金屬基復合材料制備自生復合技術

1、金屬基復合材料自生復合制備技術綜述摘要： 摘要：簡述了金屬基復合材料的定義，分類，性能及應用領域。概述金屬基復合材料制備過程的主要要求，及其制備過程中的難點。對金屬基復合材料制備的自生復合技術概念及優(yōu)點進行了闡述，介紹了目前典型的自生復合技術。最后，對金屬基復合材料自生復合技術的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進行了展望。關鍵詞： 關鍵詞：金屬基復合材料；自生復合技術1 引言 引言復合材料是由兩種或兩種以上材料通過先進的材料制備技術組合而成的性能優(yōu)異

2、的新材料。在復合材料種又將其組分稱為基體和增強體，通常將其中連續(xù)分布的組分稱為基體，將纖維、顆粒、晶須等稱為增強物。金屬基復合材料（metal matrix composites，簡稱 MMCs）[4]是以金屬及合金為基體的復合材料，主要有以高性能增強纖維、晶須、顆粒進行增強。金屬基復合材料既保持了金屬本身的特性，又具有復合材料的綜合特性。通過不同基體和增強物的優(yōu)化組合，可獲得各種特殊性能和優(yōu)異的綜合性能。 1.1 1.1 分類 分類金

3、屬基復合材料的分類可按:（1）基體材料類型分類。有鋁基、鎂基、鋅基、銅基、鉛基、鎳基、耐熱金屬基、金屬間化合物基等復合材料。 （2）按增強材料類型分類。分為連續(xù)纖維增強金屬基復合材料；非連續(xù)增強金屬及復合材料（包括顆粒、短纖維、晶須增強金屬基復合材料；自生增強金屬基復合材料（包括反應自生和定向自生、大變形） ；層板金屬基復合材料。 （3）按用途分 類。分為結構復合材料和功能復合材料。結構復合材料以高比強度、高比模 量、尺寸穩(wěn)定、耐熱性等

4、為主要性能特點。用于制造各種航天、航空、汽車、先進武器系統(tǒng)等高性能結構件。功能復合材料以高導熱、導電性、低膨脹、高 阻尼、高耐磨性等物理性能的優(yōu)化組合為主要特性，用于電子、儀器、汽車等工業(yè)。 1.2 1.2 特點 特點金屬基復合材料具有如下特點：（1）高比強度、比模量；（2）導熱、導 電性好；（3）熱膨脹系數小,尺寸穩(wěn)定性好；（4）良好的高溫性能；（5）耐磨性好；（6）疲勞性能和斷裂韌性良好；（7)不吸潮、不老化、氣密性好； （8）二次

5、加工性能較好。這一系列優(yōu)異的綜合性能使金屬基復合材料在航天、航空、電子、汽車、先進武器系統(tǒng)中均具有廣泛的應用前景。 1.3 1.3 制備要求及難點 制備要求及難點在金屬基材料制備過程中，有如下幾點基本要求：（1）增強材料以設計的體積分數和排列方式分布于金屬基體中，滿足復合材料結構和強度設計要求； （2）不得使增強材料和金屬基體原有性能下降；（3）避免增強材料與金屬基 復合材料之間發(fā)生不利于性能的化學反應。 （4）設備投資少，工藝簡單易行

6、；（5）盡量制造出接近最終產品的形狀，尺寸和結構，減少后續(xù)加工工藝。定向凝固技術制備共晶自生復合材料是在共晶合金單向凝固時, 通過控制 固液界面前沿液相-測得溫度梯度、固液界面的推進速度以及合金成分, 使固液界面以平界面形式推進，使兩相均勻相間，定向整齊地排列。當某一相按凝固 方向長成細長的晶須時，獲得自生復合材料[2]。這種在高溫近平衡狀態(tài)下制造出來的自生復合材料，與其他金屬基人工復合材料相比有以下優(yōu)點：（1）第二相是在凝固過程中結晶

7、析出的，故兩相在界面處結合牢固，界面強度高，利于應力傳遞。同時還避免了人工復合時的潤濕、化學反應或相容性等問題。（2）由于兩相是在高溫接近熱力學平衡條件下緩慢生長而成，同時兩相界面處于低界面能狀態(tài)，因此有良好的熱穩(wěn)定性。而人工復合材料由于基體金屬和纖維間化學性質的差異，具有高的界面能，在高溫下易發(fā)生界面反應使性能 變差。（3）纖維分布均勻，沒有人工復合時纖維難以均勻分布和易受損傷等問題。定向凝固的重要工藝參數有二，一是凝固過程中固/液界

8、面前沿液相中的溫度梯度 G，另一是固/液界面向前推進速度，即晶體凝固速率 R。G/R 是控制晶體長大形態(tài)的主要判據，應使G/R≥m（C-CE)/D≈ΔT/D式中 m——液相線斜率；C-CE——對共晶成分 CE 的偏差；D——液相中溶質原子的擴散系數；ΔT——固、液共存的溫度范圍。上式雖然是針對二元共晶合金的，但對所有共晶合金均具有普遍意義。如果凝固速率太小，則生產效率太低，因此要設計溫度梯度 G 大的定向凝固裝置。定向凝固的方法較多，主