復(fù)合材料-金屬基復(fù)合材料-課件

1、金屬基復(fù)合材料的使用要求2、金屬基復(fù)合材料的界面3、金屬基復(fù)合材料的制備1、金屬基復(fù)合材料的使用要求1、金屬基復(fù)合材料的使用要求航天、航空領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)件高比強(qiáng)度和比模量以及尺寸穩(wěn)定性是最重要的性能要求。密度小的輕金屬合金—鎂合金和鋁合金作為基體高強(qiáng)度、高模量的石墨纖維、硼纖維等組成石墨/鎂、石墨/鋁、硼/鋁﹢1、金屬基復(fù)合材料的使用要求航天、航空領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)件密度小的輕1、金屬基復(fù)合材料的使用要求1、金屬基復(fù)合材料的使用要求1、金屬基復(fù)合材料的使用要求哈勃太空望遠(yuǎn)鏡天線波導(dǎo)桅桿P100碳纖維/6061鋁合金航天飛機(jī)主貨艙支柱50vol.%硼纖維/60611、金屬基復(fù)合材料的使用要求哈勃太空望遠(yuǎn)鏡天線波導(dǎo)桅桿P101、金屬基復(fù)合材料的使用要求航天、航空領(lǐng)域的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件要求復(fù)合材料不僅有高比強(qiáng)度和比模量，還要具有優(yōu)良的耐高溫性能，能在高溫、氧化性氣氛中正常工作。鈦合金、鎳合金以及金屬間化合物碳化硅、鎢絲﹢1、金屬基復(fù)合材料的使用要求航天、航空領(lǐng)域的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件鈦合金1、金屬基復(fù)合材料的使用要求鎳基變形高溫合金廣泛地用來制造航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、各種工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的熱端部件，如工作葉片，導(dǎo)向葉片、渦輪盤和燃燒室等。燃?xì)廨啓C(jī)渦輪零件高溫合金汽車增壓器噴嘴環(huán)葉片1、金屬基復(fù)合材料的使用要求鎳基變形高溫合金廣泛地用來制造航1、金屬基復(fù)合材料的使用要求

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、剎車片：要求其零件耐熱、耐磨、導(dǎo)熱、一定的高溫強(qiáng)度等，同時(shí)又要求成本低廉，適合于批量生產(chǎn)。鋁合金+陶瓷顆粒、短纖維、如碳化硅大眾汽車公司Lupo汽車后制動(dòng)鼓20vol.%SiC/A359鋁合金1、金屬基復(fù)合材料的使用要求汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、剎車片：大眾汽車公1、金屬基復(fù)合材料的使用要求■汽車結(jié)構(gòu)件輕量化與油耗、性能的關(guān)系(逸動(dòng)實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果)：1.實(shí)際油耗：減重100kg，油耗降低約0.4L/100km；2.加速性能：減重100kg，0-100km/h加速性提升8-10%；3.制動(dòng)性能：減重100kg，制動(dòng)距離縮短2～7m。1、金屬基復(fù)合材料的使用要求■汽車結(jié)構(gòu)件輕量化與油耗、性能的復(fù)合材料-金屬基復(fù)合材料-課件因?qū)ζ嚢踩?、功能性要求的增加，整車重量逐漸增加。但進(jìn)入21世紀(jì)后，越來越嚴(yán)格的環(huán)保和排放法規(guī)要求，目前整車重量呈明顯現(xiàn)下降的趨勢(shì)。奧迪A6七代車型重量的變化歷程安全性提高、舒適性和功能的增加導(dǎo)致重量增加。油耗與排放的要求使汽車輕量化成為必然趨勢(shì)1160Kg1230Kg1545Kg1790Kg1990Kg2050Kg1980Kg2012因?qū)ζ嚢踩浴⒐δ苄砸蟮脑黾?，整車重量逐漸增加。但進(jìn)入21、金屬基復(fù)合材料的使用要求

電子工業(yè)：集成電路基板和元件需要高導(dǎo)熱、低膨脹、具有一定耐熱性的金屬基復(fù)合材料?；w：高導(dǎo)熱率的銀、銅、鋁等金屬為基體增強(qiáng)體：高導(dǎo)熱性、低熱膨脹的超高模量石墨纖維、金剛石纖維1、金屬基復(fù)合材料的使用要求電子工業(yè)：集成電路基板和元件需2、金屬基復(fù)合材料的界面金屬基復(fù)合材料中金屬基體和增強(qiáng)體之間的界面對(duì)復(fù)合材料的性能起著決定性的作用。主要考察：界面類型與界面結(jié)合界面穩(wěn)定性界面浸潤界面反應(yīng)控制2、金屬基復(fù)合材料的界面金屬基復(fù)合材料中金屬基體和增強(qiáng)體之間

第Ⅰ類界面基體與增強(qiáng)材料界面既不相互反應(yīng)，也不互溶。微觀上界面是平整或光滑，而且只有分子層厚度。界面兩側(cè)分別為基體和增強(qiáng)材料，不含其它物質(zhì)。如SiCw/Al的界面。①界面類型第Ⅰ類界面基體與增強(qiáng)材料界面既不相互反應(yīng)，也增強(qiáng)材料和基體之間相互擴(kuò)散－滲透，相互溶解而形成的界面。這類界面往往在增強(qiáng)材料（如纖維）周圍，形成環(huán)狀，界面呈犬牙交錯(cuò)的溶解擴(kuò)散層。

第II類界面Cf/Ni復(fù)合材料界面增強(qiáng)材料和基體之間相互擴(kuò)散－滲透，相互溶解而形成的界面。這類Bf/Ti-6Al-4V中TiB2反應(yīng)層（850℃，100h）

第III類界面基體與增強(qiáng)材料的界面發(fā)生界面反應(yīng)，界面存在有微米和亞微米級(jí)的界面反應(yīng)產(chǎn)物。最典型是Bf/Ti，Cf/Al復(fù)合材料。在高溫下Bf/Ti在界面形成TiB2界面反應(yīng)物層。Bf/Ti-6Al-4V中TiB2反應(yīng)層第III類界面

第III類界面碳纖維與鋁基體發(fā)生嚴(yán)重反應(yīng)后纖維的損傷(a)原始纖維形貌(b)損傷后纖維形貌第III類界面碳纖維與鋁基體發(fā)生嚴(yán)重反應(yīng)后纖維的損傷Cf/Al復(fù)合材料中Cf與Al基體發(fā)生界面反應(yīng)，生成Al4C3。Cf/Al的界面反應(yīng)及反應(yīng)產(chǎn)物Al4C3Cf/Al復(fù)合材料中Cf與Al基體發(fā)生界面反應(yīng)，生成Al4C

準(zhǔn)I類界面出現(xiàn)準(zhǔn)Ⅰ類界面有兩種情況：

◆屬Ⅰ類界面中的增強(qiáng)材料與基體，從熱力學(xué)分析會(huì)可能發(fā)生界面反應(yīng)，但當(dāng)采用固態(tài)法制備時(shí)，形成Ⅰ類界面；而當(dāng)采用液態(tài)法制備時(shí)就可能形成第Ⅲ類界面；◆增強(qiáng)材料的表面未處理，存在有吸附的氧，在制備時(shí)也會(huì)與基體產(chǎn)生界面反應(yīng)。如SiCf/Al，Bf/Al屬于此類。為此把這類界面稱之為準(zhǔn)Ⅰ類界面。準(zhǔn)I類界面出現(xiàn)準(zhǔn)Ⅰ類界面有兩種情況：②界面的穩(wěn)定性長(zhǎng)時(shí)間在使用高溫度下使用影響界面穩(wěn)定性的因素主要有物理因素和化學(xué)因素，即：

界面溶解與析出

界面反應(yīng)②界面的穩(wěn)定性長(zhǎng)時(shí)間在使用高溫度下使用影響界面穩(wěn)定性的因素主界面溶解與析出界面溶解與析出是影響MMC第Ⅱ類界面穩(wěn)定性的主要物理因素。典型例子是Cf/Ni和Wf/Ni復(fù)合材料。界面產(chǎn)生互溶后，受溫度和時(shí)間的影響，界面會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定。例如：Wf/Ni中，采用擴(kuò)散結(jié)合制備時(shí)，界面互溶并不嚴(yán)重，但隨著使用溫度的提高和使用時(shí)間的增長(zhǎng)，如在1100℃下經(jīng)過50h，Wf的直徑僅為原來50％，這樣就嚴(yán)重影響了Wf/Ni復(fù)合材料的使用性能和可靠性。界面溶解與析出界面溶解與析出是影響MMC第Ⅱ類界界面反應(yīng)界面反應(yīng)是影響具有第Ⅲ類界面的復(fù)合材料界面穩(wěn)定性的化學(xué)因素。增強(qiáng)材料與基體發(fā)生界面反應(yīng)時(shí)，當(dāng)形成大量脆性化合物，削弱界面的作用，界面在應(yīng)力作用下發(fā)生，引起增強(qiáng)材料的斷裂，從而影響復(fù)合材料性能的穩(wěn)定性。界面反應(yīng)的發(fā)生與增強(qiáng)材料和基體的性質(zhì)有關(guān)，與反應(yīng)的溫度、時(shí)間有關(guān)。金屬復(fù)合材料界面反應(yīng)分為：

連續(xù)界面反應(yīng)；

交換式界面反應(yīng)；暫穩(wěn)態(tài)界面變化。界面反應(yīng)界面反應(yīng)是影響具有第Ⅲ類界面的復(fù)合材料界

連續(xù)界面反應(yīng)MMC在制備過程中，或在熱處理過程，也可在高溫使用過程，增強(qiáng)材料與基體的界面反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。連續(xù)界面反應(yīng)可以發(fā)生在基體或增強(qiáng)材料一側(cè)，也可以在基體和增強(qiáng)材料界面上同時(shí)進(jìn)行。

影響MMC連續(xù)界面反應(yīng)的因素主要有溫度、時(shí)間。反應(yīng)的量會(huì)隨溫度的變化和時(shí)間的長(zhǎng)短發(fā)生變化。這類界面反應(yīng)的典型如Cf/Ni、Bf/Ti、Cf/Al以及SiCf/Ti等。連續(xù)界面反應(yīng)MMC在制備過程中，或在熱處理過程Bf/Ti-6Al-4V，經(jīng)850℃100h后界面反應(yīng)Bf/Ti-6Al-4V的連續(xù)界面反應(yīng)，一般是發(fā)生在Bf一側(cè)。Bf表面B原子通過界面層向Ti基體擴(kuò)散（在Bf內(nèi)部留下空洞），并與Ti反應(yīng)生成TiB2界面反應(yīng)產(chǎn)物。在一定溫度和時(shí)間條件下，界面反應(yīng)是連續(xù)進(jìn)行的。例1：Bf/Ti-6Al-4V連續(xù)界面反應(yīng)Bf/Ti-6Al-4V，經(jīng)850℃100h后界面反應(yīng)不同Cf/Al界面反應(yīng)a)反應(yīng)產(chǎn)物Al4C3量隨熱處理溫度的變化以及b)對(duì)復(fù)合材料強(qiáng)度的影響Cf/Al的連續(xù)界面反應(yīng)，根據(jù)微觀觀察界面反應(yīng)產(chǎn)物出現(xiàn)的位置，以及Cf表面變化情況，說明界面反應(yīng)是發(fā)生在Al基體一側(cè)。而且與溫度有明顯的關(guān)系。例2：Cf/Al連續(xù)界面反應(yīng)不同Cf/Al界面反應(yīng)a)反應(yīng)產(chǎn)物Al4C3量隨熱處理溫度例3：SiCf/Ti連續(xù)界面反應(yīng)SiCf/Ti連續(xù)界面反應(yīng)發(fā)生在增強(qiáng)材料與基體界面兩側(cè)。并且界面反應(yīng)產(chǎn)物也與Si、C和Ti的原子擴(kuò)散速度有關(guān)。SiCf/Ti連續(xù)界面反應(yīng)產(chǎn)物在界面上靠Ti基體一側(cè)為SimTin化物，中間是TiSiC化合物，而靠SiCf一側(cè)是TiC。SiCf/Ti-6Al-4V的界面不同位置俄歇電子能譜線掃描SiCfTi例3：SiCf/Ti連續(xù)界面反應(yīng)SiCf/Ti連續(xù)Bf/Ti-6Al-4V界面交換反應(yīng)示意圖

交換式界面反應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)材料含有兩種以上元素的金屬基體之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成反應(yīng)產(chǎn)物后，反應(yīng)產(chǎn)物還會(huì)與其他基體元素發(fā)生交換反應(yīng)，產(chǎn)生界面的不穩(wěn)定。例如硼纖維增強(qiáng)含鋁較高的鈦合金（Ti-8Al-1Mo-1V),在硼纖維和基體界面上會(huì)發(fā)生交換反應(yīng)。Ti(Al)＋B→(Ti,Al)B2(Ti,Al)B2＋Ti→TiB2＋Ti(Al)即界面先反應(yīng)生成(Ti,Al)B2界面反應(yīng)產(chǎn)物，該產(chǎn)物可能與Ti繼續(xù)進(jìn)行交換反應(yīng)生成TiB2和Ti(Al)。這樣，界面反應(yīng)物中的鋁又會(huì)重新聚集與基體合金一側(cè)。Bf/Ti-6Al-4V界面交換反應(yīng)示意圖交換式界面反應(yīng)SiCf/Al、B4Cp/Mg的暫穩(wěn)態(tài)界面暫穩(wěn)態(tài)界面的變化一般由于增強(qiáng)材料表面局部氧化造成。比如硼纖維增強(qiáng)鋁，由于硼纖維上吸附有氧，并生成BO2。由于鋁的活性強(qiáng)，可以還原BO2，生成Al2O3，這種界面結(jié)合稱為氧化結(jié)合；在長(zhǎng)期熱效應(yīng)作用下，BO2的氧化膜會(huì)發(fā)生球化，這種局部球化也會(huì)影響材料性能。這種暫穩(wěn)態(tài)界面屬于準(zhǔn)Ⅰ類界面。在B4Cp/Mg、SiCf或SiCw/Al中也同樣會(huì)出現(xiàn)這種暫穩(wěn)態(tài)界面的變化，往往要注意這種界面不穩(wěn)定性對(duì)MMC性能的影響。SiCf/Al、B4Cp/Mg的暫穩(wěn)態(tài)界面暫穩(wěn)態(tài)界面的變化③界面浸潤與界面反應(yīng)控制隨著人們對(duì)MMC界面顯著影響復(fù)合材料性能認(rèn)識(shí)的提高，改善增強(qiáng)材料和基體的潤濕性以及控制界面反應(yīng)的速率與反應(yīng)產(chǎn)物的數(shù)量，防止嚴(yán)重危害復(fù)合材料性能的界面或者界面層的產(chǎn)生，已成為MMC界面研究的重要內(nèi)容。目前主要有兩種方法：增強(qiáng)材料的表面處理，如表面涂覆基體合金化（或基體改性）③界面浸潤與界面反應(yīng)控制隨著人們對(duì)MMC界面顯著根據(jù)潤濕方程，要提高增強(qiáng)材料與基體熔體的潤濕性，主要是提高

sg，或降低

lg。通過增強(qiáng)材料的表面處理可以增加增強(qiáng)材料的表面能，是可行的。根據(jù)潤濕方程，要提高增強(qiáng)材料與基體熔體的潤濕性，

金屬基體與增強(qiáng)物之間潤濕性差，甚至不潤濕（如何保證增強(qiáng)體在基體中的均勻分布是又一難點(diǎn)）(a)液態(tài)鑄造法(b)固態(tài)粉末冶金法潤濕性差造成顆粒在晶粒邊界上的聚集金屬基體與增強(qiáng)物之間潤濕性差，甚至不潤濕增強(qiáng)材料的表面處理，是針對(duì)不同基體應(yīng)用合適的材料來進(jìn)行表面涂覆，表面涂層可以在增強(qiáng)材料與基體間起到以下作用：

改善濕潤性和粘著性；

防止相互擴(kuò)散、滲透和反應(yīng)（阻擋層）；

提高增強(qiáng)材料的抗氧化性

減輕增強(qiáng)材料與基體之間的熱應(yīng)力集中

防止增強(qiáng)材料的表面損傷。增強(qiáng)材料的表面處理，是針對(duì)不同基體應(yīng)用合適的材料例：采用CVD法在碳纖維涂覆Ti-B，用于Cf/Al基復(fù)合材料Cf/Al是一種適宜空間技術(shù)的結(jié)構(gòu)和功能復(fù)合材料。但是碳纖維和石墨纖維的表面能很低，一般在正常制備溫度下無法被Al液所潤濕，只有在1000℃高溫下才能改善其與Al的潤濕性。右圖為不同溫度下Al液與C（石墨）接觸角與溫度的關(guān)系曲線。鋁液與碳接觸角與溫度的關(guān)系例：采用CVD法在碳纖維涂覆Ti-B，用于Cf/Al基復(fù)合材二元鋁合金與涂Ti-B后與石墨的接觸角和時(shí)間的關(guān)系為提高碳和鋁的潤濕性并控制界面反應(yīng)，一般采用CVD法在碳纖維上涂覆Ti－B涂層或鍍Na層，取得了滿意的效果。二元鋁合金與涂Ti-B后石墨的接觸角和時(shí)間的關(guān)系，可以看出不同鋁基體上與石墨有良好的潤濕性。二元鋁合金與涂Ti-B后為提高碳和鋁的潤濕性并控表面處理后對(duì)在空氣中加熱后Bf強(qiáng)度的影響表面涂覆后，能顯著降低Bf與基體Ti的界面反應(yīng)產(chǎn)物，起到了控制Bf/Ti復(fù)合材料的作用。同時(shí)Bf表面涂層還提高了復(fù)合材料的高溫抗氧化性。例：在Bf表面涂覆SiC、B4C，主要用于Bf/Ti復(fù)合材料Bf表面處理后對(duì)硼纖維/鈦的界面反應(yīng)層厚度的影響表面處理后對(duì)在空氣中加熱后Bf強(qiáng)度的影響表面涂覆金屬基體改性（基體合金化）在某些金屬基復(fù)合材料體系中，采用基體合金中添加某些合金元素以改善增強(qiáng)材料和基體材料之間的浸潤條件或有效控制界面反應(yīng)的方法為金屬基改性。一般基體改性合金化元素應(yīng)考慮為與增強(qiáng)材料組成元素化學(xué)位相近的元素，這樣親和力大，容易發(fā)生潤濕，此外化學(xué)位是推動(dòng)反應(yīng)的位能，差別小，發(fā)生反應(yīng)的可能性小。金屬基體改性（基體合金化）在某些金屬基復(fù)合材料體系中，采用基硼纖維/鈦界面層開裂示意圖基體改性控制界面反應(yīng)硼纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料硼纖維和鈦的界面反應(yīng)強(qiáng)烈，界面反應(yīng)產(chǎn)物TiB2是脆性物質(zhì)，在達(dá)到一定厚度后，在遠(yuǎn)低于硼纖維斷裂應(yīng)變條件下，硼化物界面層斷裂，引起硼纖維的斷裂。硼纖維/鈦界面層開裂示意圖基體改性控制界面反應(yīng)硼纖維增強(qiáng)鈦界面反應(yīng)產(chǎn)物的厚度對(duì)Bf/Ti應(yīng)力－應(yīng)變曲線的影響界面反應(yīng)產(chǎn)物的厚度對(duì)Bf/Ti應(yīng)力－應(yīng)變曲線的影響硼纖維與不同成分鈦基體在760℃界面反應(yīng)對(duì)TiB2層厚度影響在760℃時(shí)，Ti合金與Bf的界面反應(yīng)生成的TiB2層厚(X)與時(shí)間(t)的關(guān)系如右圖所示。符合：基體改性方法就是在Ti合金中添加某些合金元素，以減少界面反應(yīng)的量，從而防止TiB2層過厚。在鈦中添加的合金元素有：Si、Sn、Cu、Ge、Al、Mo、V和Zr等。硼纖維與不同成分鈦基體在760℃在760℃時(shí)，T不同基體與Bf反應(yīng)速度常數(shù)計(jì)算這些合金與B的反應(yīng)速度常數(shù)K，得下表。（1）沒有影響。如硅和錫，仍舊保留鈦的單一活性；（2）使反應(yīng)速度稍有下降，下降量和添加量正比，有稀釋作用，如銅和鍺，實(shí)際上在界面起一定的阻擋作用；（3）反應(yīng)速度降低明顯，如鋁、鉬、釩和鋯。其中Al與Mo基本不與B反應(yīng)，而V，Zr可能先與B反應(yīng)，從而阻擋了Ti與B的反應(yīng)。這些合金元素按界面反應(yīng)速度常數(shù)K作用的大小分為三類：不同基體與Bf反應(yīng)速度常數(shù)計(jì)算這些合金與B的反應(yīng)速度常數(shù)K，從Ti基體合金化與Bf界面反應(yīng)控制，可以得出，要控制或減少液態(tài)基體與固態(tài)增強(qiáng)材料界面反應(yīng)，應(yīng)加入具有以下特性的合金元素：◆不與固態(tài)材料表面反應(yīng)，但對(duì)液態(tài)金屬基體合金起到稀釋作用；◆能降低液態(tài)金屬基體與增強(qiáng)材料的界面反應(yīng)速度常數(shù)K，或者說與增強(qiáng)材料表面進(jìn)行界面反應(yīng)的反應(yīng)活化能（E）低的合金元素，以優(yōu)先與固態(tài)材料表面發(fā)生界面反應(yīng)從而抑止基體金屬與增強(qiáng)材料的界面反應(yīng)。從Ti基體合金化與Bf界面反應(yīng)控制，可以得出，要復(fù)合材料-金屬基復(fù)合材料-課件例：Mg對(duì)Al2O3/Al界面濕潤性影響基體中的Mg可以與Al2O3纖維或顆粒反應(yīng)，在界面上形成類似尖晶石結(jié)構(gòu)的nMgO.mAl2O3。反應(yīng)如下：Mg＋Al2O3→MgO＋AlnMgO＋mAl2O3→nMgO

mAl2O3

而nMgO·mAl2O3可與Al和Al2O3纖維或顆粒類增強(qiáng)材料都形成結(jié)合性較強(qiáng)的界面。經(jīng)過試驗(yàn)，當(dāng)Al-Mg-Si(一種Al合金系)與Al2O3纖維或顆粒復(fù)合，如添加3～5％Mg到Al中，使液態(tài)鋁合金的表面能下降，如從0.95N

m-1，降至0.76N

m-1。因此，在鋁中加入一定量的鎂可以起到增加浸潤性和提高界面結(jié)合的效果。例：Mg對(duì)Al2O3/Al界面濕潤性影響基體中的例：Li對(duì)Al2O3/Al界面濕潤性影響在Al基體加入Li可以提高Al液與FP（Al2O3）纖維在真空下濕潤性，從而使FP纖維束在Al液中真空下浸漬獲得FP/Al2O3復(fù)合絲工藝成為可能。Al液中的Li與Al2O3形成LiAlO2。同樣這類化合物可與Al及Al2O3類增強(qiáng)材料形成結(jié)合性較強(qiáng)的界面。當(dāng)Al中添加2～3％的Li，在與Al2O3纖維或顆粒復(fù)合時(shí)，Li優(yōu)先與Al2O3纖維或顆粒的表面發(fā)生界面反應(yīng)：6Li+Al2O3→2Li2O＋2AlLi2O＋Al2O3→2LiAlO22LiAlO2與Al及Al2O3均有較好的結(jié)合。但Al中的Li量不應(yīng)超過3％，否則易造成Al2O3纖維的退化，影響復(fù)合材料的性能。例：Li對(duì)Al2O3/Al界面濕潤性影響在Al基由以上Al2O3/Al的用Mg、Li進(jìn)行基體改性改善界面濕潤性的事例，可以看出，在Al合金中進(jìn)行合金化，所添加的合金元素至少需要滿足兩個(gè)條件：

添加的合金元素的表面能應(yīng)低于Al液的表面能，即：添加的合金元素與氧反應(yīng)生成自由能應(yīng)小于Al與氧的反應(yīng)生成自由能，即：由以上Al2O3/Al的用Mg、Li進(jìn)行基體改性制備過程中需要考慮到的問題：

●增強(qiáng)物分布要均勻

●防止基體和增強(qiáng)物的性能降低？？

●避免發(fā)生各種不利的反應(yīng)？？

●成本問題（批量生產(chǎn)、加工余料）3、金屬基復(fù)合材料的制備制備過程中需要考慮到的問題：

●

增強(qiáng)物分布要均勻

●

防止基體和增強(qiáng)物的性能降低

●

避免發(fā)生各種不利的反應(yīng)

●

成本問題（批量生產(chǎn)、加工余料）動(dòng)輒可以耐1000多度高溫的各種纖維，為什么突然這么脆弱？？制備過程中需要考慮到的問題：3、金屬基復(fù)合材料的制備制備過程3、金屬基復(fù)合材料的制備滲碳體的熔點(diǎn)為1227度兩種高熔點(diǎn)的材料混合，會(huì)出現(xiàn)低熔點(diǎn)的液相。就算不出現(xiàn)液相，滲碳體中的C元素也可能擴(kuò)散到基體中，對(duì)基體和自身都是致命性的打擊。對(duì)基體而言，低碳鋼成了“中碳鋼”對(duì)滲碳體而言，不再是滲碳體。3、金屬基復(fù)合材料的制備滲碳體的熔點(diǎn)為1227度兩種高熔點(diǎn)的制備過程中的主要困難

●

控制各種反應(yīng)

●

提高浸潤性解決辦法：

●

增強(qiáng)物的表面處理●基體中加入合金元素阻礙擴(kuò)散、阻礙界面反應(yīng)改善浸潤性優(yōu)化界面結(jié)構(gòu)

制備過程中的主要困難解決辦法：3、金屬基復(fù)合材料的制備根據(jù)制備方法的特點(diǎn)，可以把金屬基復(fù)合材料制備工藝的主要方法分為四大類：

●

固態(tài)法（溫度較低）

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液態(tài)法

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自生成法3、金屬基復(fù)合材料的制備根據(jù)制備方法的特點(diǎn)，可以把金屬基復(fù)合■固態(tài)法粉末冶金優(yōu)點(diǎn)：基體金屬（合金）的成份可以自由選擇。難溶體系強(qiáng)化顆粒的種類、尺寸可以較自由地選擇強(qiáng)化顆粒添加量的范圍廣較容易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化顆粒的均勻分散。■固態(tài)法粉末冶金優(yōu)點(diǎn)：■固態(tài)法粉末冶金缺點(diǎn)：(1)工藝較復(fù)雜,成本高；(2)固化方法主要采用燒結(jié)、熱壓、擠壓等方法,制品的尺寸與形狀受限制（太大了壓不動(dòng)）■固態(tài)法粉末冶金缺點(diǎn)：■固態(tài)法熱壓固結(jié)法◆

纖維的排布

◆復(fù)合材料的疊合與真空封裝

◆熱壓擴(kuò)散結(jié)合■固態(tài)法熱壓固結(jié)法◆纖維的排布熱壓擴(kuò)散結(jié)合工藝的最關(guān)鍵步驟：熱壓時(shí)，基體金屬箔或薄板在壓力作用下，發(fā)生塑性形變，經(jīng)一定時(shí)間和溫度的作用擴(kuò)散而焊合在一起。形成金屬基復(fù)合材料，熱壓應(yīng)有壓力下限，如壓力不足，金屬的塑性變形無法達(dá)到與纖維的界面，會(huì)形成“魚眼”形空洞。熱壓擴(kuò)散結(jié)合工藝的最關(guān)鍵步驟：因壓力不足而造成擴(kuò)散結(jié)合不完全所形成的缺陷因壓力不足而造成擴(kuò)散結(jié)合不完全所形成的缺陷擴(kuò)散結(jié)合工藝優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：在連續(xù)纖維增強(qiáng)MMC中，是唯一能按復(fù)合材料鋪層要求排布的方法；增強(qiáng)纖維與基體的潤濕問題容易解決；可以通過控制熱壓工藝參數(shù)的方法來控制界面反應(yīng)。還可以采用熱軋和熱擠壓、拉拔的二次工藝進(jìn)行再加工，還可以采用超塑性加工方式進(jìn)行成型加工。缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，手工操作多；工藝參數(shù)控制要求嚴(yán)格；成本高。擴(kuò)散結(jié)合工藝優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：■固態(tài)法熱壓等靜壓法熱等靜壓：將制品放置到密閉的容器中，向制品施加各向同等的壓力，同時(shí)施以高溫,在高溫高壓的作用下，制品得以燒結(jié)和致密化?！龉虘B(tài)法熱壓等靜壓法熱等靜壓：將制品放置到密閉的容器中，向復(fù)合材料-金屬基復(fù)合材料-課件BodycoteIMTInc.公司的一臺(tái)大型QUINTUS?熱等靜壓機(jī),爐體熱區(qū)直徑1.68米BodycoteIMTInc.公司的一臺(tái)大型QUIN■固態(tài)法軋制法有一定的變形量，很容易開裂?！龉虘B(tài)法軋制法有一定的變形量，很容易開裂。■固態(tài)法1）由于擠壓時(shí)金屬流動(dòng)不均勻，容易造成擠壓管材沿長(zhǎng)度方向內(nèi)外層壁厚不均勻。2）當(dāng)內(nèi)外層坯料的變形抗力相差較大時(shí)，容易產(chǎn)生外形波浪、界面呈竹節(jié)狀甚至較硬層產(chǎn)生破斷的現(xiàn)象，因而金屬的組合受到很大限制。■固態(tài)法1）由于擠壓時(shí)金屬流動(dòng)不均勻，容易造成擠壓管材沿■液態(tài)法-----真空壓力浸漬在真空和高壓惰性氣體共同作用下，將液態(tài)金屬壓入增強(qiáng)材料中制成預(yù)制件，再制備金屬基復(fù)合材料制品。主要工藝參數(shù)包括:預(yù)熱溫度，熔體溫度，浸滲壓力（驅(qū)動(dòng)力），冷卻速度.金屬熔體溫度越高,流動(dòng)性越好,越容易填充到預(yù)制件中;預(yù)制件溫度越高,金屬熔體冷卻凝固慢,浸漬越充分.但是，二者溫度越高，界面反應(yīng)越嚴(yán)重，因此需要嚴(yán)格控制二者溫度?！鲆簯B(tài)法-----真空壓力浸漬在真空和高壓惰性氣體共同作用真空壓力浸滲技術(shù)的特點(diǎn):

1）適用面廣，可用于多種金屬基體和連續(xù)纖維、短纖維、晶須和顆粒等增強(qiáng)材料的復(fù)合，增強(qiáng)材料的形狀、尺寸、含量基本上不受限制。也可用來制造混雜復(fù)合材料。2）可直接制成復(fù)合零件，特別是形狀復(fù)雜的零件，基本上無需進(jìn)行后繼加工。3）浸漬在真空中進(jìn)行、壓力下凝固，無氣孔、疏松、縮孔等鑄造缺陷，組織致密，材料性能好。4）工藝簡(jiǎn)單、參數(shù)易于控制，可根據(jù)增強(qiáng)材料和基體金屬的物理化學(xué)特性，嚴(yán)格控制溫度、壓力等參數(shù)，避免嚴(yán)重界面反應(yīng)。5）真空壓力浸滲法的設(shè)備比較復(fù)雜，工藝周期長(zhǎng)、投資大，制造大尺寸的零件要求大型設(shè)備。真空壓力浸滲技術(shù)的特點(diǎn):1）適用面廣，可用于多種金屬基■液態(tài)法----共噴沉積法將基體金屬在坩堝中熔化后，在壓力作用下通過噴咀送入霧化器，在高速惰性氣體射流的作用下，液態(tài)金屬被分散為細(xì)小的液滴，形成所謂“霧化錐”；通過一個(gè)或多個(gè)噴嘴向“霧化錐”噴射入增強(qiáng)顆粒，使之與金屬霧化液滴一齊在基板（收集器）上沉積，并快速凝固形成顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料?！鲆簯B(tài)法----共噴沉積法將基體金屬在坩堝中熔化后，在壓力■液態(tài)法----共噴沉積法冷速可達(dá)103-106K/s，金屬晶粒及組織細(xì)化，消除了宏觀偏析增強(qiáng)材料與金屬液滴接觸時(shí)間短，很少或沒有界面反應(yīng)已采用噴射成形工藝成功制備：（1）鋁合金、銅合金、合金鋼、不銹鋼、高溫合金和復(fù)合材料；（2）圓錠、管材、板材、帶材、環(huán)形件等；（3）大尺寸、高性能的產(chǎn)品■液態(tài)法----共噴沉積法冷速可達(dá)103-106K/s噴射成形技術(shù)制備圓錠噴射成形技術(shù)制備圓錠

Al-Si合金二元相圖Al-Si合金二元相圖過共晶Al-Si合金噴射成形普通鑄造：先析出大片的Si過共晶Al-Si合金噴射成形普通鑄造：先析出大片的Si■液態(tài)法----擠壓鑄造法壓力作用下，將液態(tài)或者半液態(tài)金屬基復(fù)合材料或金屬以一定速度充填壓鑄模型腔或者增強(qiáng)材料預(yù)制體的孔隙中。金屬融體倒入

迅速加壓（70-100MPa）

凝固

頂出■液態(tài)法----擠壓鑄造法壓力作用下，將液態(tài)或者半液態(tài)金屬帶增強(qiáng)材料預(yù)制體的壓鑄法模鑄（diecasting）與典型工藝的差別在于：在預(yù)熱模具中有預(yù)先制備好的增強(qiáng)材料（長(zhǎng)、短纖維，顆?；蛘呔ы殻╊A(yù)制件。將熔融金屬注入模具并在壓力下使之滲入預(yù)制件的間隙，在高壓下迅速凝固。帶增強(qiáng)材料預(yù)制體的壓鑄法模鑄（diecasting）“擠壓鑄造”也稱“液態(tài)模鍛”，是一種介于鑄造與鍛造之間的優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能的工藝方法。它既能達(dá)到同種合金鍛件的內(nèi)部組織和力學(xué)性能，又能實(shí)現(xiàn)高效率的大批量生產(chǎn)。與普通壓鑄件相比，可較大程度地提高力學(xué)及使用性能；與普通鍛件相比，又可節(jié)約能源“擠壓鑄造”也稱“液態(tài)模鍛”，是一種介于鑄造與鍛造之間的優(yōu)質(zhì)■液態(tài)法----攪拌鑄造法工藝簡(jiǎn)單，制造成本低廉?；驹硎菍㈩w粒直接加入到基體金屬熔體中，通過一定方式的攪拌使顆粒均勻地分散在金屬熔體中，然后澆鑄成錠坯、鑄件等?！鲆簯B(tài)法----攪拌鑄造法工藝簡(jiǎn)單，制造成本低廉。■液態(tài)法----攪拌鑄造法關(guān)鍵技術(shù)：為了提高增強(qiáng)效果要求加入尺寸細(xì)小的顆粒，不易進(jìn)入和均勻分散在金屬熔體中，易產(chǎn)生團(tuán)聚強(qiáng)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