金屬基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展-wenkub.com
2025-01-13 10:25 本頁(yè)面
【正文】 使用顆粒增強(qiáng)的目的是提高復(fù)合材料的模量和硬度等性能 。 盡量選擇與基體化學(xué)相容性好潤(rùn)濕性好 ， 界面結(jié)合強(qiáng)度高的增強(qiáng)材料 。 具體選擇哪一種顆粒時(shí) ， 要將其用途 ， 復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝及整個(gè)復(fù)合材料的成本等因素綜合起來(lái)統(tǒng)籌考慮： （ 1） 用途的影響 。常用的有：碳化物 SiC、 B4C、 TiC、 WC， 氮化物： TiN、 Si2N AlN， 氧化物 Al2O SiO2以及非陶瓷顆粒 C、 Si等 。 ，可提高材料的高溫性能和彈性模量 。 因此 ， 增強(qiáng)體表面無(wú)污染 ， 避免了與基體相潤(rùn)濕性不良的問題 ， 且界面強(qiáng)度高 。 根據(jù)我國(guó)企業(yè)廠家的財(cái)力、物力、技術(shù)裝備的現(xiàn)狀，本人認(rèn)為，能真正大規(guī)模應(yīng)用于生產(chǎn)金屬基復(fù)合材料的制備技術(shù)中，液態(tài)金屬攪拌鑄造和原位自生成法最為合適，因?yàn)檫@些制備技術(shù)所需設(shè)備較為簡(jiǎn)單，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)成本低。 因此 ， 可利用上述各工藝的基本原理 ， 開發(fā)出更多類型的復(fù)合材料 ， 以滿足實(shí)際生產(chǎn)中不同工況的需要 。 c. MMC的凝固特點(diǎn)問題 目前對(duì)已形成增強(qiáng)顆粒的合金液的流變學(xué)特點(diǎn)尚不清楚 ， 而且對(duì)這種混合液的凝固特征 ，如凝固過(guò)程 、 充型能力 、 顆粒在液固界面前沿的行為以及鑄造缺陷產(chǎn)生的機(jī)理和防止措施等缺乏全面深入的研究 ， 而這些又是獲得優(yōu)質(zhì)復(fù)合材料的基本保證 。 TiB2/ZAS40A 耐磨復(fù)合材料 多孔陶瓷/ZL305復(fù)合材料的宏觀表面形貌 原位 MMC的發(fā)展方向 各種制備原位 MMC的方法由于其研究時(shí)間較短 ， 在工藝及基礎(chǔ)研究方面尚存一些有待進(jìn)一步研究的問題 ， 這些問題主要表現(xiàn)在： a. 增強(qiáng)相原位形成的機(jī)制問題 一般存在兩種學(xué)說(shuō)：一是原位顆粒的形核 長(zhǎng)大機(jī)制 ， 二是化學(xué)元素的擴(kuò)散 — 反應(yīng)機(jī)制 。 混合鹽反應(yīng)法 該工藝是英國(guó) London Scandinarlan Metallurgical公司 （ LSM） 的專利技術(shù) 。 接觸反應(yīng)法 該工藝是在綜合了 SHS法和 XDTM法優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，發(fā)展起來(lái)的又一制造原位 MMCs的方法。它是將兩個(gè)固態(tài)的反應(yīng)元素粉末和金屬基體粉末混合均勻并壓實(shí)除氣后，將壓坯快速加熱到金屬基體熔點(diǎn)以上的溫度，在金屬熔體的介質(zhì)中，兩固態(tài)反應(yīng)元素相互擴(kuò)散、接觸并不斷反應(yīng)析出穩(wěn)定的增強(qiáng)相，然后再將熔體進(jìn)行鑄造、擠壓成形。盡管這種方法有許多優(yōu)點(diǎn)，但一個(gè)明顯的不足在于所制備的材料多為疏松開裂狀態(tài)。 它一般有兩種基本的燃燒反應(yīng)形式：一是在壓坯的一端進(jìn)行強(qiáng)熱點(diǎn)火 ， 使反應(yīng)以燃燒波的形式自動(dòng)蔓延進(jìn)行；二是以極快的加熱速度將壓坯加熱至燃點(diǎn) ， 使其以整體熱爆合成反應(yīng)的形式快速進(jìn)行 。它是將含有某一反應(yīng)元素（如 Ti）的合金液與含有另一反應(yīng)元素（如 B）的合金液同時(shí)注入一個(gè)具有高速攪拌裝置的保溫反應(yīng)池中，混合時(shí)，兩種合金液中的反應(yīng)組分充分接觸，并反應(yīng)析出穩(wěn)定的增強(qiáng)相（如 TiB2），隨后，將混 合金屬液澆鑄成形或快速噴射沉積，即可獲得所需的復(fù)合材料。 MMC的還原反應(yīng)法 ， 由于原材料來(lái)源廣泛且成本低 ， 正逐漸引起人們的重視 。 TiC/Fe復(fù)合材料 。 它是利用一個(gè)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(xì)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(guò)程中 ， 相互碰撞使表層 Al2O3膜破碎分散 ， 同時(shí)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(qiáng)的 Al基復(fù)合材料 。 該工藝一般包括如下兩個(gè)過(guò)程： （ a） 氣體的分解 ， 如 CH 4（ g） — C（ s） +2H2(g) (b) 氣體與合金的化學(xué)反應(yīng)及增強(qiáng)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(guó) Lanxide公司開發(fā)的 Lanxide法利用了上述氣液反應(yīng)的原理 ， 它由金屬直接氧化法 （ DLMOXTM） 和金屬無(wú)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(guò)氧化層逐漸向表層擴(kuò)散 ， 暴露空氣中后又被氧化 ， 如此反復(fù) ，最終形成金屬氧化物增強(qiáng)的 MMC或金屬增韌的陶瓷基復(fù)合材料 （ CMC） 。原位 MMC及其制備技術(shù)已成為材料科學(xué)工作者普遍關(guān)注的研究課題。 優(yōu)點(diǎn)： 能制得增強(qiáng)相與基體潤(rùn)濕性好 、 結(jié)合性好的復(fù)合材料 ， 但需要比較復(fù)雜的設(shè)備 ，生產(chǎn)效率低 ， 比較適合生產(chǎn)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料 ， 生產(chǎn)其它形式增強(qiáng)相的復(fù)合材料難度較大 。 基本原理 是將顆粒直接加入到基體金屬熔體中，通過(guò)一定方式的攪拌使顆粒均勻地分散在金屬熔體中并與之復(fù)合，然后澆注成錠坯鑄件。 為了改善液態(tài)金屬基體對(duì)固態(tài)增強(qiáng)材料的潤(rùn)濕性，以及控制高溫下增強(qiáng)材料與基體之間的界面反應(yīng)
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