金屬基復合材料重點

1、. .第一章1.內(nèi)生增強的金屬基復合材料具有如下特點第5頁：1增強體是從金屬基體中原位形核、長大的熱力學穩(wěn)定相，因此，增強體外表無污染，防止了與基體相容性不良的問題，且界面結(jié)合強度高。2通過合理選擇反響元素或化合物的類型、成分及其反響性，可有效地控制原位生成增強體的種類、大小、分布和數(shù)量。3省去了增強體單獨合成、處理和參加等工序，因此，其工藝簡單，本錢較低。4從液態(tài)金屬基體匯總原位形成增強體的工藝，可用鑄造方法制備形狀復雜、尺寸較大的近凈成形構(gòu)件。5在保證材料具有較好的韌性和高溫性能的同時，可較大幅度地提高材料的強度和彈性模量。第二章1.增強體的作用第8頁增強體是金屬基復合材料的重要組成局部，

2、它起著提高金屬基體的強度、模量、耐熱性、耐磨性等性能的作用。2.選擇增強體的主要考慮因素5個原那么 展開1力學性能：楊氏模量和塑性強度；2物理性能：密度和熱擴散系數(shù)；3幾何特性：形貌和尺寸；4物理化學相容性；5本錢因素。第三章3.分析論述金屬基復合材料的可設計性為什么復合材料具有可設計性1復合材料是由增強體、基體、界面三局部組成。2基體和增強體材料是可以選擇的，比方增強體的大小、形貌、分布等都會造成所制備復合材料性能的不同。同時，金屬基體的組分比例也將影響復合材料表現(xiàn)出的宏觀性能。3界面的設計：4此外，選擇不同的制備工藝和成型工藝也會影響復合材料性能。5設計者可以根據(jù)外部環(huán)境的變化與要求來設計

3、具有不同特性與性能的復合材料，以滿足工程實際對高性能復合材料及構(gòu)造的要求。6復合材料在彈性模量、線膨脹系數(shù)和材料強度等方面具有明顯的各向異性性質(zhì)，可以根據(jù)不同方向上對剛度和強度等性能的特殊要求來設計復合材料及構(gòu)造。7復合材料的不均勻也是其顯著特點。復合材料的幾何非線性及物理非線性也是要特殊考慮的。8復合材料具有不同層次上的宏觀、細觀和微觀構(gòu)造，因此可以采用力學理論和數(shù)值分析手段對其進展設計。9復合材料設計涉及多個變量的優(yōu)化及多層次設計的選擇。復合材料設計問題要求確定增強體的幾何特征、基體材料和增強體的微觀構(gòu)造，以及增強體的體積分數(shù)。復合材料的設計主要包含功能設計、構(gòu)造設計和工藝設計復合材料設計

4、的根本步驟：.選擇基體的原那么第29頁：金屬基復合材料的使用要求金屬基復合材料組成的特點基體金屬與增強物的相容性4.功能復合材料調(diào)整優(yōu)值的途徑第38頁：1調(diào)整復合度2調(diào)整聯(lián)接方式3調(diào)整對稱性4調(diào)整尺度5調(diào)整周期性.復合效應包括第39頁：什么是乘積效應乘積效應、系統(tǒng)效應、誘導效應和共扼效應5.熱膨脹系數(shù)以及表達公式第54頁定義：表征材料受熱時線度或體積變化程度。表達公式:線膨脹系數(shù)：體膨脹系數(shù)：式中，L為材料的線度，T為材料的熱力學溫度，V為材料的體積。第四章1.金屬基復合材料制備方法分類第60頁固態(tài)法：固態(tài)法是在基體金屬處于固態(tài)情況下，與增強材料混合組成新的復合材料的方法。其中包括粉末冶金法、

5、熱壓法、熱等靜壓法、軋制法、擠壓和拉拔法、爆炸焊接法等。液態(tài)法：液態(tài)法是在基體金屬處于熔融狀態(tài)下，與增強材料混合組成新的復合材料的方法。其中包括：真空壓力浸漬法、擠壓鑄造法、攪拌鑄造法、液態(tài)金屬浸漬法、共噴沉積法、熱噴涂法等。外表復合法：新型制造方法包括：原位自生成法、物理氣相沉積法、化學氣相沉積法、化學鍍和電鍍法及復合鍍法等。6.制備技術(shù)應具備的條件60頁(1) 使增強材料均勻地分布金屬基體中，滿足復合材料構(gòu)造和強度要求;(2) 能使復合材料界面效應、混雜效應或復合效應充分發(fā)揮;(3) 能夠充分發(fā)揮增強材料對基體金屬的增強、增韌效果; (4) 設備投資少，工藝簡單易行，可操作性強；便于實現(xiàn)批

6、量或規(guī)模生產(chǎn);(5) 能制造出接近最終產(chǎn)品的形狀，尺寸和構(gòu)造，減少或防止后加工工序.7.金屬基復合材料制造的關(guān)鍵性技術(shù)及解決方法第61頁與成形對照1)加工溫度高，在高溫下易發(fā)生不利的化學反響;解決方法：盡量縮短高溫加工時間，使增強材料與基體界面反響降低至最低程度；通過提高工作壓力使增強材料與基體浸潤速度加快；采用擴散粘接法可有效地控制溫度并縮短時間。2)增強材料與基體浸潤性差;解決方法：參加合金元素，優(yōu)化基體組分，改善基體對增強材料的浸潤性；對增強材料進展外表處理，涂敷一層可抑制界面反響的涂層。3)增強材料在基體中的分布。解決方法：對增強體進展適當?shù)耐獗硖幚?，使其浸漬基體速度加快；參加適當?shù)暮?/p>

7、金元素改善基體的分散性；施加適當?shù)膲毫?，使其分散性增大。施加外?磁場,超聲場等)8.熱壓和熱等靜壓技術(shù)根本原理第62頁熱壓法和熱等靜壓法亦稱擴散粘接法，是加壓焊接的一種，因此有時也稱擴散焊接法。它是在較長時間的高溫及不大的塑性變形作用下依靠接觸部位原子間的相互擴散進展的。擴散粘接過程可分為三個階段：粘接外表之間的最初接觸，由于加熱和加壓使外表發(fā)生變形、移動、外表膜通常是氧化膜破壞；隨著時間的進展發(fā)生界面擴散和體擴散，使接觸面粘接；由于熱擴散結(jié)合界面最終消失，粘接過程完成。影響擴散粘接過程的主要參數(shù)：溫度、壓力和一定溫度及壓力下維持的時間，其中溫度和氣氛最為重要.9. 熱軋機的工作原理熱軋系統(tǒng)

8、根本流程為：鋁錠熔煉爐靜置爐過濾鑄嘴軋機中間機組卷取機熱軋區(qū)：液態(tài)金屬到達鑄造區(qū)時，由于軋輥帶走局部熱量。使得金屬液體冷卻，形成液固兩相共存區(qū)域，到達變形區(qū)時，全部形成固體金屬。10.液態(tài)金屬攪拌鑄造技術(shù)的特點、技術(shù)問題第67頁特點：工藝簡單，制造本錢低廉。存在問題：一是為了提高增強效果要求參加尺寸細小的顆粒，1030m之間的顆粒與金屬熔體的潤濕性差，不易進入和均勻分散在金屬熔體中，易產(chǎn)生團聚；二是強烈的攪拌容易造成金屬熔體的氧化和大量吸入空氣。因此必須采取有效的措施來改善金屬熔體對顆粒的潤濕性，防止金屬的氧化和吸氣等。本卷須知及措施：（1） 在金屬熔體中添加合金元素. 合金元素可以降低金屬熔

9、體的外表X力。（2） 顆粒外表處理. 比較簡單有效的方法是將顆粒進展高溫熱處理，使有害物質(zhì)在高溫下?lián)]發(fā)脫除。（3） 復合過程的氣氛控制由于液態(tài)金屬氧化生成的氧化膜阻止金屬與顆粒的混合和潤濕，吸入的氣體又會造成大量的氣孔，嚴重影響復合材料的質(zhì)量，因此要采用真空、惰性氣體保護來防止金屬熔體的氧化和吸氣。（4） 有效的機械攪拌。強烈的攪動可使液態(tài)金屬以高的剪切速度流過顆粒外表，能有效改善金屬與顆粒之間的潤濕性，促進顆粒在液態(tài)金屬中的均勻分布。11.共噴沉積技術(shù)第71頁工藝過程：基體金屬熔化、液態(tài)金屬霧化、顆粒參加及與金屬霧化流的混合、沉積和凝固等工序。主要工藝參數(shù)有：熔融金屬溫度，惰性氣體壓力、流量

10、、速度，顆粒參加速度、沉積底板溫度等。特點：適用面廣；生產(chǎn)工藝簡單、效率高；冷卻速度快；顆粒分布均勻；復合材料中的氣孔率較大顆粒參加方式：a) 通過插管直接將增強顆粒吹到霧化錐中。b) 粒子由頂部倒流管注入的方式c) 顆粒強制噴入金屬熔滴霧化錐內(nèi)冷噴涂工藝的原理是：每種金屬均有其特定的、與溫度相關(guān)的臨界顆粒速度，當顆粒運動超過這一速度時即會焊接于鍍件之上。熱噴涂工藝原理熱噴涂技術(shù)是把某種固體材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)并高速噴射到基體外表上形成具有希望性能的膜層,從而到達對基體外表改質(zhì)目的的外表處理技術(shù)。12.原位自生成技術(shù)72頁，尤其是熔體直接反響法第80頁方程式問題、熔體直接反響法的特點、工

11、藝過程、問題熔體直接反響法：實例：熔體原位反響合成(Al3Zr+Al2O3)鋁基復合材料操作步驟：實驗前將Zr(CO3)2粉末，放入電烘箱中升溫至250，保溫3小時，充分去除水分，然后冷卻、研磨，經(jīng)過70目標準篩篩分，得到粒度<0.25mm的粉末添加料。在電阻爐中將A356合金熔化，加熱至起始反響溫度850，精煉，靜置10min后分別、分批用鐘罩將上述粉末添加料壓入A356熔液，并用石墨棒攪拌，使之與Al液發(fā)生反響，同時用便攜式溫度測試儀連續(xù)測定反響過程熔體溫度的變化，反響過程中分階段用石英玻璃管提取熔體進展水淬試驗。待反響完畢后用熔劑精煉、除氣、除渣，并靜置1020min后，待溫度降至

12、720左右扒渣后澆入銅模中，制得鑄態(tài)內(nèi)生顆粒增強A356基復合材料。反響方程式：Zr(CO3)2ZrO2+2CO2 3ZrO2+4Al(l)3Zr+2Al2O3 Zr+3Al(l)Al3Zr 3Zr(CO3)2+13Al(l)6CO2+3Al3Zr+2Al2O3 特點：(1)該工藝以現(xiàn)有的鋁合金熔煉工藝為根底，在熔體中直接形成增強顆粒，并且可以直接鑄造成各種形狀的復合材料鑄件； (2)增強體顆粒大小和分布易于控制，并且其數(shù)量可在較大范圍內(nèi)調(diào)整； (3)該工藝可同時獲得高強度、高韌性的復合材料。但目前要用該方法制備的復合材料主要集中在Al-Ti-B系，但該體系存在反響溫度高，生成相形態(tài)不易控制和

13、基體變質(zhì)“毒化等問題，而對其它體系涉及甚少。只能生產(chǎn)顆粒體積分數(shù)較小的材料，假設體積分數(shù)過大，那么粘度過大，擴散不開，反響不完全。制備工藝過程(根本原理):將含有增強相顆粒形成元素的固體顆?；蚍勰┰谀骋粶囟认录拥饺廴诘匿X合金外表，然后攪拌使反響充分進展，從而制備內(nèi)生顆粒增強的復合材料。第五章13.鑄造成形的技術(shù)問題以及如何解決第86頁（1） 增強顆粒與金屬熔體的潤濕性解決方法：1 增強顆粒外表涂層2 金屬基體中參加某些合金元素3 用某些鹽對增強顆粒進展預處理4 對增強顆粒進展超聲清洗或預熱處理（2） 增強顆粒分布均勻性解決方法：調(diào)整提高金屬熔體粘度，減小增強顆粒的粒徑。通常金屬熔體的黏度是通過

14、添加合金元素來提高的，但粘度增大會導致復合材料存在氣體及夾雜物不易排出的問題。（3） 增強顆粒與基體金屬的界面構(gòu)造解決方法：選擇適宜的增強顆粒與金屬基體組合，是保證界面結(jié)合良好的重要途徑。（4） PRMMC 的凝固過程研究復合材料凝固過程中顆粒被生長界面推移的距離，對分析顆粒分布的均勻性更為合理。14.超塑性的定義以及超塑性變形過程中組織變化的特點95頁超塑性又分為組織超塑性、相變超塑性和其他超塑性。1組織超塑性：又稱細晶超塑性或恒溫超塑性。指材料晶粒通過細化、超細化和等軸化，在變形期間保持穩(wěn)定，在一定變形溫度區(qū)間T>0.5Tm和一定變形速度條件下(應變速率在10-410-1之間)所呈現(xiàn)

15、出的超塑性。2相變超塑性：又稱為轉(zhuǎn)變超塑性或變態(tài)超塑性。是材料在變動頻繁的溫度環(huán)境下受應力作用時經(jīng)屢次循環(huán)相變或同素異形轉(zhuǎn)變而得到的很大的變形量。3其他超塑性：其他超塑性主要包括短暫超塑性、相變誘發(fā)超塑性以及消除應力退火過程中，應力作用下積蓄在材料內(nèi)能量釋放獲得的超塑性。超塑性變形過程中組織變化特點：展開1晶粒形狀與尺寸的變化2晶粒的滑動、轉(zhuǎn)動和換位3晶粒折皺帶4位錯5空洞第六章15.關(guān)于界面的不穩(wěn)定性因素的物理不穩(wěn)定性和化學不穩(wěn)定分別指什么？135頁金屬基復合材料的界面不穩(wěn)定因素有兩類：物理不穩(wěn)定因素和化學不穩(wěn)定因素。物理不穩(wěn)定因素：這種不穩(wěn)定因素主要表現(xiàn)為基體與增強物之間在使用的高溫條件下

16、發(fā)生溶解以及溶解與再析出現(xiàn)象。化學不穩(wěn)定因素：化學不穩(wěn)定因素主要是復合材料在制造、加工和使用過程中發(fā)生的界面化學作用，它包括界面反響、交換反響和暫穩(wěn)態(tài)界面的變化幾種現(xiàn)象。16.顆粒增強金屬基復合材料的強化機制1Orowan強化Orowan強化是位錯通過距離很近的細微硬粒子時受到粒子的阻礙而引起的強化作用。2細晶強化機制主要為：增強體外表的非均質(zhì)行核機制。當顆粒尺寸較小時，顆粒會釘扎大角晶界，當顆粒尺寸較大，顆粒會促進再結(jié)晶行核。顆粒增強鋁基復合材料的晶粒尺寸隨增強相尺寸增加而增加，隨增強相體積分數(shù)增加而減少，從而在基體中產(chǎn)生強化。3固溶強化當外來原子固溶于基體中，它一方面能阻礙位錯運動，另一方面由于外來原子與基體金屬原子具有不同的尺寸，將產(chǎn)生晶格畸變，產(chǎn)生應變場，并且與位錯發(fā)生交互作用。4位錯強化在顆粒增強金屬基復合材料中，由于增強體與基體間的熱膨脹系數(shù)的巨大差異，將導致復合材料內(nèi)產(chǎn)生很大的熱應力。這種熱應力引發(fā)的塑性變形，使復合材料中的位錯密度顯著增加。第九章3.Al4C3相的特點、強度以及其他物理化學性能；SiO2呢？第219頁反響式：4Al+3SiC=Al4C3+3SiAl4C3析出于增強體與基體的界面上，使界面結(jié)合強度降低，降低了熔體的流動