车辆的轻量化是目前汽车行业发展的重要趋势,而刹车鼓作为车轮端的重要部件,其减重是实现轻量化的有效途径。铝基复合材料由于具有高强度、耐磨损、高导热等优点,非常适合用作刹车鼓的制备。本文为了充分发挥铝基复合材料的优点,弥补其加工性能差的缺点,设计了层状结构的铝基复合材料刹车鼓,在内侧磨损面使用颗粒纤维混杂增强铝基复合材料,强度高、耐磨损,外侧使用单一的铝合金材料,韧性好、便于机械加工制造。选用了热固性酚醛树脂基粘结剂、石墨作造孔剂、磷酸二氢铝为高温粘结剂的成分配比,采用模压成形法制备了孔隙率在50%-70%范围内灵活可调的碳化硅颗粒(粒径14μm)和氧化铝短纤维(直径10μm,长径比2-5)混合预制坯。坯体的烧结在1000℃下空气中进行,既可以彻底烧除预制坯中的石墨,同时在碳化硅表面形成一层0.2μm的氧化膜,改善了颗粒与铝基体的润湿性。与石蜡基粘结剂与聚乙烯醇基粘结剂相比,酚醛树脂基粘结剂制备出的坯体高温强度及孔隙率都得到提高,坯体尺寸稳定性更好。复合材料的基体材料选用可热处理强化的2024变形铝合金。该铝合金所含的合金成分主要是Cu和Mg,在提高铝基体的力学性能、耐蚀及抗氧化性能的同时改善了基体与增强相间的润湿性。利用真空压力熔渗的工艺完成预制坯的浸渗,通过模具的合理设计完成层状结构复合材料的近终形制备。并研究了熔渗过程中温度、压力及保压机制对层状结构复合材料组织性能的影响,最终确定最佳的熔渗工艺为720℃保温1Omin后开始加压至15MPa,保压1Omin后降温,降温过程中持续加压至凝固。通过对材料组织的观察和力学性能的测试,探索了增强体系中颗粒与纤维的比例对材料组织与性能的影响。在增强相总体积分数为30%的铝基复合材料中,(20%SiCp+10%Al2O3sf)/A12024的抗拉性能最高,室温下为391.34MPa,300℃下为164MPa。对四种增强相配比的复合材料在受到300MPa拉应力时材料内部的应力分布进行有限元模拟,发现当颗粒与纤维的体积比为4:1、2:1、1:2、1:4时,分布于增强相上的最大应力值分别为786.27MPa、376.03MPa、526.33MPa、1441.1MPa,基体内部的最大应力值分别为1301.8MPa、1276.2MPa、1373.6MPa、1441.1MPa;由此可见颗粒与纤维的体积比为2:1的配比能够改善增强相及基体中的应力分布,在该配比下,分布于增强相与基体的应力均为四个配比中的最低值,因而在此配比下复合材料的抗拉性能最优。并利用Ansys有限元模拟对实际工况下刹车鼓的层状结构进行受力分析,当假设外层铝合金层厚度为2mm时,内层复合材料层的厚度不应小于0.4mm。将复合材料与HT400在4.2m/s、0.7MPa的条件下进行销盘式摩擦实验,发现复合材料的平均摩擦系数随着增强相中氧化铝短纤维比例的增加而降低,(30vol.%Al203sf+10vol.%SiCp)/A12024 平均摩擦系数最低,为 0.37。当增强相中Al2O3sf和SiCp的体积比由0增加到1,复合材料的磨损率逐由0.57kg/m3降至0.39kg/m3,磨损机制为磨料磨损和犁沟磨损;当增强相中Al203sf和SiCp的体积比由1增加到3时,复合材料的磨损率增加至0.59kg/m3,磨损机制变为粘着磨损。随着增强相中Al2O3sf含量的增加,磨屑的尺寸逐渐减小,直径由6μm逐渐过渡到直径约1.5μm。由于氧化铝短纤维的热导率较低,所以随着增强相中氧化铝短纤维比例的增加,复合材料的热导率由108W·m-1·K-1降低至86W·m-1·K-1。本文利用近似方法,在广义自洽理论基础上构建了颗粒纤维混杂增强金属基复合材料的热导率计算模型,将含有界面相的碳化硅颗粒等效为“一次等效增强颗粒”,将含有氧化铝短纤维的基体等效为“一次等效基体”,将“一次等效增强颗粒”嵌入“一次等效基体”共同作为“二次等效颗粒”,后将“二次等效颗粒”嵌入与A12024热导率相等的均匀各向同性介质中,计算出包含有颗粒、纤维及界面的颗粒纤维混杂增强铝基复合材料的热导率,对材料的设计具有一定的指导意义。