金屬基復(fù)合材料ppt課件-wenkub
2023-05-14 03:58:13 本頁(yè)面
【正文】 成型制備金屬基復(fù)合材料示意圖 模壓成型也是擴(kuò)散結(jié)合的一種手段。其關(guān)鍵是熱壓工藝參數(shù)的控制，包括溫度、壓力和時(shí)間。 如圖 96所示，對(duì)纖維進(jìn)行 TiB或（液態(tài)）金屬鈉表面涂層處理可以增加纖維與鋁液的潤(rùn)濕性，防止過(guò)量的脆性相Al4C3生成。 由于在復(fù)合材料制備過(guò)程中需要預(yù)先徹底除去復(fù)合絲中的聚合物粘接劑膠體，因此要求聚合物粘接劑具有在真空狀態(tài)的低溫下能夠完全揮發(fā)的特性。 圖 92 等離子噴涂纖維 / 基體箔材先驅(qū)（預(yù)制）帶（板）示意圖 2 3 PVD法纖維 /基體復(fù)合絲 圖 93 PVD法纖維 /基體復(fù)合絲原理圖 2 3 PVD法纖維 /基體復(fù)合絲 采用磁控濺射等物理氣相沉積（ PVD）手段將基體金屬均勻沉積到纖維表面（圖 9 4）上，形成纖維 /基體復(fù)合絲。 3）噴射成型法：等離子噴涂成型、噴射成型。在這方面，液態(tài)法與固態(tài)法相比較差。 二、金屬基復(fù)合材料的制備工藝 金屬基復(fù)合材料制備工藝概述 1 1 金屬基復(fù)合材料制備工藝的研究?jī)?nèi)容以及選擇原則： 1）基體與增強(qiáng)劑的選擇，基體與增強(qiáng)劑的結(jié)合： 增強(qiáng)劑與基體之間應(yīng)具有良好的 物理相容性 和 化學(xué)相容性。另外，如果在復(fù)合材料中使用高強(qiáng)度的纖維，就必須尋找具有高斷裂功的基體材料。4）制備工藝方法及參數(shù)的選擇和優(yōu)化； 5）制備成本的控制和降低，工業(yè)化應(yīng)用的前景。 4）原位生長(zhǎng)法。使用這種復(fù)合絲制備復(fù)合材料時(shí)，主要是基體與基體之間的擴(kuò)散結(jié)合，有利于材料界面的改善；同時(shí)通過(guò)控制基體沉積層的厚度可控制纖維的體積比。 圖 95 粉末法纖維 /基體復(fù)合絲示意圖 2 6 熔池法纖維 / 基體復(fù)合絲 圖 96 熔池法纖維 / 基體復(fù)合絲示意圖 這種復(fù)合絲制備方法主要是應(yīng)用于碳纖維或石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。 固態(tài)法（連續(xù)增強(qiáng)相金屬基復(fù)合材料制備工藝） 圖 96 真空熱壓擴(kuò)散結(jié)合工藝流程示意圖 擴(kuò)散結(jié)合是制備連續(xù)纖維金屬基復(fù)合材料的傳統(tǒng)工藝。其壓力應(yīng)有一定下限，防止壓力不足金屬不能充分?jǐn)U散包圍纖維而形成“眼角”空洞缺陷。將纖維 /基體預(yù)制體放置在具有一定形狀的模具中進(jìn)行擴(kuò)散結(jié)合，最終得到一定形狀的最終制品。 影響超塑性的因素： 1) 形變速度： 10 4 ~10 1 /分 2) 溫度 ： 0. 5T m ，達(dá)到相變臨界點(diǎn)以下的某一溫度可得到最大的 m值和延伸率。然后使用真空擴(kuò)散結(jié)合工藝制成復(fù)合材料制品（圖 911）。 X = k t 1/2 X：反應(yīng)層厚度； k：反應(yīng)速度常數(shù)。 在采用增強(qiáng)劑預(yù)制體時(shí)，壓力不低于 50MPa，速度一般為 1 ? 3cm/s。這種固態(tài)顆粒是非晶結(jié)構(gòu)，防止半固態(tài)熔體的粘度增加。 如圖 916所示，該工藝過(guò)程是將基體金屬在坩堝中熔煉后，在壓力作用下通過(guò)噴嘴送入霧化器，在高速惰性氣體射流的作用下，液態(tài)金屬被分散為細(xì)小的液滴，形成“霧化錐”；同時(shí)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)噴嘴向“霧化錐”噴射入增強(qiáng)顆粒，使之與金屬霧化液滴一齊在一基板（收集器）上沉積并快速凝固形成顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。鋁基復(fù)合材料單坯可達(dá) 250公斤。然后一齊裝入可通入流動(dòng)氮?dú)獾募訜釥t中。控制氮?dú)饬髁?、溫度和滲透速度，可控制 AlN的生成量。其優(yōu)點(diǎn)如下： ?與液相法相比，制備溫度低，界面反應(yīng)可控；可根據(jù)要求設(shè)計(jì)復(fù)合材料的性能；利于增強(qiáng)相與金屬基體的均勻混合（對(duì)增強(qiáng)相與金屬基體的密度和潤(rùn)濕性要求不高）。 6 – 1 共晶合金定向凝固 圖 919 二元共晶相圖及兩相平面穩(wěn)定生長(zhǎng) 圖 920 棒狀及層片狀 TaCNi 共晶定向凝固組織 共晶合金定向凝固要求合金成分為共晶或接近共晶成分，開(kāi)始為二元合金，后發(fā)展為三元單變共晶，以及有包晶或偏晶反應(yīng)的兩相結(jié)合。 ?（ 3）兩相的成核和生長(zhǎng)要協(xié)調(diào)進(jìn)行。 ?在滿(mǎn)足平面凝固生長(zhǎng)條件下，增加定向凝固的溫度梯度，可加快定向組織生長(zhǎng)速度，同時(shí)也可降低纖維（層）狀間距，有利于提高定向凝固共晶合金復(fù)合材料的性能。如果過(guò)程是在幾乎所有金屬被 Al氧化之前停止的話(huà)，所制備的復(fù)合材料就是致密的、含有 5 ? 30% Al的、互連的 Al2O3陶瓷基復(fù)合材料。 6 – 3 反應(yīng)生長(zhǎng)法（ XD TM） ? 該工藝可生成顆粒、晶須或共同增強(qiáng)的金屬和金屬間化合物基復(fù)合材料。這類(lèi)界面微觀(guān)是平整的，而且只有分子層厚度。 ?第三類(lèi)界面：界面處有微米和亞微米級(jí)的界面反應(yīng)物質(zhì)層。只有界面結(jié)合適中的復(fù)合材料才呈現(xiàn)高強(qiáng)度和高塑性。 ? （ 2）浸潤(rùn)與溶解結(jié)合：基體與增強(qiáng)相之間發(fā)生潤(rùn)濕，相互溶解而形成界面結(jié)合的第二類(lèi)界面。大多數(shù)金屬基復(fù)合材料的基體與增強(qiáng)相之間在熱力學(xué)上是非平衡體系，也就是說(shuō)在界面處存在著化學(xué)勢(shì)梯度。界面反應(yīng)物的量（或界面層厚度）隨溫度和時(shí)間的變化發(fā)生變化。如硼纖維 /Ti8Al1Mo1V復(fù)合材料，首先是含鋁的鈦合金與硼反應(yīng)： ? Ti（ Al） + B ? （ Ti、 Al） B2 ； ? 該反應(yīng)產(chǎn)物可能與鈦繼續(xù)進(jìn)行交換反應(yīng)： ? （ Ti、 Al） B2 + Ti? TiB2 + Ti（ Al） ? 這樣，界面反應(yīng)物中的鋁又會(huì)重新富集在基體合金一側(cè)，甚至形成 Ti3Al金屬間化合物。在長(zhǎng)期熱效應(yīng)的作用下，界面上的 B02會(huì)發(fā)生球化，影響復(fù)合材料的性能。 ? （ 4）混合結(jié)合：由于制備工藝、熱處理
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