金屬基復合材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展(編輯修改稿)
2025-02-12 10:25 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 在實際生產(chǎn)中受到限制。 （ 3）原位生成法 原位復合的概念原于原位結晶。原位 MMC及其制備技術已成為材料科學工作者普遍關注的研究課題。 根據(jù)參與合成增強體的兩反應組分存在的狀態(tài)不同，可將該技術分為氣 — 液、固 — 液、液 —液和固 — 固等各種相應模式。 氣 液反應法 a . VLS法 這種方法由 。 其工藝是將含有 C或 N的氣體通入高溫合金液中 ， 使氣體中的 C或 N與合金液中的個別組分反應 ， 在合金基體中形成穩(wěn)定的高硬度 、 高彈性模量的碳化物或氮化物 ，冷卻凝固后即獲得這種陶瓷顆粒增強的金屬基復合材料 。 該工藝一般包括如下兩個過程： （ a） 氣體的分解 ， 如 CH 4（ g） — C（ s） +2H2(g) (b) 氣體與合金的化學反應及增強顆粒的形成 ， 如 C（ s） +AlTi(1) — Al（ 1） +TiC(s) N2(g) +AlTi(1) — Al（ 1） +TiN(s)+AlN(s) b. Lanxide法 美國 Lanxide公司開發(fā)的 Lanxide法利用了上述氣液反應的原理 ， 它由金屬直接氧化法 （ DLMOXTM） 和金屬無壓浸滲法 （ PRLMEXTM） 兩者組成： （ a） DLMOXTM法 讓高溫金屬液 （ 如 Al、 Ti、 Zr等 ） 暴露于空氣中 ， 使其表面首先氧化生成一層氧化膜 （ 如 Al2OTiO ZrO2等 ） ， 里層金屬再通過氧化層逐漸向表層擴散 ， 暴露空氣中后又被氧化 ， 如此反復 ，最終形成金屬氧化物增強的 MMC或金屬增韌的陶瓷基復合材料 （ CMC） 。 （ b） PRLMEXTM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制件中的滲透； （ 2） 液態(tài)金屬與周圍氣體的反應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粒子與預制件中原有的 Al2O3粒子復合增強的 Al基復合材料 。 目前 ， 利用 Lanxide法主要用于制備 Al基復合材料或陶瓷基復合材料 ， 其制品已在汽車 、燃氣渦輪機和熱交換機上得到一定的應用 。 c. 反應噴射沉積法 （ RAD） 該工藝是在 DLMOXTM法和噴射沉積工藝的基礎上發(fā)展起來的 。 它是利用一個特殊的液體噴射分散裝置 ， 在氧化性氣氛中 ， 將鋁液分散成大量細小的液滴 ， 使其表面氧化生成 Al2O3膜 ，這些帶有 Al2O3膜的液滴在沉積過程中 ， 相互碰撞使表層 Al2O3膜破碎分散 ， 同時內(nèi)部 Al液迅速冷卻凝固 ， 從而形成具有彌散分布的 Al2O3粒子增強的 Al基復合材料 。 RAD工藝將金屬的熔化 、陶瓷增強顆粒的反應合成以及快速凝固等工藝結合在一起 ， 既使得基體金屬的晶粒細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合 ， 因此 ， 所制得的復合材料可望有較高的性能 。 固 液反應法 a. 直接反應法 將固態(tài)碳粉或硼粉直接加入到高溫合金熔體中 ， 使 C或 B同合金液中的個別組元反應 ， 在基體中形成了碳化物或硼化物的增強粒子 ， ， 將碳粉與熔體中的 Ti不斷發(fā)生反應生成了 TiC， 使得熔體表面的 C粉逐漸減少 ， 直到完全消失 ， 攪拌澆注后即獲得了 TiC/Cu復合材料 。 人從理論上計算和分析了 AlSiC三元系中原位生成 SiC顆粒的熱力學條件 ， 并在 1200℃ 保溫一段時間后 ， 使 Al30%Si與加入的碳粉完全反應 ，生成了原位 SiC顆粒增強的鋁基復合材料 。 TiC/Fe復合材料 。 還原反應法 利用了化學上的還原反應的原理 ， 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 ， 生成所需要的更加穩(wěn)定的陶瓷增強顆粒 。 日本的小橋真等人將 CuO,、 ZnO,、 SnO,、Cr2O3和 SiO2等氧化物加入到 1000℃ 左右的 Al液中 ，探討了制備原位生長的 Al2O3粒子增強 Al基復合材料的可能性 ， 結果表明 . CuOAl的反應最為強烈 ，生成的 Al2O3顆粒細小且分布均勻 ， 而 Cr2O3Al的反應困難 。 國內(nèi)寇生中等人對 CuOAl反應體系也進行了低溫 （ 1000 ℃ ） 反應合成 Al2O3/Al復合材料的研究 。 MMC的還原反應法 ， 由于原材料來源廣泛且成本低 ， 正逐漸引起人們的重視 。 擠壓反應鑄造法 該工藝將合金液擠壓滲透到預制件中 ，使合金液中的合金元素在高溫作用下與預制件中的某一組元發(fā)生化學反應 ， 產(chǎn)生新的增強相 ， 從而達強化基體的目的 。 在此工藝中 ， 由于增強相的形成與液態(tài)金屬的擠壓成形同時進行 ， 因此 ， 材料組織致密
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