第4章 金属基复合材料的制造技术.ppt

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1、第4章金属基复合材料的制造技术2021/7/2714.1概述金属基复合材料制造技术是影响金属基复合材料迅速发展和广泛应用的关键问题。金属基复合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决于金属基复合材料的的制造方法和工艺。金属基复合材料的制造相对比较复杂和困难:金属熔点较高，需要在高温下操作；同时不少金属对增强体表面润湿性很差，甚至不润湿，加上金属在高温下很活泼，易与多种增强体发生反应。目前虽然已经研制出不少制造方法和工艺，但仍存在一系列问题。因此,研究发展有效的金属基复合材料制造方法一直是金属基复合材料研究中最重要的问题之一。本章将涉及不同金属基复合材料的制造方法、原理及特点

2、等。2021/7/272固态法是在基体金属处于固态情况下，与增强材料混合组成新的复合材料的方法。其中包括粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法、挤压和拉拔法、爆炸焊接法等。液态法是在基体金属处于熔融状态下，与增强材料混合组成新的复合材料的方法。其中包括：真空压力浸渍法。挤压铸造法、搅拌铸造法、液态金属浸渍法、共喷沉积法、热喷涂法等。新型制造方法包括：原位自生成法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、化学镀和电镀法及复合镀法等。4.1.1金属基复合材料制造方法的类型固态制造技术液态制造技术新型制造技术2021/7/2734.1.2制造技术应具备的条件(1)使增强材料均匀地分布金属

3、基体中，满足复合材料结构和强度要求;(2)能使复合材料界面效应、混杂效应或复合效应充分发挥;(3)能够充分发挥增强材料对基休金属的增强、增韧效果;(4)设备投资少，工艺简单易行，可操作性强；便于实现批量或规模生产;(5)能制造出接近最终产品的形状，尺寸和结构，减少或避免后加工工序.2021/7/2744.1.3金属基复合材料制造的关键性技术由于金属所固有的物理和化学特性，其加工性能不如树脂好，在制造金属基复合材料中还需解决一些关键技术，其中主要表现于：加工温度高，在高温下易发生不利的化学反应;增强材料与基体浸润性差;增强材料在基体中的分布。2021/7/275在加工过程中，

4、为了确保基体的浸润性和流动性，需要采用很高的加工温度（往往接近或高于基体的熔点）。在高温下，基体与增强材料易发生界面反应，有时会发生氧化生成有害的反应产物。这些反应往往会对增强材料造成损害，形成过强结合界面。过强结合界面会使材料产生早期低应力破坏。高温下反应产物通常呈脆性，会成为复合材料整体破坏的裂纹源。因此控制复合材料的加工温度是一项关键技术。解决的方法是：①尽量缩短高温加工时间，使增强材料与基体界面反应时间降低至最低程度；②通过提高工作压力使增强材料与基体浸润速度加快；③采用扩散粘接法可有效地控制温度并缩短时间。2021/7/276增强材料与基体浸润性差是金属基复合材料

5、制造的又一关键技术，绝大多数的金属基复合材料如：碳/铝、碳/镁、碳化硅/铝、氧化铝/铜等，基体对增强材料浸润性差，有时根本不发生润湿现象。解决的方法是：①加入合金元素，优化基体组分，改善基体对增强材料的浸润性，常用的合金元素有：钛、锆，铌、铈等；②对增强材料进行表面处理，涂敷一层可抑制界面反应的涂层，可有效改善其浸润性，表面涂层涂覆方法较多，如化学气相沉积，物理气相沉积，溶胶－凝胶和电镀或化学镀等。2021/7/277按结构设计需求，使增强材料按所需方向均匀地分布于基体中也是金属基复合材料制造中的关键技术之一。增强材料的种类较多，如短纤维、晶须、颗粒等，也有直径较粗的单丝，

6、直径较细的纤维束等。在尺寸形态、理化性能上也有很大差异，使其均匀地、或按设计强度的需要分布比较困难。解决的方法是：①对增强体进行适当的表面处理，使其浸渍基体速度加快；②加入适当的合金元素改善基体的分散性；③施加适当的压力，使其分散性增大。④施加外场(磁场,超声场等)2021/7/2784.2固态制造技术固态制造技术主要包括：粉末冶金热压热等静压热轧热挤压热拉爆炸焊接2021/7/279粉末冶金是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶

7、金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。2021/7/2710粉末冶金工艺的基本工序是：1、原料粉末的制备。现有的制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法。而机械法可分为：机械粉碎及雾化法；物理化学法又分为：电化腐蚀法、还原法、化合法、还原-化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法。2021/7/2711不锈钢真空球磨罐QM-星行球磨机2021/7/27122021/7/2713球磨工艺球磨时间球料比球磨转速球磨气氛（干磨、湿磨）2