第八章 金屬基復合材料(MMC)制備工藝8.3

    8.3 金屬基復合材料(MMC)制備方法
    8.3.1粉末冶金法(非連續增強相金屬基復合材料制備工藝)
    粉末冶金法也是一種制備非連續增強相金屬基復合材料常采用的工藝。其優點如下:
    1)與液相法相比,制備溫度低,界面反應可控;
    2)可根據要求設計復合材料的性能;
    3)利于增強相與金屬基體的均勻混合。
    4)其組織致密、細化、均勻、內部缺陷明顯改善;
    5)利于凈成型或近凈成型,二次加工性能好。但工藝流程較長,成本較高是這種工藝的缺點。


    8.3.2固態法(連續增強相金屬基復合材料制備工藝)
   (1)真空熱壓擴散結合


   (2)熱等靜壓(HIP)
     熱等靜壓制備金屬基復合材料管材示意圖 


   (3)模壓成型
    模壓成型也是擴散結合的一種手段。將纖維/基體預制體放置在具有一定形狀的模具中進行擴散結合,終得到一定形狀的終制品。常用這種工藝制備各種型材。

  
    8.3.3液態法(非連續增強相金屬基復合材料制備工藝)[-page-] 
   (1)壓鑄法
    在壓力的作用下,將液態或半液態金屬以一定速度充填壓鑄模型腔或增強材料預制體的空隙中,在壓力下快速凝固成型。
   (2)半固態復合鑄造
    將顆粒加入半固態的金屬熔體中,通過攪拌使顆粒在基體中分布均勻,并取得良好的界面結合,然后將半固態復合材料注入模具進行壓鑄成型。
    (3)噴射成型法 
    噴射沉積工藝是一種80年代逐漸成熟的將粉末冶金工藝中混合與凝固兩個過程相結合的新工藝。
    該工藝過程是將基體金屬在坩堝中熔煉后,在壓力作用下通過噴嘴送入霧化器,在高速惰性氣體射流的作用下,液態金屬被分散為細小的液滴,形成“霧化錐”;同時通過一個或多個噴嘴向“霧化錐”噴射入增強顆粒,使之與金屬霧化液滴一齊在一基板(收集器)上沉積并快速凝固形成顆粒增強金屬基復合材料。


                     噴射成型法示意圖 

   (4)無壓浸滲法
    美國Lanxide公司開發的一種新工藝。
    將增強材料制成預制體,放置于由氧化鋁制成的容器中。再將基體金屬坯料置于增強材料預制體上部 。然后一齊均裝入可通入流氮氣的加熱爐中。通過加熱,基體金屬熔化,并自發浸滲入網絡狀增強材料預制體中。


    無壓浸滲法制備Al2O3(f)/Al復合材料工藝原理示意圖
    8.3.4 原位(In situ)生長(復合)法
    增強相從基體中直接生成,生成相的熱力學穩定性好,不存在基體與增強相之間的認識潤濕和界面反應等問題,基體與增強相結合良好,較好的解決了界面相容性問題。


   (1)共晶合金定向凝固 :共晶合金定向凝固要求合金成分為共晶或接近共晶成分,開始為二元合金,后發展為三元單變共晶,以及有包晶或偏晶反應的兩相結合。定向凝固時,參與共晶反應的а和в相同時從液相中生成,其中一相以棒狀(纖維狀)或層片狀規則排列生成(上圖)。


   (2)反應生長法(XD TM)
    該工藝可生成顆粒、晶須或共同增強的金屬和金屬間化合物基復合材料。根據所選擇的原位生長的增強相的類別或形態,選擇基體和增強相生成所需的原材料,如一定粒度的金屬粉末、硼或碳粉,按一定比例混合制成預制體,并加熱到熔化或自蔓延燃燒(SHS)反應發生的溫度時,預制體的組成元素進行放熱反應,以生成在基體中彌散的
微觀增強顆粒、晶須和片晶等

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    反應生長法(XD TM)工藝原理示意圖