金属基纳米复合材料制备工艺.doc

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1、金属基纳米复合材料制备工艺材料研1203石南起Z1205020金属基纳米复合材料是以金屈及合金为基体，以高性能的第二相为增强体，与一种或几种金属或非金属纳米级增强体结合的复合材料，因兼有金属和纳米相而具有独特的结构特征和物理、化学及力学性能，成为一种新兴的纳米复合材料和新型金属功能材料。1.金属基纳米复合材料的种类和基本性能（1）相对于传统的金属材料来说，具有较高的比强度与比刚度；（2）与聚合物基复合材料相比，它又具有优良的导电性与咐热性；（3）与陶瓷基材料相比，它又具有高韧性和高冲击性能。2.金属基纳米复合材料的种类金属基复合

2、材料是以金属为基体，以高强度的第二相为增强体而制得的复合材料。因此,对这种材料的分类既可按基体来进行、也可按增强体来进行。按增强体类型分为：1•颗粒增强复合材料；2.层状复合材料；3.纤维增强复合材料。按基体类型分为：1•铝基复合材料；2•線基复合材料;3.钛基复合材料;4.镁基复合材料。按用途分为：1.结构复合材料；2.功能复合材料。金属基复合材料的性能取决于所选用金属或合金基体和增强物的特性、含最、分布等。综合归纳金属基复合材料有以下性能特点。A.高比强度、比模量B.良好的导热、导电性能C.热膨胀系数小、尺寸稳定性好D.良好

3、的高温性能和耐磨性E.良好的断裂韧性和抗疲劳性能F.不吸潮、不老化、气密性好4.金属基纳米复合材料制备工艺的分类：（1）固态法:粉末冶金法、真空热压扩散结合、热等静压、超塑性成型/扩散结合、模压。（2）液态法：液态浸渗、真空压铸、反压铸造、半固态铸造。（3）喷射成型法：等离了喷涂成型、喷射成型。（4）原位生长法。制备金属基纳米复合材料的具体方法有机械合金化法、熔融纺丝法、粉末冶金法、机械诱发白蔓延高温合成反应法、真空蒸发惰性气体凝聚及真空原位加压法等。A.机械合金化法将按合金粉末金属元素配比配制的试料放入立滚、行星或转了高能球磨

4、机中进行高能球磨，制得纳米晶的预合金混合粉末，为防上粉末氧化，球磨过稈屮采用悄性气体保护；球磨制得的纳米品混合粉经烧结致密化形成金属基纳米复合材料。在球燃过程屮，大量的碰撞现象发生在球粉末与磨球Z间，被捕获的粉末在碰撞作用下发生严重的槊性变形，使粉末反复的焊合和断裂。经过“微型锻造”作川，元素粉末混合均匀，晶粒尺度达到纳米级，层状结构达到lum下，比表面积大大增加。由于增加了反应的接触面积，缩短了扩散距离，元素粉末间能充分进行扩散，扩散速率对反应动力的限制减小，而且晶粒产生高密度缺陷，储备了大量的畸变能，使反应驱动力大大增加。B

5、.高能球磨法20世纪60年代末，美国首先川高能球磨法制备出氧化物弥散强化合金，高能球磨法是利用球磨机的转动或振动，使研磨介质对原料进行强烈的撞击研磨和搅拌，其粉碎为纳米级微粒的方法。采用高能球磨法，适当控制球磨条件可以制备出纯元素合金或纳米复合粉末，如再采用热挤压热等静压等技术加压可制成备种块体纳米材料制品。具有成木低，产最高，工艺简单易行等特点，并能制备出常规方法难以获得的高熔点金属或合金的纳米微粒及纳米复合材料。缺点是能耗大，粒度不够细，粒径分布宽，杂质易混入等，较适合于金属及合金材料。目前，运用高能球磨法已成功地制备出各种

6、金属一金属纳米复合材料，金属一陶瓷纳米复合材料及陶瓷一陶瓷纳米复合材料。A.原位复合技术原位复合技术作为一种突破性新的复合技术而受到国内外学者的普遍重视。近年来已开发出许多纳米原位复合体系及其相关制备技术，有些已得到实际应用，如利用液-固，固-固Z间的化学反应原位生成金属基复合材料的反应机械合金化复合技术，反应热压法和内氧化工艺。原位复合的原理是:根据材料设计的要求选择适当的反应剂，在适当的温度下借助于基材Zikl的物理化学反应，原位生成分布均匀的第二相。rti于原位复合技术基木上能克服其他T艺，通常出现的一系列问题，如克服基体

7、与第二相或与增强体浸润不良，界面反应产生脆性层，第二相或增强相分布不均匀，特别是微小的第二相或增强相难以进行复合问题等，而因而在开发新型金属基纳米复合材料方具有巨大的潜力。B.大舉性变形法大犁性变形法是近年来逐步发展起来的一种独特的超微粒了纳米金属及其合金材料制备工艺。它是指材料处于较低的温度，在大的外部压力作用下发生严重舉性变形，从而将材料的晶粒尺寸细化到亚微米或纳米量级。spd法细化晶粒的原因在于这种工艺能大大促进大角度晶界的形成。SPD细化法有两种，分别是大扭转舉性应变法和等槽角压法。SPOT.艺与其他的纳米材料制备技术如

8、恰性气体凝聚法，快速凝固法及高能球燃法等相比较肓最突出的优点在于粉末压实的同时晶粒显:著细化。为育接从微米量级金属粉末得到块体金属基纳米复合材料提供了可能性。利用SPD工艺可以制备出无残留空洞和杂质且粒度可控性好的块体金属基纳米复合材料。C.快速凝固工艺快速凝固