金屬基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展-wenkub
2023-01-31 10:25:28 本頁面
【正文】 ，可以采用加壓浸滲、增強(qiáng)材料的表面（涂覆）活性處理、基體中添加合金元素等措施。 固態(tài)法包括粉末冶金法、熱壓法、熱等靜壓法、軋制法、擠壓和拉拔法、爆炸焊接法等。 金屬基復(fù)合材料制造方法的分類 金屬基復(fù)合材料應(yīng)根據(jù)基體金屬的物理 、 化學(xué)性質(zhì)和增強(qiáng)材料的幾何形狀 、 物理 、 化學(xué)性質(zhì)選用不同的制造方法 。 溫度較低時(shí)基體對增強(qiáng)材料的潤濕性問題可由提高工作壓力得到解決 。 （ 2）加入合金元素、優(yōu)化基體成分 合金元素的加入除能改善液態(tài)金屬與固態(tài)增強(qiáng)材料之間的潤濕性，防止或減緩界面反應(yīng)外，應(yīng)能保持基體原有強(qiáng)度和韌性，優(yōu)化界面結(jié)構(gòu)。 ），基體才能均勻覆蓋于增強(qiáng)材料表面和滲入到增強(qiáng)材料的間隙之間，因此，這是得到性能良好的復(fù)合材料的前提。如 Al4C3，與水接觸時(shí)發(fā)生水解生成甲烷，嚴(yán)重時(shí)使復(fù)合材料解體。這些反應(yīng)造成增強(qiáng)材料的損傷，容易造成過強(qiáng)的界面結(jié)合。 冶金工業(yè)中現(xiàn)有的常規(guī)技術(shù)如粉末冶金 、鑄造 、 塑性成型等被用來制造金屬基復(fù)合材料 ，但鑒于材料本身的特殊性質(zhì)和對材料的要求 ，不同類型的金屬基復(fù)合材料在其制造技術(shù)上存在著很大的差別 ， 有各自的難點(diǎn) ， 需根據(jù)不同情況采用不同措施加以解決 。 多沿用樹脂基復(fù)合材料的成型方法 ， 如鋪層工藝和纏繞工藝 。 金屬基復(fù)合材料 （ 簡稱 MMC） 的性能既優(yōu)于金屬材料 ， 也優(yōu)于樹脂基復(fù)合材料 。 師昌緒院士主編的 《 材料大辭典 》 對復(fù)合材料給出了較全面完整的定義： “ 復(fù)合材料是由有機(jī)高分子 、 無機(jī)非金屬和金屬等幾類不同材料通過復(fù)合工藝組合而成的新型材料 ， 它既能保留原組分材料的主要特色 ， 又通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組分所不具備的性能 。Richardson 在所著的 《 polymer Engineering posites》 書中定義：復(fù)合材料是不同的材料結(jié)合在一起 、 形成一種結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的材料 。 這種材料的組成成分應(yīng)保持同一性 ， 在性能上必須有重要的改進(jìn)或不同于原組成成分的性質(zhì) 。 可以通過材料設(shè)計(jì)使各組分的性能互相補(bǔ)充并彼此關(guān)聯(lián) ， 從而獲得新的優(yōu)越性能 ， 與一般材料的混合有本質(zhì)的區(qū)別 ” 。 它既有金屬的性能 ， 也有樹脂基無法達(dá)到的使用溫度高 、 剪切強(qiáng)度高 、 阻燃 、 不老化 、 不吸潮 、 不放氣 、 耐磨損 、 導(dǎo)電 、 導(dǎo)熱等金屬屬性 ， 在一些工業(yè)領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景 。生產(chǎn)的復(fù)合材料 ， 價(jià)格高昂 （ 如硼 鉛復(fù)合材料的價(jià)格約為熱軋鋼的 1860倍 ） ， 僅限于用在航空航天上 。 對制造技術(shù)的要求 為得到性能良好 、 成本低廉的金屬基復(fù)合材料 ， 制造技術(shù)應(yīng)滿足以下要求： 1. 增強(qiáng)材料以設(shè)計(jì)的體積分?jǐn)?shù)和排列均勻地分布于基體中； 2. 盡量不使增強(qiáng)材料和金屬基體原有性能下降 ，特別是不能對高性能增強(qiáng)材料造成損傷 ， 應(yīng)使增強(qiáng)材料和金屬的優(yōu)良性能得以疊加和互補(bǔ)； 3. 盡量避免增強(qiáng)材料和金屬基體之間發(fā)生不利的化學(xué)反應(yīng) ， 應(yīng)得到合適的界面結(jié)構(gòu)和性能 ， 充分發(fā)揮增強(qiáng)材料的增強(qiáng)效果； 4. 工藝簡單易行 ， 適于批量生產(chǎn) ， 增強(qiáng)材料價(jià)格低 ，盡可能直接制成接近最終形狀和尺寸的零件 。 在纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中適當(dāng)?shù)慕缑娼Y(jié)合強(qiáng)度是材料具有最高性能的保證，此時(shí)界面既能有效地傳遞載荷，又能有效地阻止裂紋的擴(kuò)展，充分發(fā)揮纖維的作用。因此必須盡量控制界面脆性相的生成。 絕大多數(shù)有前景的金屬基復(fù)合材料體系中，如碳 鋁、碳 鎂、碳化硅 鋁、氧化鋁 鎂等，基體與增強(qiáng)材料之間的浸潤性都很差，必須采取技術(shù)措施加以改善。 這些元素或者是表面活性物質(zhì)，富集于界面上，改善了基體對增強(qiáng)材料的潤濕性，同時(shí)形成擴(kuò)散擋層；或者是它們能優(yōu)先與增強(qiáng)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，既改善了潤濕性，又起擴(kuò)散阻擋層作用。 用擴(kuò)散粘接法制備硼 鋁復(fù)合材料時(shí)控制較低的溫度和較短的時(shí)間 、 適當(dāng)提高壓力是優(yōu)化工藝參數(shù)的典型例子 。 方法分固態(tài)法 、 液態(tài)法 、其它法三大類： 1. 固態(tài)法 固態(tài)法是指基體處于固態(tài)來制備金屬基復(fù)合材料的方法。 優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)： 在基體合金中顆粒（晶須）可達(dá)到較高的含量，尺寸也可以在較大范圍內(nèi)變化，產(chǎn)品的組織均勻致密，無縮孔、氣孔等缺陷，形狀、尺寸精確、性能均勻。 真空壓力浸漬法、擠壓鑄造法、攪拌鑄造法、液態(tài)金屬浸漬法、共噴沉積法等屬于液態(tài)法。 該法制造顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料存在的 主要困難 ：（ 1） 為了提高增強(qiáng)效果要求加入尺寸細(xì)小的顆粒，目前一般在 10~30μm之間，陶瓷顆粒與金屬熔體的潤濕性差，不易進(jìn)入和均勻分散在金屬熔體中，易產(chǎn)生團(tuán)聚；（ 2） 強(qiáng)烈地?cái)嚢枰自斐山饘偃垠w的氧化和大量吸入空氣。 （ 2） 電鍍 、 化學(xué)鍍和復(fù)合鍍 利用電化學(xué)、氧化還原等原理在增強(qiáng)相（主要纖維）獲得一層改善增強(qiáng)相與基體潤濕性和結(jié)合性的沉積層，從而制備復(fù)合材料的方法。 根據(jù)參與合成增強(qiáng)體的兩反應(yīng)組分存在的狀態(tài)不同，可將該技術(shù)分為氣 — 液、固 — 液、液 —液和固 — 固等各種相應(yīng)模式。 （ b） PRLMEXT
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