材料制備方法

材料制備方法固態(tài)擴(kuò)散法這是制造連續(xù)纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的傳統(tǒng)方法。該方法主要有二步，第一步是先把纖維或經(jīng)過(guò)預(yù)浸處理因而包覆有鋁的復(fù)合絲與基體合金的箔片細(xì)絲有規(guī)則地排列和堆疊起來(lái)。第二步是通過(guò)加熱加壓使他們緊密地?cái)U(kuò)散結(jié)合成為整體。為了防止鋁合金在加熱加壓過(guò)程中氧化，熱壓必須在真空或保護(hù)氣氛下進(jìn)行。方法工藝復(fù)雜，纖維的排列堆疊要很精細(xì)而繁重的手工操作，熱壓過(guò)程又要求很?chē)?yán)格的工藝參數(shù)控制和環(huán)境條件。所以用這方法進(jìn)行生產(chǎn)，難度較大，成本很高，有很大的局限性。粉末冶金法該工藝過(guò)程是先將增強(qiáng)物(通常是SiC、A12O3等材質(zhì)的顆粒、晶須或短纖維)和激冷微晶鋁合金粉用機(jī)械手段均勻混合，進(jìn)行冷壓實(shí)，然后加熱去氣、在液相線與固相線之間進(jìn)行真空燒結(jié)，就得到了復(fù)合材料坯料，再將坯料進(jìn)行熱擠壓等熱壓力加工就可制成所需要的零件。或者取消對(duì)混合粉料的熱壓，把混合粉料密封于鋁包套內(nèi)，直接進(jìn)行熱擠壓，也可成功地制造出致密的鋁基復(fù)合材料。用粉末冶金法制成的鋁基復(fù)合材料機(jī)械性能比較高；可使基體晶粒充分細(xì)微化(平均粒徑達(dá)40-50pm)，提高基體性能；可根據(jù)材料的性能要求任意調(diào)整增強(qiáng)物的加入量。但該工藝比較復(fù)雜，受溫度、壓力及二次加工工藝和設(shè)備的限制，不宜做過(guò)大和形狀復(fù)雜的零件，制備成本較高而且必須在密封、真空或保護(hù)氣氛下進(jìn)行，設(shè)備及生產(chǎn)成本較高，所以還只能用于航空航天和軍事用途，不能在民用工業(yè)推廣應(yīng)用。預(yù)制件浸滲法該工藝是預(yù)先把增強(qiáng)物用適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑粘結(jié)，做成預(yù)制件，放入壓型，澆入鋁熔液后立即加壓，使鋁液滲入預(yù)制件的間隙。其特點(diǎn)是可以排除潤(rùn)濕性、反應(yīng)性、比重差等因素的影響。但本方法不適用于顆粒增強(qiáng)的材料，因體積組份調(diào)整等問(wèn)題不好解決。攪拌法在用攪棒高速攪動(dòng)的鋁熔液中逐漸加入顆粒等增強(qiáng)物，待增強(qiáng)物得到潤(rùn)濕、分散均勻后，澆入金屬型，用擠壓鑄造等方法加壓成型。其工藝和所需設(shè)備都很簡(jiǎn)單，不論顆粒還是晶須、短纖維都可得到分散，制得各種不同體積組份的鋁基復(fù)合材料。但本方法在攪拌過(guò)程中不可避免有氣體和夾雜物卷入，偏析和“結(jié)團(tuán)”現(xiàn)象亦難以完全避免。把整個(gè)復(fù)合材料的制造過(guò)程自始至終都在真空環(huán)境下進(jìn)行，把攪棒葉片改成用多級(jí)傾斜葉片組成的攪棒，并把轉(zhuǎn)速提高到2500轉(zhuǎn)/分。消除了復(fù)合材料中的氣體、夾雜和顆粒結(jié)團(tuán)、分布不勻等缺陷，質(zhì)量和性能都得到明顯提高。半固態(tài)復(fù)合鑄造法半固態(tài)復(fù)合鑄造法就是將金屬液溫度控制在液相線和固相線之間進(jìn)行攪拌，這時(shí)熔液含有一定組份的固相粒子，增強(qiáng)物加進(jìn)去，即使?jié)櫇癫缓?，由于固相粒子的阻擋和滯留，增?qiáng)物也不會(huì)結(jié)集和偏聚，仍能得到較好的分散。1974年美國(guó)的Mehrabian等人首次發(fā)表了半固態(tài)復(fù)合鑄造法的研究，之后人們又對(duì)它做了多方面的試驗(yàn)探索。研究證明，對(duì)任何增強(qiáng)顆粒，半固態(tài)都比全液態(tài)分散得好，可以說(shuō)用半固態(tài)復(fù)合鑄造法比用攪拌法更容易得到分散均勻的顆粒復(fù)合材料。但此法不適用于以晶須或短纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料，因?yàn)樗鼈冇薪Y(jié)團(tuán)和纏結(jié)傾向，很難在半固態(tài)漿液中分散。中間合金法把顆粒等增強(qiáng)物和基體合金粉末以一定比例混合，壓制成中間合金塊，投入基體合金溶液，很快金屬粉末熔化，中間合金塊崩散，增強(qiáng)物乃進(jìn)入熔液，此時(shí)稍加攪拌，它就均勻分散，澆鑄凝固后就獲得復(fù)合材料鑄件(或鑄錠)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，但常有中間合金塊壓入后長(zhǎng)期不崩散的問(wèn)題。復(fù)合材料就是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。在復(fù)合材料中，通常有一相為連續(xù)相，稱(chēng)為基體；另一相為分散相，稱(chēng)為增強(qiáng)體。分散相分布在整個(gè)連續(xù)相中。兩相之間存在著相界面。分散相可以是纖維狀、顆粒狀或是彌散的填料。復(fù)合材料中各個(gè)組分雖然保持其相對(duì)獨(dú)立性，但復(fù)合材料的性質(zhì)不是各個(gè)組分性能的簡(jiǎn)單疊加，而是在保持各個(gè)組分材料某些特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，具有組分間協(xié)同作用所產(chǎn)生的綜合性能。當(dāng)前存在的主要問(wèn)題在于：（1）納米微粒容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象；納米級(jí)SiC的比表面積很大，表面很容易吸附氣體，在壓制過(guò)程中形成氣孔，燒結(jié)時(shí)會(huì)形成空洞，影響材料的致密度；同時(shí)納米SiCp/Al復(fù)合材料在燒結(jié)過(guò)程中物質(zhì)遷移的滑移阻力特別大易造成材料致密化速率非常慢；（2）納米SiCp表面活性很高，高溫下極易與Al發(fā)子形成四面體(16個(gè))。每個(gè)鎂原子有4個(gè)近鄰鎂原子和12個(gè)近鄰銅原子；每個(gè)銅原子有6個(gè)近鄰的銅原子和6個(gè)近鄰的鎂原子。②MgZn2型屬六方晶系，A原子形成硫鋅礦結(jié)構(gòu),B原子形成四面體。每個(gè)A原子有4個(gè)近鄰A原子；12個(gè)近鄰B原子。每個(gè)B原子有6個(gè)近鄰B原子和6