摘要：本文主要讲述熔渗法制备复合材料的制备工艺，并讲述熔渗法制备复合材料在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用。利用液态金属熔渗法可以制备金属基复合材料和金属陶瓷复合材料，并通过实验教学过程可以使学生认识到熔渗过程的原理和方法以及对熔渗后得到的金属基复合材料和金属陶瓷复合材料的组织和性能进行研究，提高学生的实践能力。
关键词：熔渗方法 复合材料 实验教学 研究和应用
一、前言
在材料科学与工程专业的本科教学工作中，学生在大三和大四就开始学习材料科学与工程专业的基础课程和专业课程。其中在材料科学与工程专业课程教学中，在讲述材料的制备工艺方法中讲述过液态金属熔渗方法。液态金属熔渗技术是制备金属基复合材料、金属陶瓷复合材料以及金属间化合物/陶瓷基复合材料的主要方法。熔渗法制备陶瓷基复合材料是利用金属间化合物或者金属熔体借助强润湿性产生的毛细管压强效应，自发渗入陶瓷粉末成型的预制件。通常先把陶瓷粉末在一定的压力下压成具有一定形状和致密度的预制件，再把金属间化合物或者金属原材料置于预制件的顶部或者底部，在高温下金属间化合物或者金属熔化渗入预制件孔隙从而形成复合材料。液态金属熔渗技术由于具有可以达到净近尺寸成形的优势，所以能够广泛应用于工程领域中。在材料科学与工程专业的本科课程教学中，在材料加工工程和材料制备方法中都讲述过液态金属熔渗技术。此外还可以将液态金属熔渗技术作为一项实验教学内容安排学生进行实验，使学生认识和了解液态金属熔渗工艺过程。所以液态金属熔渗技术在材料科学与工程教学实践中得到广泛的应用。本文首先讲述液态金属熔渗技术的概述与应用，并讲述液态金属熔渗技术在材料科学与工程教学实践中的研究和讨论。
二、熔渗法制备复合材料的原理和过程
熔渗法是熔体在无外力作用下，借助浸润导致的毛细管压力自发进入颗粒多孔预制件的一种工艺。用传统成型工艺使得陶瓷粉末通过压力成型工艺可以预制成所需要的形状和尺寸的预制体，金属性熔体自发渗入并充满预制件中的孔隙，冷却凝固后获得颗粒在连续基体中均匀分布的复合材料。金属熔体熔融浸渗法是首先将陶瓷粉末通过一定的烧结工艺制成预制体，并在高温下使金属熔体或金属间化合物熔体自发的渗入到陶瓷预制体中形成烧结制品。熔渗法是指在高温下金属熔体依靠毛细管力作用下，向多孔预制件体内渗透，形成复合材料的制备工艺，它包括物理渗透和化学渗透两种机理。物理渗透的原理和工艺过程为：陶瓷与熔融金属接触，在一定的气氛，合金成分和工艺条件下，金属对陶瓷的润湿性增强或熔融金属液和预制体内截留的气体发生反应造成真空从而使金属熔体自发渗入陶瓷材料中。化学渗透的原理和工艺过程为：将陶瓷相的组分元素或其化合物充分混合制成压坯置于合金溶液中，在高温下直接与合金液发生反应生成陶瓷颗粒均匀分布在合金液中形成陶瓷基复合材料或金属基复合材料。可用金属熔体熔融浸渗法制备的金属间化合物/陶瓷基复合材料主要有：Fe-Al金属间化合物/陶瓷基复合材料，Ni-Al金属间化合物/陶瓷基复合材料和Ti-Al金属间化合物/陶瓷基复合材料等。无压熔渗法制备陶瓷基复合材料是利用金属间化合物或者金属熔体借助强润湿性产生的毛细管压强效应，自发渗入陶瓷粉末成型的预制件。通常先把陶瓷粉末在一定的压力下压成具有一定形状和致密度的预制件，再把金属间化合物或者金属原材料置于预制件的顶部或者底部，在高温下金属间化合物或者金属熔化渗入预制件孔隙，从而形成复合材料。因此可以采用熔渗法制备金属间化合物/陶瓷基复合材料。
液态金属熔渗技术是制备金属基复合材料、金属陶瓷复合材料以及金属间化合物/陶瓷基复合材料的主要方法。利用金属熔体熔融浸渗法制备的金属间化合物/陶瓷基复合材料的主要过程为，将陶瓷粉末预先制成盘状多孔材料，在一定温度下进入熔融的金属间化合物中，然后在炉腔内抽真空，使熔融金属间化合物充满孔隙，形成金属间化合物/陶瓷复合材料。该方法的优点：工艺简单，成本低，对原料特别是金属粉末无特别要求，不需要复杂的机械合金化过程，以及实现制品大型化生产；可获得近净成型的金属基复合材料。
三、熔渗法制备复合材料在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用
液态金属熔渗技术是制备金属基复合材料，金属陶瓷复合材料，以及金属间化合物/陶瓷基复合材料的主要方法。采用液态金属熔渗工艺可以制备金属基复合材料，例如先将陶瓷粉末通过压力成型工艺制成坯体，并通过常压烧结工艺制备多孔预制件，并通过渗铝工艺制备金属基复合材料。采用液态金属熔渗工艺可以制备金属间化合物/陶瓷基复合材料，通常先把陶瓷粉末在一定的压力下压成具有一定形状和致密度的预制件，再把金属间化合物原材料置于预制件的顶部或者底部，在高温下金属间化合物熔化渗入预制件孔隙，从而形成金属间化合物/陶瓷基复合材料。例如将Fe-Al金属间化合物渗入到TiC预制体中形成Fe-Al/TiC复合材料，将Fe-Al金属间化合物渗入到WC预制体中形成Fe-Al/WC复合材料等。还可以将Ni-Al金属间化合物渗入到TiC预制体中形成Ni-Al/TiC复合材料，将Ni-Al金属间化合物渗入到WC预制体中形成Ni-Al/WC复合材料等。还可以将金属材料或者金属合金材料渗入到陶瓷基体中形成金属陶瓷复合材料。
在材料科学与工程专业的教学课程中，其中材料加工工程和材料制备与合成方法讲述过液态金属熔渗技术。液态金属熔渗技术同铸造工艺和热处理工艺一样都是材料的制备工艺技术。液态金属熔渗技术同样也是热加工工艺，液态金属熔渗技术涉及到金属的熔化过程。在材料科学与工程专业课程的课堂教学中，在有些专业课程中液态金属熔渗技术只是作为了解，对于液态金属熔渗技术的具体内容和制备工艺步骤的研究和应用了解很少。所以就需要在材料专业的实践教学课程中增加一些关于液态金属熔渗技术的实验课程。通过液态金属熔渗技术的实践教学活动可以使学生认识和了解液态金属熔渗技术的原理，制备工艺过程以及对经过液态金属熔渗工艺后得到的复合材料制品的物相组成，显微结构和性能进行研究，使学生通过对材料的制备与研究过程可以加深学生对材料科学与工程专业课程学习的认识和了解。对于本科学生的教学实践课程，可以在本科学生的专业课程设计和本科毕业设计过程中安排液态金属熔渗工艺制备金属基复合材料和金属陶瓷复合材料的教学内容。例如采用液态金属熔渗工艺可以制备金属基复合材料，先将陶瓷粉末通过压力成型工艺制成坯体，并通过常压烧结工艺制备多孔预制件，通过液态金属熔渗工艺制备金属基复合材料。采用液态金属熔渗工艺可以制备金属间化合物/陶瓷基复合材料，通常先把陶瓷粉末在一定的压力下压成具有一定形状和致密度的预制件，再把金属间化合物原材料置于预制件的顶部或者底部，在高温下金属间化合物熔化渗入预制件孔隙，从而形成金属间化合物/陶瓷基复合材料。例如通过熔渗工艺向多孔陶瓷基体中渗铝得到陶瓷颗粒增强铝基复合材料。通过实验教学过程使学生认识和了解到金属基复合材料的制备工艺过程，提高学生的认识和了解。
液态金属熔渗技术涉及到金属材料的熔化过程，液态金属熔渗技术操作过程比较简单，因此可以作为本科学生的课程教学实验内容，可作为材料科学与工程专业课程的辅助教学实验，也可以作为本科课程设计和本科毕业设计教学内容，使学生通过实践教学来加深对材料科学与工程专业课程的认识和掌握，使学生认识到金属基复合材料的制备过程以及金属陶瓷复合材料的制备过程等，并使得学生对液态金属熔渗工艺得到的制品进行分析和测试，使学生对材料的分析和检测水平有较大的提高。这对于拓展学生的知识面有很大的帮助，为本科学生以后的本科专业课程设计和毕业设计打下坚实的实验基础。
四、液态金属熔渗技术在材料科学中的发展趋势与应用
液态金属熔渗技术由于制备工艺简单，成本较低，所以被广泛应用到金属基复合材料的合成与制备中。利用液态金属熔渗技术可以开发新型的金属基复合材料和金属陶瓷复合材料以及金属间化合物/陶瓷基复合材料，采用液态金属熔渗技术可以开发出很多种类型的金属基复合材料和金属陶瓷复合材料，所研究和开发的材料种类也逐渐增多，应用范围也越来越广泛。液态金属熔渗技术在材料科学与工程专业教学与实践中也得到广泛的推广和应用，已经成为材料科学与工程专业实践教学课程进行的实验内容。所以本文作者认为应该在材料科学与工程专业的教学实践中增加液态金属熔渗技术的实验课程。
五、结论
本文主要讲述熔渗法制备复合材料的制备工艺，并讲述熔渗法制备复合材料在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用。利用液态金属熔渗法可以制备金属基复合材料和金属陶瓷复合材料，并通过实验教学过程可以使学生认识到熔渗过程的原理和方法以及对熔渗后得到的金属基复合材料和金属陶瓷复合材料的组织和性能进行研究，提高学生的实践能力。所以本文作者认为在材料科学与工程专业的实验教学中需要加强通过熔渗法制备复合材料的实验课程。
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