Plasma dynamic synthesis of hybrid carbide-reinforced aluminium matrix composites
Dmitriy Nikitin, Ivan Shanenkov*, Artur Nassyrbayev, Alexander Tsimmerman, Yuliya Shanenkova, Egor Kashkarov, Junzhi Li, Wei Han（韩炜）*
Keywords: Aluminium matrix composites; Hybrid composites; Carbides; Arc discharge; Thermal plasma
DOI: 10.1016/j.partic.2025.12.024
铝基复合材料因其具有轻质、高强度和高模量等特点，被广泛应用于航空航天、交通和电子等领域，随着科技的进步，铝基复合材料正朝着超高强度和纳米增强的方向发展。然而，面对工程应用中的诸多复杂问题，单一成分增强材料已不能满足现实需求，杂化增强正逐渐成为金属基复合材料开发的一种创新替代策略。近年来，以超硬碳化物为增强体的铝基复合材料（HAMCs）成为一个重要的研究方向，主要面对的是体系中增强体组分分布不均以及增强体与基体之间界面的结合强度等挑战。
本研究旨在开发一种原位的等离子体动态合成方法，并利用多碳化物杂化增强材料对基体的协同效应以制备机械性能和功能性优良的HAMCs。首先，采用同轴磁等离子体加速器产生脉冲电弧放电，对WC、SiC和B4C碳化物混合前驱体进行等离子体动态处理原位合成杂化增强铝基复合多孔粉末，随即采用火花等离子烧结（SPS）技术进行致密化处理，从而获得杂化增强铝基复合块状材料。研究结果表明，利用本文提出的原位合成方法，在等离子体冲击作用下形成了具有多峰粒径分布（纳米-亚微米-微米）的独特结构特征且均匀分布的复合结构粉末颗粒，高度分散的碳化物颗粒紧密填充到铝金属基体的微孔中，使其在进一步烧结过程中降低了孔隙数量从而提高了最终产品的密度，使复合材料呈现致密度达99.5%、显微硬度达134 HV的高机械性能，同时还保持了良好的热导性和电导性。
本研究展现了利用原位等离子体动态合成技术可获得性能更优的金属基复合材料的潜力，克服了传统方法的诸多缺点（高孔隙率、颗粒分布不均以及团聚等现象），为金属基复合材料的开发提供了一条新的路径，这将有助于促进铝基复合材料产业的进一步发展。
本文收录于专刊“Crystalline Porous Particles: Fundamentals, Characterizations and Applications”，目前该专刊仍在征稿中，征稿截至日期为2026年8月31日。客座编辑为京都大学Susumu Kitagawa教授（2025年诺贝尔化学奖得主）、Kenichi Otake副教授，中科院过程所姚明水研究员，大阪公立大学Kenji Okada副教授，同济大学顾逸凡研究员，中山大学薛自前副教授。欢迎感兴趣的读者扫描下方二维码或者点击文末“阅读原文”进入ScienceDirect官网阅读、下载！
学术审核：中科院过程所 姚明水研究员
编辑、排版：《颗粒学报》编辑部
文章信息
Nikitin, D., Shanenkov, I., Nassyrbayev, A., Tsimmerman, A., Shanenkova, Y., Kashkarov, E., . . . Han, W. (2026). Plasma dynamic synthesis of hybrid carbide-reinforced aluminium matrix composites. Particuology, 109, 247-257. https://doi.org/10.1016/j.partic.2025.12.024