C或陶瓷(如B4C、Al2O3)增强的Al基复合材料具有机械性能好、密度低、热膨胀系数低等优点,被广泛应用于汽车工业、航空航天等领域。众所周知,采用液相工艺时,熔融Al与增强相之间的润湿尤为重要,决定着制备过程的难易及复合材料产品的最终性能。但是,由于低温时Al液表面易氧化及高温时界面反应的影响,Al与C或陶瓷增强相之间的润湿性很难精确测定。此外,向Al中添加Si、Ti等合金元素常被用于改善上述体系的润湿性。但是,这些合金元素的影响本质及其背后机理均尚未明确。基于此,本文采用先进的高温高真空润湿性测试设备,分别使用挤压滴落和通管滴落的方法测试了熔融Al在几种增强相(多晶石墨(Cg)、C-C复合材料、富B的B4C(B13C2)和单晶Al2O3(0001))上的润湿性及Si、Ti添加对部分体系润湿性的影响,同时采集界面结构并分析润湿机制。获得的主要研究结果如下:(1)Al与C的润湿性受控于Al滴表面的去氧化和界面处Al4C3的生成。在10-3-10-4 Pa的真空下,对于Cg而言,900℃以下由于较难破除Al滴表面氧化膜且界面反应较弱,体系很难实现润湿;900℃以上时,由于Al滴表面的自洁反应和较强烈的界面反应,在较短时间内即可实现润湿。对于C-C复合材料而言,900℃以下的润湿行为与Al/Cg体系相似。此外,C-C中C纤维的编织方向对润湿影响显著。当基板表面暴露的C纤维面多为与纤维轴平行的侧面时,基板反应性弱,润湿性差;当暴露的C纤维面多为与纤维轴垂直的截面时,基板反应性较强,润湿性相对较好。(2)Si和Ti对Al/Cg体系润湿性的影响依赖于其添加量。少量Si的添加减弱Al4C3生成,轻微恶化润湿。足量的Si(≥ 15 wt.%)使界面产物由Al4C3向SiC转化,从而更利于润湿。其机制可能与Si在界面产物SiC上的吸附有关。Ti的添加(>1 wt.%)极大地促进了 Al/Cg体系的润湿。其机理与界面形成TiCx和Al4C3的复合产物层有关,且TiCx与Al润湿性较Al4C3更好。(3)在700-900℃的温度范围内,A1在富B的B4C(B13C2)上铺展并生成了 A13BC和AlB2两种产物,且前者分布在界面处,对Al/B13C2体系的最终润湿性起主要作用。(4)Al/Al2O3(0001)体系的润湿性与温度密切相关。700-800℃时,随着保温时间的增加,液滴逐渐回撤直至接触角增至一个定值。900℃时,经历初期的回撤后,液滴开始间歇性铺展并难以达到稳态。我们推测这两种迥异的行为分别受控于Al203(0001)的表面重构(形成(?)R9°面)和Al与Al203(0001)之间的界面反应。(5)Si的添加弱化甚至抑制了 Al在Al203(0001)上的回撤,同时改善润湿。其机制可能与Si在固/液界面富集且Si在重构面(?)R9°上的润湿性较Al更好有关。