金属基复合材料的研究现状.ppt

金属基复合材料的研究现状与发展金属基复合材料制造技术对制造技术的要求金属基复合材料制造的难点及解决途径在纤维增强金属基复合材料中适当的界面结合强度是材料具有最高性能的保证，此时界面既能有效地传递载荷，又能有效地阻止裂纹的扩展，充分发挥纤维的作用。
过强的界面结合可能使材料发生早期的低应力破坏，反应产物呈脆性，在应力作用下往往首先断裂，成为裂纹源，引起复合材料的整体破坏。
有些反应产物本身不稳定，容易分解造成界面分离。如Al4C3，与水接触时发生水解生成甲烷，严重时使复合材料解体。因此必须尽量控制界面脆性相的生成。

2.金属基体与增强材料之间浸润性差。增强材料与基体之间应具有很好的润湿性（即接触角小于90°），基体才能均匀覆盖于增强材料表面和渗入到增强材料的间隙之间，因此，这是得到性能良好的复合材料的前提。
绝大多数有前景的金属基复合材料体系中，如碳-铝、碳-镁、碳化硅-铝、氧化铝-镁等，基体与增强材料之间的浸润性都很差，必须采取技术措施加以改善。金属基复合材料制造方法的分类Si3N4网络结构陶瓷骨架及其复合材料SEM形貌是液态金属搅拌铸造法。该法是一种适合于工业规模生产颗粒增强金属基复合材料的主要方法，工艺过程简单，生产效率高，制造成本低廉，适于多种基体和颗粒。基本原理是将颗粒直接加入到基体金属熔体中，通过一定方式的搅拌使颗粒均匀地分散在金属熔体中并与之复合，然后浇注成锭坯铸件。
该法制造颗粒增强金属基复合材料存在的主要困难：（1）为了提高增强效果要求加入尺寸细小的颗粒，目前一般在10~30μm之间，陶瓷颗粒与金属熔体的润湿性差，不易进入和均匀分散在金属熔体中，易产生团聚；（2）强烈地搅拌易造成金属熔体的氧化和大量吸入空气。
因此必须采取有效的措施来改善金属熔体对颗粒的润湿性，防止金属的氧化和吸气。
SiC颗粒增强镁基复合材料SiC颗粒在铝基体中的分布SiC晶须在铝基体中的分布（b）PRLMEXTM法
在此工艺中，同时发生两个过程：（1）液态金属在环境气氛的作用下向陶瓷预制件中的渗透；（2）液态金属与周围气体的反应而生成新的增强粒子，例如，将含有3%~10%Mg的Al锭和Al2O3陶瓷预制件一起放入（N2+Ar）混合气氛炉中，加热到900℃以上并保温一段时间后，上述两个过程同时发生，冷却后即获得了原位形成的AlN粒子与预制件中原有的Al2O3粒子复合增强的Al基复合材料。
目前，利用Lanxide法主要用于制备Al基复合材料或陶瓷基复合材料，其制品已在汽车、燃气涡轮机和热交换机上得到一定的应用。
挤压反应铸造法
该工艺将合金液挤压渗透到预制件中，使合金液中的合金元素在高温作用下与预制件中的某一组元发生化学反应，产生新的增强相，从而达强化基体的目的。在此工艺中，由于增强相的形成与液态金属的挤压成形同时进行，因此，材料组织致密，生产效率高，但材料中增强相的数量和种类由于工艺条件而受到了很大的限制。
液-液反应法
该工艺由美国Sutek公司发明。它是将含有某一反应元素（如Ti）的合金液与含有另一反应元素（如B）的合金液同时注入一个具有高速搅拌装置的保温反应池中，混合时，两种合金液中的反应组分充分接触，并反应析出稳定的增强相（如TiB2），随后，将混
合金属液浇铸成形或快速喷射沉积，即可获得所需的复合材料。A.K.Lee等人利用该方法制备了具有良好的热稳定性和导电性能的原位TiB2/Cu复合材料，并在电力元件中应用。目前用SHS法已制备了300多种材料，包括复合材料、电子材料、陶瓷、金属间化合物、超导材料等。在金属基复合材料方面，已制备了原位生长的TiC,TiB2,Al2O3和SiC等粒子增强的Al,Cu,Ni和Ti等复合材料以及金属表面陶瓷涂层复合材料。尽管这种方法有许多优点，但一个明显的不足在于所制备的材料多为疏松开裂状态。因此，SHS—致密一体化是该工艺的一个发展方向。常与SHS技术相配合的致密化工艺过程有反应烧结、热挤压、熔铸和离心铸造等，其中SHS—熔铸法和SHS—热压反应烧结工艺是目前用SHS法制备致密材料的热点研究内容。
b.XDTM法
该工艺由美国MartinMarietta实验室发明。它是将两个固态的反应元素粉末和金属基体粉末混合均匀并压实除气后，将压坯快速加热到金属基体熔点以上的温度，在金属熔体的介质中，两固态反应元素相互扩散、接触并不断反应析出稳定的增强相，然后再将熔体进行铸造、挤压成形。另外，也可以用XDTM法先制备出增强体含量很高的母体复合材料，然后在重熔的同时，加入适量的基体金属进行稀释。铸造成形后即得所需增强体含量的MMC。
利用XDTM，已制备了TiC/Al,TiB/Al，TiB2/Al-Li等复合材料。
混合盐反应法
该工艺是英国LondonScandinarlanMetallurgical公司（L