金屬基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展(文件)
【正文】 M法 在此工藝中 ， 同時發(fā)生兩個過程： （ 1） 液態(tài)金屬在環(huán)境氣氛的作用下向陶瓷預(yù)制件中的滲透； （ 2） 液態(tài)金屬與周圍氣體的反應(yīng)而生成新的增強粒子 ， 例如 ， 將含有 3%~10%Mg的 Al錠和 Al2O3陶瓷預(yù)制件一起放入 （ N2+Ar） 混合氣氛爐中 ， 加熱到 900℃ 以上并保溫一段時間后 ， 上述兩個過程同時發(fā)生 ， 冷卻后即獲得了原位形成的 AlN粒子與預(yù)制件中原有的 Al2O3粒子復(fù)合增強的 Al基復(fù)合材料 。 RAD工藝將金屬的熔化 、陶瓷增強顆粒的反應(yīng)合成以及快速凝固等工藝結(jié)合在一起 ， 既使得基體金屬的晶粒細(xì)小和增強顆粒的分布均勻 ， 也保證了增強顆粒與基體的牢固結(jié)合 ， 因此 ， 所制得的復(fù)合材料可望有較高的性能 。 還原反應(yīng)法 利用了化學(xué)上的還原反應(yīng)的原理 ， 即將不穩(wěn)定的化合物加入到合金熔體中 ， 使合金熔體中的組元與加入的化合物發(fā)生熱還原反應(yīng) ， 生成所需要的更加穩(wěn)定的陶瓷增強顆粒 。 擠壓反應(yīng)鑄造法 該工藝將合金液擠壓滲透到預(yù)制件中 ，使合金液中的合金元素在高溫作用下與預(yù)制件中的某一組元發(fā)生化學(xué)反應(yīng) ， 產(chǎn)生新的增強相 ， 從而達(dá)強化基體的目的 。 制備了具有良好的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性能的原位 TiB2/Cu復(fù)合材料，并在電力元件中應(yīng)用。 前者主要用于強放熱反應(yīng)體系 ，如 TiB TiC等的合成 ， 后者則用于弱放熱體系 ，如 B4C、 SiC等的合成 。因此， SHS— 致密一體化是該工藝的一個發(fā)展方向。另外，也可以用 XDTM法先制備出增強體含量很高的母體復(fù)合材料，然后在重熔的同時，加入適量的基體金屬進(jìn)行稀釋。首先，將反應(yīng)元素粉末按一定的比例混勻，并壓實成預(yù)制塊，然后，用鐘罩等工具將預(yù)制塊壓入一定溫度的金屬液中，在金屬液的高溫作用下，預(yù)制塊中的元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成所需的增強相，攪拌后澆注成形。 它是將含有 Ti和 B的鹽類 （ 如 KBF4和 K2TiF6） 混合后 ， 加入到高溫的金屬熔體中 ， 在高溫作用下 ， 所加鹽中的 Ti和 B就會被金屬還原出來而在金屬熔體中反應(yīng)形成 TiB2增強粒子 。深入該方面的研究 ， 對于有效地控制增強相的形態(tài) 、 大小 、 分布和數(shù)量均有十分重要的意義 。 d. 有害化合物的控制問題 在反應(yīng)生成所需要的增強相的同時 ， 有時在基體中也產(chǎn)生一些有害化合物 ， 如TiAl3,Al4C3,Fe3C等 ， 它們常以會片狀割裂基體 ，使材料性能下降 。 f. 原位 MMC的性能和應(yīng)用問題 許多文獻(xiàn)只報道了原位 MMC的制備工藝過程和所得材料的組織特征 ， 而有關(guān)材料性能和應(yīng)用的報道不多 ， 因此 ， 必須進(jìn)一步完善各種工藝方法 ，對材料的能 ， 特別是斷裂韌性 、 抗疲勞性能和切削加工性能進(jìn)行全面的分析和研究 ， 為這些材料在實際生產(chǎn)中的作用提供更全面的技術(shù)資料 。 比較這兩方法，液態(tài)金屬攪拌法是屬于向基體熔體中加外來增強顆粒的方法，雖然已有成熟的實際生產(chǎn)范例，是目前生產(chǎn)復(fù)合材料最主要的方法，但存在著增強顆粒粗大，且在基體中分布不均勻，顆粒表面容易受到污染，與基體潤濕性、結(jié)合力均差，而且生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜的問題。 （ 或化合物 ） 的類型 ，成分及其反應(yīng)性 ， 可有效地控制原位生成增強體的種類 、 大小 、 分布和數(shù)量 。 顆粒增強金屬基復(fù)合材料 ， 顆粒有阻止位錯運動的釘扎能力 ， 可提高基體的硬度 、 強度 、彈性模量和耐磨性 。 具體選擇哪一種顆粒時 ，要將其用途 ， 復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝及整個復(fù)合材料的成本等因素綜合起來統(tǒng)籌考慮： 增強顆粒種類的選擇 對于顆粒增強金屬基復(fù)合材料 ， 顆粒有阻止位錯運動的釘扎能力 ， 可提高基體的硬度 、 強度 、 彈性模量和耐磨性 ， 其增強效果主要依賴于復(fù)合材料中顆粒的種類所占的體積百分?jǐn)?shù) 、分布的均勻程度 、 顆粒直徑以及粒徑分布等因素 。 如用作結(jié)構(gòu)材料就要選擇高模量 、 高強度 、 低密度的增強相 ， 且顆粒形狀為球形或近球形者為佳 。 （ 3） 生產(chǎn)工藝的影響 。 在此前提下 ，要盡量降低材料的成本 。 （ 4） 成本的影響 。 （ 2） 與基體相容性的影響 。 常用的有：碳化物SiC、 B4C、 TiC、 WC， 氮化物： TiN、 Si2NAlN、 氧化物 Al2O SiO2以及非陶瓷顆粒 C、 Si等 。 顆粒增強金屬基復(fù)合材料 ， 一般使用剛性顆粒 ， 這種顆粒主要是高強度 、 高模量 、 高硬度及耐熱性好的陶瓷顆粒 。 ，可用鑄造方法制備形狀復(fù)雜 、 尺寸較大的凈近形構(gòu)件 。 優(yōu)點體現(xiàn)在： 、 長大的熱穩(wěn)定相 。 但它具有制備工藝相對簡化 、 生產(chǎn)成本低 、 材料性能優(yōu)異等優(yōu)點 ，正日益受到人們的重視 ， 隨著其基礎(chǔ)研究的不斷深入及其制備技術(shù)的不斷完善 ， 各種高性能的原位MMC一定會得到廣泛的應(yīng)用 ， 并取得較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益 。 e. 原位 MMC的種類問題 由于受反應(yīng)條件和工藝條件的限制 ， 目前所制備的原位 MMC一般主要為 Al或 Cu基復(fù)合材料 ， 而對其他金屬基體 （ 如 Mg， Ti, F
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