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针对Ti3SiC2优良的导电性、导热性、热稳定性以及自润滑性等优点,部分研究人员已对其导电减摩件、生物医用材料和阻尼材料等方面的应用潜力展开研究。本文综合Ti3SiC2与Al合金两者的优点,制备出性能更加优异的Ti3SiC2增强Al基复合材料。首先,通过造孔剂无压烧结和SPS(spark plasma sintering)烧结法制备出具有不同孔隙率的多孔Ti3SiC2陶瓷;然后,采用SPS烧结法在较低温度下制备出Al/Ti3SiC2和Al-Si/Ti3SiC2两种复合材料;最后,提出了一种新的两步法改进了无压熔渗工艺,改善了铝合金基体的润湿性,从而降低了熔渗温度。第一步:采用单辊熔体旋转法将6061铝合金板材制备成厚度约100μm的超细晶6061薄带,第二步:采用无压熔渗法将铝薄带渗入到Ti3SiC2骨架制备出三维网状Ti3SiC2增强Al基复合材料。通过XRD、SEM、三点弯曲、压缩和DIL分析等手段对Ti3SiC2陶瓷及其增强Al基复合材料的微观组织与结构、力学性能和热膨胀性进行系统分析,并研究了不同载荷下Ti3SiC2增强Al基复合材料的干摩擦磨损性能。(1)采用不同造孔剂法制备出孔洞均匀、孔隙率可控的多孔Ti3SiC2陶瓷。采用NaCl作为造孔剂,Ti粉、Si粉、石墨粉作为元素粉烧结制备出多孔Ti3SiC2,其总孔隙率最高可达75%,开孔隙率可达73%,相对开孔隙率可达96%,但是多孔Ti3SiC2分别存在少量TiC、TiSi2和Ti5Si3杂质,其纯度最高为97.8%,抗压强度最高为58 MPa。NH4HCO3造孔剂与Ti3SiC2陶瓷粉制备出多孔Ti3SiC2,基本未发生分解,其总孔隙率可达59.2%,开孔隙率可达53.2%,相对开孔隙率可达91%,抗压强度可达107 MPa。在不同温度下,采用SPS烧结Ti3SiC2陶瓷粉制备出Ti3SiC2陶瓷,未发生任何分解,其孔隙率为0.7%~16.2%,抗压强度可达685 MPa。(2)采用SPS烧结制备出不同Ti3SiC2含量的Al/Ti3SiC2和Al-Si/Ti3SiC2复合材料,其致密度分别可达93.4%和96.7%,其硬度均随Ti3SiC2含量的增加而增加,热膨胀系数均随Ti3SiC2含量的增加而显著减小,分别可达1.94×10-5/K和1.8×10-5/K(250℃)。Al/Ti3SiC2复合材料的硬度最高可达196 HV,其抗弯强度可达385 MPa,抗压强度可达395 MPa。当Ti3SiC2添加量为10 wt.%时,Al/Ti3SiC2复合材料压缩曲线反映出典型的塑性压缩;当Ti3SiC2添加量高于25 wt.%时,其断裂机制为脆性断裂。Al-Si/Ti3SiC2复合材料的硬度可达218 HV,其三点弯曲强度随Ti3SiC2含量的增加而逐渐下降,抗压强度最高可达563 MPa。Al-Si/Ti3SiC2复合材料的断裂机制为脆性断裂。(3)采用无压熔渗法在950℃可以制备出具有三维网状结构的Ti3SiC2增强Al基复合材料。采用单辊熔体旋转法将6060铝合金板材快速凝固制备成具有超细晶结构的6061铝合金薄带,作为熔渗基体。Al基复合材料的密度为3.04~3.87 g/cm3,抗压强度可达932 MPa,硬度可达749 HV。AA6061/Ti3SiC2复合材料中均有一定量的Si、Al2O3和Al8SiC7杂质生成,这些杂质对复合材料的力学性能有积极的影响。熔渗温度继续升高或者延长保温时间可以增加复合材料的致密度,但是会造成组分的改变。(4)在不同载荷下,Al/Ti3SiC2和Al-Si/Ti3SiC2复合材料的摩擦因数与磨损率均随Ti3SiC2含量的增加而减小。Al/Ti3SiC2复合材料的摩擦因数和磨损率最低分别为0.195和3.44×10-4 mm3/Nm,Al-Si/Ti3SiC2复合材料的摩擦因数和磨损率最低分别为0.311和1.3×10-4 mm3/Nm。无压熔渗法制备的Ti3SiC2三维网状增强Al基复合材料的耐磨性均高于SPS烧结法制备的颗粒增加Al基复合材料,其磨损率最低为7.21×10-5 mm3/Nm。