顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料專利技術(shù)綜述

1、 顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料專利技術(shù)綜述 中圖分類號：tb22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有高的比強(qiáng)度和比剛度、優(yōu)良的鑄造性能和機(jī)械加工性能，被譽(yù)為21世紀(jì)的綠色結(jié)構(gòu)材料，有著廣泛的應(yīng)用前景。但是與鋁合金相比，鎂合金由于高溫下強(qiáng)度下降使其應(yīng)用受到一定的限制。為了改善鎂合金強(qiáng)度低、力學(xué)性能差的缺點，常向鎂合金中加入連續(xù)或非連續(xù)（短纖維、晶須等）纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。但其中纖維或晶須作為增強(qiáng)體價格昂貴、制備工藝復(fù)雜、存在晶須斷裂等問題使纖維/晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的實際應(yīng)用受到很大限制。為了滿足進(jìn)一步推廣應(yīng)用的要求，開始研究顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，其具有力學(xué)性能呈各向同性

2、、制備工藝簡單、增強(qiáng)體價格低廉、等特點， 是目前最有可能實現(xiàn)低成本、規(guī)?；虡I(yè)生產(chǎn)的鎂基復(fù)合材料。1.鎂基復(fù)合材料組成鎂基復(fù)合材料主要由基體及增強(qiáng)相組成?；w所用鎂合金系主要有mg-ai-zn系、mg-zn-zr系、mg-li系、mg-mn系等。而對于鎂基復(fù)合材常用增強(qiáng)體主要有碳纖維、碳化硅、氧化鋁及碳化硼顆粒等。2.專利申請概況2.1 申請人類型分析本文從中國專利文摘數(shù)據(jù)庫cprsabs和世界專利文摘庫sipoabs、德溫特世界專利庫dwpi中選取分類號和關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，并對檢索結(jié)果進(jìn)行了分析。從專利的申請人類型來看，高校及科研院所擁有較大優(yōu)勢，占全部專利申請量的51%；其次為公司及企業(yè)，占

3、全部專利申請量的44%，個人以及其他擁有的份額較少，僅占5%。其中，國外申請人以企業(yè)或公司為主，國內(nèi)申請人以高校及研究院為主。2.2 專利申請量分析通過對全球范圍內(nèi)顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料專利申請量的分析發(fā)現(xiàn)，在顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的整個發(fā)展過程中，國外技術(shù)的發(fā)展主要集中于2010年以前，而國內(nèi)則是從2000年開始，由高校牽頭開始研究顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。3.顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料專利現(xiàn)狀分析根據(jù)鎂基復(fù)合材料的使用性能、基體鎂合金的種類和成分來選擇所需的顆粒增強(qiáng)相。要求增強(qiáng)相與基體物理、化學(xué)相容性好，應(yīng)盡量避免增強(qiáng)相與基體合金之間的有害界面反應(yīng)，并使其與基體潤濕性良好，載荷承受能力強(qiáng)等。根據(jù)種類的不

4、同其主要包括硅化物、碳化物、氧化物、氮化物、金屬以及準(zhǔn)晶等。3.1 硅化物顆粒硅化物顆粒主要包括mg2si，crsi2以及tisi2等。在使用硅化物顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料時，增強(qiáng)相硅化物顆粒主要是通過原位反應(yīng)生成。在1994年，日本專利jph0841564 a首先通過原位反應(yīng)生成mg2si顆粒增強(qiáng)相，與碳化硅顆粒一起增強(qiáng)鎂合金。但是在鎂合金中反應(yīng)生成的mg2si相極易長大變成粗大的漢字狀，影響材料的力學(xué)性能。隨后，上海交通大學(xué)（cn1789446 a、cn101148723 a）、江蘇大學(xué)（cn101381829 a）、南昌大學(xué)（cn101748300 a、cn102776396 a）、南昌航空

5、航天大學(xué)（cn104131190 a）等各大高校開始采用不同的方式細(xì)化鎂合金復(fù)合材料中的mg2si相，例如利用脈沖磁場、超聲波、超聲變幅桿以及在合金中一定量的銻元素合金等，改善增強(qiáng)相的強(qiáng)化效果。3.2 碳化物顆粒常用碳化物添加顆粒主要包括sic，tic。1986年，amax公司（us4657065 a）首先采用碳化硅顆粒和/纖維和碳化鈦顆粒作為增強(qiáng)相。 隨后，碳化物作為最常規(guī)的增強(qiáng)相添加到鎂合金中用于制備顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料（jph01156448 a、jph02129322 a、jph02145233 a、jph01279721 a、jph05209205 a、jph05202443 a、w

6、o9315238 a1、cn1396284a、cn1470662a、cn1441073a等），并且為了適用于不同的領(lǐng)域、不同的制備工藝以及與其余增強(qiáng)相的潤濕性，jph01156448 a、jp2003183748 a 、cn1667149 a、cn1666833a采用在碳化硼、碳化硅表面涂覆鍍層強(qiáng)化碳化物顆粒，改善碳化硅和鎂基體之間的潤濕，促進(jìn)燒結(jié)；cn1676645 a、cn1837392 a、tw200914167 a、tw200912012 a、cn103667841、cn103667839、cn103667840、cn103695744則采用納米態(tài)的碳化硅作為增強(qiáng)相，集納米材料和復(fù)合材

7、料的優(yōu)點于一身。3.3 氧化物顆粒氧化物添加顆粒主要包括sio2、mgo、al2o3、fe2o3、mno2、zro2等。由于氧化物的成本較低，氧化物在1984年最先作為增強(qiáng)相用于制備顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料（jps60243245 a），并在隨后的技術(shù)發(fā)展中得到了廣泛的應(yīng)用，例如專利jps6350615 a、jph01261266 a，jph05202443 a；cn1837392 a、tw200914167 a充分發(fā)揮納米材料的特征，將碳化物和氧化物以納米形態(tài)添加到鎂合金中，制備出的鎂基復(fù)合材料集納米材料和復(fù)合材料的優(yōu)點于一身；哈爾濱工業(yè)大學(xué)（cn103589891a）則改變氧化物的形式，將al

8、2o3以空心球的方式添加到鎂合金。3.4 金屬顆粒 金屬顆粒首次被用作增強(qiáng)相顆粒是在2001年，神戶制鋼株式會所嘗試將金屬鋯作為增強(qiáng)相制備出鋯增強(qiáng)的鎂基復(fù)合材料；在國內(nèi)， 2006年上海交通大學(xué)（cn1718792a）才將鈦金屬顆粒作為增強(qiáng)相；隨后，江蘇大學(xué)（cn101067188 a）、北京航空航天大學(xué)（cn101538672 a）、南昌大學(xué)（cn104313371 a，cn104313372 a）先后研究了將含稀土元素的金屬間化合物顆粒作為顆粒增強(qiáng)相；中科學(xué)院金屬研究所在2006年（cn101186996a）首次嘗試將nb顆粒添加到非晶態(tài)的鎂合金中；并在隨后研究了（cn102108454

9、a）將金屬顆粒與非金屬顆粒一起作為增強(qiáng)相；以及（cn102108460 a）將co基、zr基、ni-al基等形狀記憶合金顆粒添加到鎂基合金中，使得制備的復(fù)合材料具有形狀記憶效應(yīng)性能。3.5 準(zhǔn)晶顆粒準(zhǔn)晶由于具有各向同性及準(zhǔn)周期晶格結(jié)構(gòu)，使得位錯滑移困難，而具有高硬度和高強(qiáng)度。因此，研究人員遂利用其作為增強(qiáng)相。首先是在2003年時，上海交通大學(xué)（cn1524974a a）將alxcuyfez合金準(zhǔn)晶粉添加到到鎂基合金中。隨后，太原理工大學(xué)（cn1644738 a、cn102206782 a）、北京工業(yè)大學(xué)（cn102618766 a）、華東交通大學(xué)（cn102618766 a）、西安理工大學(xué)（c

10、n103421995 a）等高校都開始研究不同成分和形態(tài)的準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)相，制備出具有細(xì)小尺寸、近似球狀的準(zhǔn)晶增強(qiáng)的鎂基復(fù)合材料。3.6 其他除了上述幾種常見的增強(qiáng)顆粒以外，單質(zhì)b（jp29893488a、jp29826588a、jp5313789a）、c（jp28139188a）、尖晶石（jp5313789a）、石墨（cn1676245 a、cn103820670 a）、碳納米管（tw200914167 a、cn101376276 a、cn101376170 a、cn101386926 a）、ca-p陶瓷顆（cn103834840 a）、石墨烯（cn104233028 a）等也曾作為增強(qiáng)顆粒被添加到鎂合金中或者在鎂合金中原位生成。結(jié)語通過以上對顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料國內(nèi)外專利的研究分析發(fā)現(xiàn)，顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的基