;;知识点1-金属基复合材料的制备工艺;2.分类
1)按基体分
1)铝基复合材料
2)镍基复合材料
3)钛基复合材料
4)铜基复合材料
5)铁基复合材料
6)镁基复合材料
7)金属间化合物基复合材料;1.自蔓延燃烧反应法SHS(Self-propagatingHighTemperatureSynthesis);DC
E
;3.CR接触反应法(ContactReaction);D-保护气体;5.DIMOX直接熔体氧化法(DirectMeltOxidation);首先将各种所需的粉末置于球磨罐中球磨,使粉末变形、粉碎局部高温反应生成弥散分布的增强体,再将球磨后的粉末脱气、热压或冷处理固化成形。
优点:增强相是在常温或较低温度下在真空罐中通过化学反应产生的,尺寸细小,分散比较均匀;在机械合金化过程中形成的过饱和固溶体在随后的热加工过程中会脱溶分解,生成呈弥散分布的细小的金属化合物粒子;粉末系统的储能高,有利于降低其致密化的温度;制成的材料不受相率的支配,可比较自由地选择金属和构成相。
缺点:粉末要求严格,制造成本高;表面易氧化、污染;球磨易使粉末非晶化或产生过渡相。;7.LSM混合盐反应法(LondonScandinavianMetallurgical)
该法是英国LondonScandinavianMetallurgical公司发明的专利技术。其基本原理(如图7.7)是将含有增强相组元的盐混合、预热后再加入到金属基体的熔体中,高温下盐中增强相的组元被金属还原并在基体熔体中结合生成增强相,去掉熔渣即可浇铸成型。;将增强相预制块置入基体液中,基体液一方面在可控气氛的作用下渗入预制块,另一方面又与可控气氛发生化学反应,生成新的增强相,并弥散分布于基体中,形成复合材料。
在Al-Mg合金液中置入增强相Al2O3压坯,并通入可控气氛N2,合金液在N2的作用下渗入增强相的压坯中,同时还与N2作用生成AlN新增强相,制成Al2O3和AlN复相增强的铝基复合材料。此外,该法还可制备如:B4C/Al、SiC、AlN/Al等复合材料。
优点:工艺简单,成本低廉。
不足:增强相预制块的空隙率较难控制,基体液与可控气氛的反应以及基体液在预制块中的浸渗程度难以精确控制。
;9.微波合成法(MicrowaveSynthesis);金属粉体,可实现微波整体加热???因为
(1)粉末粒度与微波透入金属的深度相当,粉末的比表面积大,缺陷密度高,活性强,对微波的反射降低,吸收能量增加;
(2)粉末间的界面电阻大,限制了粉末内的自由电荷的流动;
(3)颗粒表面存在大量悬挂键,束缚空间电荷,形成电偶极子,在微波作用下,取向极化;
(4)压坯为多相材料时,相界面会产生界面极化。微波可加热金属粉体压坯,实现微波烧结。如WC/Co、Mg/Cu、Al/Ti、Ti+SiC/Al等金属基复合材料。
微波合成技术的特点:
(1)可显著降低反应温度,最大幅度可达500℃;(2)大幅降低能耗,节能高达70%-90%;(3)缩短反应时间,可达50%以上;(4)显著提高组织致密度、细化晶粒、改善材料性能;(5)显著减小内应力。;图8微波真空加热炉;三、外生制备工艺;2)热压扩散结合法;1)挤压铸造法;3)真空压力浸渍;4)共喷沉积法;;;1.增强体:有长纤维、短纤维、晶须和颗粒;
2.基体:要有纯铝及其合金。
3.基体铝合金的种类:有形变铝合金与铸造铝合金。
4.形变铝合金的国际标准,由四位数字组成:;二、纤维增强铝基复合材料;基体;由于碳纤维与Al基体的界面,在400~500℃时会发生明显的反应生成Al4C3。为减少界面反应的发生,纤维表面需涂覆陶瓷层,一般为SiC最佳,TiN次之。也可在其表面涂覆钽、镍、银等金属。为改善界面润湿性,在SiC涂层外再涂一层铬。;表3液态金属浸渍法制备的碳纤维增强铝基复合材料的拉伸强度;碳化硅具有优异的室温和高温力学性能,与铝基体的界面结合状态良好。由于有芯碳化硅纤维单丝的性能突出,复合材料的性能较好。
有芯SCS-2碳化硅纤维增强6061铝合金基复合材料,在碳化硅纤维体积分数为34%时,室温抗拉强度为1034MPa;拉伸弹性模量为172GPa,接近理论值;抗压强度高达1896MPa,压缩模量为186GPa。
无芯Nicalon碳化硅纤维增强6061铝合金基复合材料,在体积分数为35%时,室温抗拉强度为800~900MPa,拉伸弹性模量为100~110GPa,抗弯强度为1000~1100MPa。在室温至400℃之间能保持很高的强度。
应用