布好;在材料合成过程中不会经历与操作细粉相关的困难或者风险。
Ｉｎ ｓｉｔｕＭＭＣｓ提供了在汽车和航空等领域广泛的研究发展潜力和应用前景,因而许多相应的材料制备技术逐渐发展起来。利用混合粉体反应物的反应烧结是新发展起来的制备ｉｎ ｓｉｔｕＭＭＣｓ的一个技术。近年来引起此领域研究者们兴趣的多孔Ａｌ (Ａｌ2Ｏ3 ＴｉＢ2)ＭＭＣｓ的材料可通过加热Ａｌ ＴｉＯ2 Ｂ混合粉末的反应烧结制备(ＴｉＯ2和Ｂ按形成ＴｉＢ2的化学配比)[8]。本文利用热压技术将此多孔复合材料致密化,并对致密复合材料进行显微组织鉴定(Ｘ衍射分析,显微组织分析),检测其杨氏弹性模量和三点弯曲抗弯强度。对不同的致密化处理技术(压铸、热等静压和热压)以及同经热压技术处理的其他类似新型Ｐ ＭＭＭＣｓ进行了比较。

2　试验
所用铝、ＴｉＯ2和硼粉末如在[8]中所描述,不同的是本文中所用铝粉的颗粒尺寸小于125μｍ。用球磨方法制备了三种粉体混合物(质量分数):79 74%Ａｌ 15 95%ＴｉＯ2 4 31%Ｂ,88 73%Ａｌ 8 87%ＴｉＯ2 2 40%Ｂ和83 3%Ａｌ 16 7%ＴｉＯ2。随后,在30ｍｍ直径的高强度石墨模具中,将它们用单向冷压机冷压。冷压压力是35ＭＰａ。制备的试样尺寸为 30ｍｍ×10ｍｍ。
两种三元成分Ａｌ ＴｉＯ2 Ｂ和一种二元成分Ａｌ ＴｉＯ2的试样在真空炉子中进行无压烧结处理。加热条件为:将试样以10℃ ｍｉｎ的速度升温至1100℃,保温5ｍｉｎ后随炉冷却。
每一种三元成分,一种二元成分和纯铝试样进一步受热压致密化处理。热压条件为:以50℃ ｍｉｎ的速度升温至605℃,保温10ｍｉｎ后随炉冷却;热压压力是35ＭＰａ。对于每一种三元Ａｌ ＴｉＯ2 Ｂ成分,经热压处理后的试样进一步热等静压处理以期增进其致密化程度。在热等静压过程中,保温温度是540℃,保温时间2ｈ,压力约150ＭＰａ。通常有两种热等静压处理方法。一种是把试样装在一个不漏气可压缩的包套之中[9],抽去包套之内气体使成真空,然后密封此包套,将之放在升温了的高压气体中作热等静压处理,最终达到试样致密化的目的。另一热等静压处理方法是,试样与氩气直接接触而不用包套。本文使用后一种方法。
两种三元成分经无压反应烧结后的试样进行压铸处理,其目的在于将熔融铝液压渗进试样不封闭的孔洞中。由于Ｉｎ ｓｉｔｕＭＭＣｓ的孔洞大多不封闭[8],压铸渗透使试样致密化应该是可能的。方法是将表面干净的多孔试样在炉中预热(625℃,15ｍｉｎ),然后将之置于事先预热(350℃)的压铸模底。压铸过程中,将850℃纯铝液倾倒至压铸模中,并随后迅速自上而下单向压动压柱。压力是20ＭＰａ,其维持时间为3ｍｉｎ。
将经过致密化处理的试样作Ｘ射线衍射分析和显微组织的分析,并测试其力学性能(显微硬度、弹性杨氏模量和抗弯强度)。材料的室温杨氏模量用Ｇｒｉｎｄｏ Ｓｏｎｉｃ技术测定。在弯曲试验(三点弯曲;ＩＮＳＴＲＯＮ1196)过程中,自动记录载荷和位移数据。根据下列关系式,所记录的原始数据可转化成应力和应变数据[10]:　　
式中ｂ为试样宽度,ｄ为试样厚度,ｌ为两支撑间距,ｐ为所施压力,δ为试样中间点的移动距离。

3　试验结果及讨论
3.1　显微组织及力学性能Ｘ射线衍射分析表明,经热压处理的两种三元Ａｌ ＴｉＯ2 Ｂ合成的试样由ＴｉＢ2,Ａｌ2Ｏ3和铝组成(图1)。