【文章內容簡介】 ly等人采用含氧 5%～ 12%的氮氣，將 Fe Al ［ ω（ Al） =2%］ 熔霧合金霧化，使其生成 Al2O3 獲得非常細小的 Al2O3 彌散強化鐵基復合材料的預成形體。 疊層復合法 疊層復合法是先將不同金屬板用擴散結合方法復合，然后采用離子濺射或分子束外延方法交替地將不同金屬或金屬與陶瓷薄層疊合在一起構成金屬基復合材料。這種復合材料性能很好，但工藝復雜難以實用化。目前這種材料的應用尚不廣泛，過去主要少量應用或試用于航空、 航天及其它軍用設備上， 現(xiàn)在正努力向民用方向轉移， 特別是在汽車工業(yè)上有很好的發(fā)展前景。 原位生成復合法 原位生成復合法 也稱反應合成技術，最早出現(xiàn)于 1967年前用 SHS 法合成 TiB2 /Cu 功能梯度材料的研究中。金屬基復合材料的反應合成法是指借助化學反應，在一定條件下在基體金屬內原位生成一種或幾種熱力學穩(wěn)定的增強相的一種復合方法。這種增 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）報 告紙 共 16 頁 第 5 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 強相一般為具有高硬度、高彈性模量和高溫強度的陶瓷顆粒，即氧化物、碳化物、氯化物、硼化物、甚至硅化物，它們往往與傳統(tǒng)的金屬材料，如 Al、 Mg、 Ti、 Fe、 Cu等金屬及其合金， 或 （ NiTi） 、（ AlTi） 等金屬間化合物復合，從而得到具有優(yōu)良性能的結構材料或功能材料。金屬基復 合材料的原位復合工藝基本上能克服其它工藝中常出現(xiàn)的一系列問題， 如基體與增強體浸潤不良、界面反應產生脆性、增強體分布不均勻、對微小的（ 亞微米和納米級）增強體極難進行復合等。它作為一種具有突破性的新工藝方法而受到普遍的重視，其中包括直接氧化法、自蔓延法和原位共晶生長法等。 直接氧化 （ DIMON） 法 直接氧化法是由氧化性氣體在一定工藝條件下使金屬合金液直接氧化形成復合材料。通常直接氧化法的溫度比較高，添加適量的合金元素如 Mg、 Si 等，可使反應速度加快。這類復合材料的強度、韌性取決于形 成粒子的狀態(tài)和最終顯微組織形態(tài)。由于形成的增強體可以通過合金化及其反應熱力學進行判斷，因此可以通過合金化、爐內氣氛的控制來制得不同類型增強體的復合材料 。 放熱彌散 （ XD） 法 放熱彌散復合技術（ Exothermic Dispersion）的基本原理是將增強相反應物料與金屬基粉末按一定的比例均勻混合，冷壓或熱壓成型，制成坯塊，以一定的加熱速率加熱，在一定的溫度下（ 通常是高于基體的熔點而低于增強相的熔點）保溫，使增強相各組分之間進行放熱化學反應，生成增強相。增強相尺寸細小，呈彌散分布。 XD技術具有很多優(yōu)點：①可合成的增強相種類多，包括硼化物、碳化物、硅化物等；②增強相粒子的體積百分比可以通過控制增強相組分物料的比例和含量加以控制；③增強相粒子的大小可以通過調節(jié)加熱溫度加以控制；④可以制備各種 MMC；⑤由于反應是在融熔狀態(tài)下進行，可以進一步近終形成型。 XD 技術是合成顆粒增強金屬基及金屬間化合物基復合材料的最有效的工藝之一。但用 XD 工藝制成的產品存在著較大孔隙度的問題，目前一般采用在反應過程中直接壓實來提高致密度。 反應噴射沉積技術 （ RSD） 反應噴射沉積工藝（ Reactive Spray Deposition）生成陶瓷顆粒的反應有氣 液反應、液 液反應、固 液反應和加鹽反應等多種類型。它綜合了快速凝固及粉末冶金的優(yōu)點，并克服了噴射共沉積工藝中存在的如顆粒與基體接近機械結合、增強相體積分數(shù)不能太高等缺點，成為目前金屬基復合材料研究的重要方向之一。反應噴射沉積工藝過程 為：金屬液被霧化前噴入高活性的固體顆粒發(fā)生液固反應，導致噴入的顆粒在霧化過 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）報 告紙 共 16 頁 第 6 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 程中溶解并與基體中的一種或多種元素反應形成穩(wěn)定的彌散相，控制噴霧的冷卻速率以及隨后坯件的冷卻速率可以控制彌散相的尺寸。楊濱等人采用液相 接觸反應合成技術進行反應合成，然后再進行后續(xù)的霧化噴射沉積成形步驟， 成功地開發(fā)出了一種熔鑄 原位反應噴射沉積成形顆粒增強金屬基復合材料制備新技術。制備出 TiC/Al 20Si 5Fe復合材料。近年來，原位反應霧化噴射沉積成形技術得到工業(yè)發(fā)達國家的關注。但由于相關的基礎性研究工作滯后，工藝上難以獲得增強相均勻分布和顯微組織一致的沉積坯件，致使原位反應霧化噴射沉積成形技術的實際應用受到限制。 這是因為噴射成形過程是一個復雜的工藝過程，眾多的工藝參數(shù)都影響著沉積坯的組織和性能，現(xiàn)有的理論模型并不能精確地控制噴射沉積過程，因此要大力加強對這一技術的基礎和模型化研究，預測和掌握各種工藝參數(shù)對噴射沉積凝固過程的影響規(guī)律，為工藝過程的優(yōu)化控制提供可靠的理論依據(jù)。 金屬基復合材料的性能取決于所選金屬或合金基體和增強物的特性、含量、分布等。通過優(yōu)化組合可以獲得既具有金屬特性 , 又具有高比強度、高比模量、耐熱、耐磨等綜合性能的復合材料。金屬基復合材料有以下性能特點 : 高 比強度和高比模量 在金屬基體中加入適量高比強度、高比模量、低密度的纖維、晶須、顆粒等增強物 , 能明顯提高復合材料的比強度和比模量。密度只有 到 7 000MPa,比鋁合金強度高出 10 倍以上 ,石墨纖維的最高模量可達 91GPa。加入質量分數(shù)為 30%～ 50%高性能纖維作為復合材料的主要承載體 , 復合材料的比強度、比模量成倍地高于基體合金或金屬的比強度和比模量 。 導熱和導電性能 金屬基復合材料中金屬基體一般占有 60%以上的體積分數(shù) , 因此仍保持金屬所具有的良好導熱和 導電性。金屬基復合材料采用高導熱性的增強物可以進一步提高導熱性能 , 使熱導率比純金屬基體還高。良好的導熱性可有效地傳熱散熱 , 減少構件受熱后產生的溫度梯度?，F(xiàn)已研究成功的超高模量石墨纖維、金剛石纖維、金剛石顆粒增強鋁基和銅基復合材料的導熱率比純鋁和鋼還高 , 用它們制成的集成電路底板和封裝件可有效迅速地把熱量散去 , 提高集成電路的可靠性。良好的導電性可以防止飛行器構件產生靜電聚集。 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）報 告紙 共 16 頁 第 7 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 熱膨脹系數(shù)小 , 尺寸穩(wěn)定性好 金屬基復合材料中所用的增強物碳纖維、碳化硅纖維、晶須、顆粒、硼纖維等既具有很小的熱膨脹系 數(shù) , 又具有很高的模量。加入相當含量的增強物不僅可以大幅度地提高材料的強度和模量 , 也可以使其熱膨脹系數(shù)明顯下降 , 并可通過調整增強物的含量獲得不同的熱膨脹系數(shù) , 以滿足各種工況要求 。 良好的高溫性能 金屬基復合材料具有比金屬基體更好的高溫性能 , 特別是連續(xù)纖維增強金屬。在復合材料中纖維起著主要承載作用 , 纖維強度在高溫下基本不降 , 纖維增強金屬的高溫性能可保持到接近金屬熔點。金屬基復合材料被選用在發(fā)動機等高溫零部件上 , 可大幅度地提高發(fā)動機的性能和效率。 耐磨性好 金屬基復合材料 ,尤其 是陶瓷纖維、晶須、顆粒增強金屬基復合材料具有很好的耐磨性。在基體金屬中加入了大量硬度高、耐磨、化學性能穩(wěn)定的陶瓷增強物 , 特別是細小的陶瓷顆粒 ,不僅提高了材料的強度和剛度 , 也提高了復合材料的硬度和耐磨性。高耐磨的 SiC/ Al 復合材料用于汽車發(fā)動機、剎車盤、活塞等重要零件 , 明顯地提高零件的性能和壽命。 良好的疲勞性能和斷裂韌性 金屬基復合材料的疲勞性能和斷裂韌性取決于纖維等增強物與金屬基體的界面結合狀態(tài)、增強物在金屬基體中的分布、金屬和增強物本身的特性等 , 特別是界面狀態(tài) , 最佳的界面結 合狀態(tài)既可有效地傳遞載荷 , 又能阻止裂紋的擴展 , 提高材料的斷裂韌性。 不吸潮、不老化、氣密性好 金屬基復合材料性質穩(wěn)定 , 組織致密 , 不存在老化、分解、吸潮等問題 , 也不會發(fā)生性能的自然退化。 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）報 告紙 共 16 頁 第 8 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 2 金屬基復合材料的發(fā)展現(xiàn)狀 金屬基復合材料基本上可以分為連續(xù)增強體、非連續(xù)增強體 (包括顆粒、 短纖維和晶須 ) 和疊層復合三類。所用的基體金屬包括 Al、 Mg、 T i、 Zn 等輕金屬及其合金、高溫合金以及金屬間化合物等。連續(xù)增強體主要有碳及石墨纖維、 碳化硅纖維 (包括鎢芯及碳芯化學氣