本文利用高倍视频光学显微镜(HSVM).X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)及电子探针(EPMA)等测试手段,对TiCx与Al4C3两种碳质体(即含碳颗粒)在Al-Si熔体中的演变进行了系统研究,提出了利用碳质体原位合成SiC颗粒的工艺,探讨Al-Si熔体中SiC原位合成的反应热力学与临界条件。通过以上的研究,一方面建立了铝熔体中原位合成SiC颗粒的原位反应机制,并加以试验验证。另一方面制备出原位合成SiC颗粒增强Al-Si合金,并对其拉伸强度、耐磨性等力学性能进行了检测。本文的主要研究工作如下：(1)利用TiCx在Al-Si熔体中的演变实现SiC颗粒的原位合成研究发现,Al-Si熔体中的Si原子会促使TiCx发生演变,其演变产物取决于反应温度以及熔体Si浓度两个重要参数。反应温度低于890℃时TiCx转变生成Al4C3相。当反应温度高于890℃时,TiCx演变的产物主要取决于熔体中Si浓度：当Si浓度从7wt.%增加到30wt.%时,TiCx保持稳定,并有少量Ti3SiC2相生成；Si浓度高于30wt.%,TiCx完全转变生成SiC。从晶体学角度分析,碳空位等晶体缺陷的存在是导致TiCx在Al-Si熔体中发生演变和反应的根本原因。由热力学吉布斯自由能计算得知,较高的反应温度和Si浓度会促使TiCx演变的进行。分析认为,与C原子相比,熔体中主导原子(Si、Al原子等)的原子半径较大,其掺杂会在TiCx中引起较大的晶格畸变,从而加速其演变和反应。当TiCx演变至临界条件时会发生Si、Al等原子与C原子的原位反应与结构重组,中间过程经过若干中间过渡相,最终实现SiC颗粒在Al-Si熔体中的原位合成。(2)Al4C3在Al-Si熔体中的演变与原位合成SiC的反应机制研究表明,Al-Si熔体中的Si原子能够诱导Al4C3发生演变,其演变产物主要取决于熔体中Si浓度与保温时间。当Si浓度较低(<20wt.%)时,Al4C3在较短时间(5min.)内不发生演变,但随着保温时间的延长(30min.以上)其能够转变为Al4SiC4中间过渡相与SiC相；当Si浓度较高(≥25wt.%)时,Al4C3能够在较短时间(5min.)内转变为SiC。随着保温时间的延长,SiC保持不变。利用非稳定化掺杂原理,主导原子(Si、Al原子等)能够向Al4C3中扩散,这种扩散是单方向的,而并非Si、C原子的双向扩散。聚集到Al4C3颗粒周围的主导原子能够诱导其发生演变,形成一系列中间过渡相,中间过程经历多次原子掺杂与原位反应,最终原位合成SiC产物。(3)原位合成SiC颗粒增强Al-Si合金拉伸强度与耐磨性的研究根据原位反应机制,提出铝熔体中原位合成SiC颗粒的新工艺。利用该工艺,制备出原位合成SiC颗粒增强Al-Si合金。为消除合金中针片状TiAlxSiy相的不利影响,提出加硼(B)元素原位合成TiB2颗粒的优化工艺,从而制备出(SiC+TiB2)复合颗粒增强的Al-Si合金,并通过场发射扫描电镜(FESEM)对SiC增强相与TiB2增强相进行了观察和分析。使用MM200型磨损试验机、HRS-150型洛氏硬度计对未增强的Al-Si合金以及制备的SiCp/Al-Si材料、(SiCp+TiB2p)/Al-Si复合材料的耐磨性、宏观洛氏硬度的等力学性能进行了比较。利用颗粒增强制备出高强耐磨的活塞材料是现在内燃机行业研究的热点之一。本文利用铝熔体中原位合成SiC颗粒以及加B优化的新工艺,制备出(SiC+TiB2)复合颗粒增强的Al-Si基活塞材料。对制备的活塞材料的不同温度抗拉强度、室温耐磨性进行了检测。研究发现,SiC与TiB2颗粒能明显改善活塞材料的高温抗拉强度与耐磨性。