无压渗透制备铝基复合材料及其性能的研究
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Ａ１０３Ｓ ２ ｔ］
尖 晶石 熔 点 较 高 （ ３ ２１ ５℃ ）强 度 硬 度 也 较 大 ． ， 它 的生 成 使 界 面结 合 增 强 ， 复 合 材 料 起 到 强 化 作 对 用 ， 现 了 原 位 复 合 材 料 的 特 点 ，同 时 可 解 释 体 Ａｂ ３ＡＩ 合 材 料 力 学 性 能 优 异 的 原 因 Ｌ－ Ｏ／ 复 ６． 在 ＸＲ 中 ， 不 到镁 的 衍 射 峰 ， 铝 的 衍 射 峰 Ｄ 找 而 向高 度 偏 移 ； 能 谱 （ Ｄ 分 析 中 ， 在 Ｅ ８） 出现 了镁 峰 ， 且 含 量基 本上 同于合 金 中含 量 ， 图 ４ 因 此 可 推 断 出 见 ． 镁 固溶 于 铝 中 ． 有 固溶 强 化 的 作 用 ． 并
ｉｅ ｔｏ ｍ ｍｐｒｔｒ ｎ ０ ｔ ａ ｏ ｔ ｅａｕｅａ ｄ５ ０℃ Ｒｅ３ ．８Ｗ ｔ． ｉ ｓ ｌ ｅ ｒ ０ ３ ｏ Ｋ）ａｄ３ ．７Ｗ ｍ ・ ，ｅｐｃｉｅｙ ・ ｎ ９ ６ Ｋ）ｒ ｅｔ ｌ．Ｔｈ ｓ ｖ ｅ
ｃｍｐ ｓｔ ｓｎ ｎａ ｒｔ ｎａ ｄｗａ ｏ ｒｋ ｎｆｒ ０Ｓｗｈ ｎ ｈ ａｅ ｙ０２ｃ Ｈ２ ａ ｔ１０ ０ ℃ ． ｏ ｏｉ ｏ －ｈ ａｉ ｎ ｅｉ ｏ ｓｎ ｔ ｏ ｅ ｏ ｂ ２ ｅ ｅ ｔ ｂ ｄ ． ， ｆ ｍｅａ ８ ｌ
７ ０
西
安
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通
大
学
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报
第３ ３卷
放 大 ３００倍 的照 片 在 扫 描 电镜 观 察 中 ， 乎 每 一 ０ 几 块颗 粒 表 面都 有 晶 须 状 的 物 质 生 成 ． 挤 压 成 型 的 在 （ ｉ０３ｐＡｌ 合 材 料 中 ， 生成 Ｍｇ ２ 尖 晶 石 ， ｈ２ ）／ 复 也 Ａ［ ０４ 它 存 在 于 氧 化 铝 中 的 界 面 ， 捎 耗 掉 一 定 数 量 的 并
ｂ ｅ ｓ ｒ ｌｓ ｎｆｌｒ ｉ ｎ ｙ Ｐｒ ｓ ｕ ｅｅ ｓ Ｉ ｉｔ ａｔｏ
Ｌｉ ｈ ￣ ｌ ｉ ｎ￣ ｉ ｏ Ｍ ａ Ｃｏ Ｔ 。ｆ ｌ ｈ ， ａ ２ Ｈａ ． ｏ￣ ｉ ｉｏ ｂａ ２
（ １Ⅺ ｌＪ ｏｏ ｇＵｎｖｖ ｔ Ⅺ ｎ ７０ ４ Ｃｈ腿 ２ Ｔ ｅ４ ｒ ｎ ｔｕｅｏ ＡＳ ｌ ￣ ｆ ｉ ｔｎ ｉ ｉｅ￣ｙ． ａ １０ ９ ｉ ｈ ３ｄＩｓ／ ｔ ｔＣ Ｃ） ｔ
、
表 １ （ １ ３ｐＡ 复合 材 料 的拉伸性 能测 试 是 ｎ２ ）／ ｌ ０ 结果 ． 同时 ， 也比较 了基体 合金 的拉 伸性能 ２是 图 （ ０ ）／ 复 合 材 料 的 拉 伸 断 面 扫 描 电 镜 照 片 ， ３ｐ Ａｌ
从 中可 见 拉 伸 断 面 上 除 有 颗 粒 脱 粘 外 ． 有 一 些 还 颗 粒 被 拉 断 大 量 断 面 微 观 观 察 表 明 ： 在 （ ２ ） ／ 中 ， 面 脱 粘 占主 导 地 位 ； 观结 构 分 ｎ１ ０３ｐＡｌ 界 微 析 表 明 ： ２ 颗 粒 表 面 生 成 镁 铝 尖 晶 石 ； 面 电镜 ｈｉ ０３ 断
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第３ ３卷
第 １ ０期
西 安
交 通 大
学 学 报
Ｖｏ ＿ ３ ｌ３
№１ ０
１９ ９ ９年 １ 月 ０
Ｊ ＯＵＲＮＡ ＯＦ ＸＩ Ｌ ＪＡＯＴＯＮＧ ＡＮ Ｉ ＵＮＩ ＲＳＴＹ ＶＥ Ｉ
Ｏｃ ． ９ ９ ｔ１ ９
④
ｅ ］８无 渗 备 基 合 料 其 能 研究 茜 ， ｌ Ｉ 压 透制 铝 复 材 及 性 的 一 Ｉ
ｔｅｓｏ ｔｎｏ ｓｐｎｔａｉｎｉｎａｌ ｅｆ ｔａｄｔｅ（ ２ ３ ｐ Ａ ｏ ｏｉ ａ ｅｓ ｃ ￣ｍｃ ｈ ｐｎａｅｕ ｅ ｅｒｔ ｅｒ ｐｒｅ ｎ ｈ Ａ１ ） ／ １ ｍｐｓｔ ｈｓａｄ ｎｅｍｉｒ ｔ — ｏ ｓ ｙ ｃ ０ ｃ ｅ ｏ
ｔｒ． ｔ ｈ ｔ ａｅ ｆ Ａ ２ ３ ｐＡ ，ｔｅｅａ Ａ２ ４ ｐ ｅ ｈｃ ｒ ｆ ｍｅ ｙＭｇｒ ｃ ｎ ｕ Ａ ｅｉ ｅ ｃ （ Ｉ ） ／ ］ ｈ ｒ ｒ Ｍｇ Ｉ ｉ ｌ ｗ ｉ ａｅ ｏ ｄ ｂ ｅ ｔ ｇ ｅ ｔ ｎｒ ｏ ｆ ０ ｅ ０ Ｓ ｎｓ ｈ ｒ ａｉ
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ｃｒ ｓ ｒｕ ｕｒｅ ｏ ｔ ｖｔ
图 ３ Ａ ｏ３Ａ 中 Ａｌ 表面生 成物 的扫描 ｂ ／Ｉ ２
电镜 照片 ×３Ｏ ０ ０
￡
图 ４ Ａ ０３Ａｌ ｂ ／ 的界 面能 谱分 折
根据 （ ｂ ） ／ ｌ Ａ ｑ ｐ Ａ 的化学 成 份 ， 晶石 的生 成 尖
存 在 以 下 ３ 种 可 能 反 应 其 反 应 式 和 热 力 学 计
Ｍ ＋ ／ｎ２￣＂ ￣ ２ ４ ２３ １ ｇ ４３ １ － Ｍ ０ ０ ＋ ／Ａ １
△ ２Ｋ ０ ＝一７ ．７ｋ／ ｔ ｏ ６ ４ Ｊｍｏ Ｊ 以上反应在 ７ Ｏ ０ ０ ～１ ０℃ 区间都 可 自发进行 ， ２
且 推动 力 较 大 ． 于反 应 式 （ ） 因 氧气 含 量 极 少 ， 对 １， 仅 预 制体 中截 留 的 空气 中有 少 量 的氧 ， 以 ， 所 由此种 反 应 可生 成 的尖 晶石 很 少 ． 反应 式 （ ） 两种 陶 瓷 材 料 ２是 之 间 的 固 态反 应 ， 于 固态 反 应 受 扩 散 过 程 这 一 动 由
ｌ ｕ ｔ ｆ ｍ ｉ ｒ ｅｓ ｗｈ ｈｉ ｅａ ｉｅ ｙｍｅ￣ｏｅｐ ， － ｙｄ ｆ ｃｉ （ Ｒ ，ｃ — ｉ ｉ ｍｅａ ｉ ｉ ｔ ｎｐｏ ｓ， ｉ ｍ ｎ ｄｂ ｔ ｌ ｏ ｅ Ｘ ｍ ｉ ｒ ｔ ｎ Ｘ Ｄ） ３ ｎ ｑｄ ｌｎ ｈ ｏ ｃ ｃ ｓｘ ｓ ｆａ ｏ ａ ｎ ｇｅ ｃ ｏ ｉ ｃ ｐ （ Ｅ ｌ ｌ ｔ ｎｍ ｃ ￣ｏ ｅＳ Ｍ）ａｄｅ ｅ ｙｄｓｅｓ ｓｅｔ ｍ（ Ｄ ）Ｔｈ ｉ ｏｔ ｃ ｒ ｏ Ａ２ ３ ｎ ｅｒ ｒ ｎ ｎｒ ｉ ｒ ｃ ｕ Ｅ Ｓ ． ｅｍ ｃ ｓ ｕ ｔ ｅ ｆ（ １ ） ｇ ｐ ｅｐ ｒ ｒ ｒ ｕ ０
收稿 日期 ：１９ －１１ 作者 简介 ：李 崇俊 ， ，９ ９年 ９月 生 ， 士生 ； ９ ８ １－０ 男 １６ 博 金志 浩 （ 系人 ） 男 ， 联 ， 材料科 学 与工 程学 院 ， 教授
博 士生 导 师．
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算 Ｌ・ 如下 ： ５一 ６
３ 力 学 性 能
、
３ １ 拉 伸 性能
２ Ｉ Ｍ ＋ ０ ￣Ｍｇ １ ４ ］ Ａ ＋ ｇ ２２ Ａ２ ０
△ ２ Ｋ 一１７９４ｋ／ ｏ卜 ０ ＝ ９ Ｊｔ ｌ ０ ｏ
Ｍｇ ０ 一Ｍｇ ０ １ Ｏ＋ ３ ４
２Ｋ ０ ＝一３ ．６ｋ ／ ｏＪ ０ ７ ６ Ｊｔ ｌ ｏ
ｐ Ａｌｓ ｎ ｌｓｄｗｉ ｘ ｌｎ ｔ ｎｇｖ ｎｔ ｅｐｅｓ ｒｌ ｓｉｆｔａｉ ｅ ａ ｉ ．Ｔ ｓ ｒｓ ｌ ｅａ ｏ ／ ａ ｅ ｔ ｅ ｐａ ａｉ ｉｅ ｔ ｒｓｕｅ ｓ ｉｒｔ ｎｍｅ ｈ ｎｍ￣ ｅｔ ｅｕｔ ａ ｌ ｉａ ｙ ｈ ｏ ｏｈ ｅ ｎｌ ｏ ｓｘ ｓ
Ａ２ ３ ｌ 表面生成物一 致 以， ０ 所 综合分 析认 为反应 式
（ ） 形 成 尖 晶 石 的 主 要 反 应 因 此 ， 合 Ⅺ ｍ 、 ３是 结
李 崇俊 ，金 志浩 ，马伯信 ｚ 郝 志彪ｚ
（ ． 安交通 大 学 ，７ ０ ４ １西 １０ ９，西安 ； 中国航天 总公 司 ４ 所 ） ２ ３
７
ｏ Ｊ
摘要 ：采 用无压渗透新 工艺制备 了Ａ ， 颗粒增强铝基 复合材料 ， ｌ 叙述 了无压渗透 工艺过 程． 通过 金相显微镜 、 ＿ Ｘ 射线衍 射（ ｖ３ 、 ｘ ａ ） 扫描 电镜 （Ｅ 、 Ｓ Ｍ） 能谱 （ Ｄ ） Ｅ Ｓ 等手段 ， （ ｌ ３ ／ １ 对 Ａ２ ） Ａ 的微 观结 构 ０ 进行 了分析 ； 测试 了铝基复合材料 的力学厦热物理 ・ 能． Ｉ 生 鲒果表明 ， 铝基复合材料显微结构致 密、 渗 透 完全 ． Ａ ２ ３ 的界 面赴 ， 体合金 中的镁 与增 强荆 Ａ ２ ３ 在 Ｊ 与 Ｏ 基 ｊ 反应 ， Ｏ 原位 生成 Ｍ Ｉ ４ Ａ２ 走晶石 ０ 晶体 ， 其质量分数为 ４ １ 制造态复舍材料 的极 限拉 伸 强度为 ３ ８ＭＰ ， ． ％． ７ ａ 拉伸模 量 为 １ １ ６Ｇ ａ ２ ． Ｐ ， 断裂延伸 率为 １ ９ ％ ， ．６ 室温下导热 系数 为 ３ ．８ｗ／ ｍ・ ， ５０℃ 时为 ３ ．７Ｗ／ ｍ・ ． １ ０３ （ Ｋ） 在 ０ ９６ （ Ｋ）在 ０ ℃ 、０Ｓ 舯 ２ 的氧 乙炔焰下 ， ３ｍｍ厚的 （ ｌ ３。Ａ 无烧蚀 ， Ａ２ ） １ ０ ／ 试样表 面完好 ， 未破碎 ． ； 住 复 合 材 料 原 关 键词： 叁墨鱼 塑 盐 中国图书资料分类法分 ：Ｔ ３ ３ 类号 Ｂ ２ Ｐｒ ｐ ｒ ｉｓ ｏ ｕ ｉ ｉ ｍ ａ ｒｘ Ｃｏ ｐ ｓｔ ｏ ｅ ｔｅ ｆＡｌ ｍ ｎ ｕ Ｍ ｔ ｉ ｍ ｏ ｉｅ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈ ２ ａ ｔ ｕ ｅ ｅｎ ｏ ｃｄ ａｕ ｎ ｕ ｍａ ｒｘｃ ｍｐ ｓｔ ａ ｒｃ ｔｄ ｂ ｒｓ ｕ ｅｅ ｓ ｅＡＩ０３ｐ ｒｉ ｈｔ ｓ ｉ ｆｒｅ ｌｍｉｉ ｍ ｔｉ ｏ ｏ ｉ ｉ ｆｂ ｉａｅ ｙ ａｐ ｅ ｓ ｒ ｌｓ ｅ ｒ ｅｓ
在 于 ｎ２ ￣颓粒 周 围 ． 好 与 上 面 用 Ｓ Ｍ 观 察 到 的 １０ 正 Ｅ
３ ２ 压 缩性 能 ．
对 上 述 （ ｉ ） ／ 复 合 材 料 （ 造 态 ） 行 了 ｈ ２ ｐＡｌ 制 进 压 缩 性 能测 试 ， 均 极 限 压缩 强 度 是 ３ ８ＭＰ， 坏 平 ８ ｓ破 ，
Ｗ汕 ０３ ．Ｔｈ ｍｏ ｎ ｂ ｕ １ ． ｕｔ ｔ ｅ ｓ ｅｓｒｎ ｔ ｎ ｄ ｌｓｏ ｅｅｍｌ￣ ｔ ｅａ ｕ ｔｉ ａ ｏ ｔ ｓ ４． ％ ｎ ｌ ｍａｅｔｎ ｉ ｅ ｇｈ ａ ｄｍｏ ｕｕ ｆ ｈ ｏ ｘｓ ｅ ｉ ｌ ｔ ｔ ｉ
ａ ｅ３ ８Ｍ Ｐ ｎ ２１ ６（ ｒ ７ ａａ ｄ１ ． ａ．ｒｓ ｅ ｔ ｅｙ．Ｔｈ ｌ ｎ ａ ｏ ｔｂ ｅ ｋｉ ． ６％ ． ｅ ｔ ｒ ｌ ｏ ｄ ｃ ｖ ｅ ｐｃｉ ｌ ｖ ｅｅｏ ｇ ｔ ｎａ ｒａ ｓ１ ９ ｉ Ｔｈ ｈ ｍａ ｎ ｕ ｆ — ｅ ｏ ｉ
照片表明 ： 界面破坏 （ 脱粘 ） 发生 于尖 晶石 与铝 界面 处， 而非 ＡＩ 与 尖 晶 石 界 面 ， 说 明 ＡＩ ２ ０３ 这 ２ ０３与 尖 晶
石 之 间有 良好 的界 面 结 合 ．
力学因素的控 制 ， 故可 以忽 略 应式 （ ） Ｍｇ与 反 ３是 Ａ２ ３ ｌ 之间 的反应 ， Ａ ２ 颗粒 参加 ， ０ 有 ｌ ｑ 且生成 物存
ｏ ｔ ｉｅ ｏ ｈ ｃ ａ ｉ ｌ ｒ ｐ ｒｉｓａ ｄ ｔ ｅ ｏ ｈ ｓｃ ｌ ｒ ｐ ｒｉ ｆｔ ｅｏ ｍｐ ｓｔ ．Ｉ ｓｆ ｕ ｄ ｔｌｔ ｂ ａｎ ｄ ｆ ｒｔ ｅｍｅ ｈ ｎｃ ｏ ｅ ｔ ｎ ｈ ｍｌ ｐ ｙ ｉａ ｏ ｅ ｔｅ ｏ ｈ ｏ ｏ ｌ ａ ｐ ｅ ｐ ｓ ｅ ｔｉ ｏ ｎ ｝ ａ
尖 晶石 熔 点 较 高 （ ３ ２１ ５℃ ）强 度 硬 度 也 较 大 ． ， 它 的生 成 使 界 面结 合 增 强 ， 复 合 材 料 起 到 强 化 作 对 用 ， 现 了 原 位 复 合 材 料 的 特 点 ，同 时 可 解 释 体 Ａｂ ３ＡＩ 合 材 料 力 学 性 能 优 异 的 原 因 Ｌ－ Ｏ／ 复 ６． 在 ＸＲ 中 ， 不 到镁 的 衍 射 峰 ， 铝 的 衍 射 峰 Ｄ 找 而 向高 度 偏 移 ； 能 谱 （ Ｄ 分 析 中 ， 在 Ｅ ８） 出现 了镁 峰 ， 且 含 量基 本上 同于合 金 中含 量 ， 图 ４ 因 此 可 推 断 出 见 ． 镁 固溶 于 铝 中 ． 有 固溶 强 化 的 作 用 ． 并
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放 大 ３００倍 的照 片 在 扫 描 电镜 观 察 中 ， 乎 每 一 ０ 几 块颗 粒 表 面都 有 晶 须 状 的 物 质 生 成 ． 挤 压 成 型 的 在 （ ｉ０３ｐＡｌ 合 材 料 中 ， 生成 Ｍｇ ２ 尖 晶 石 ， ｈ２ ）／ 复 也 Ａ［ ０４ 它 存 在 于 氧 化 铝 中 的 界 面 ， 捎 耗 掉 一 定 数 量 的 并
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从 中可 见 拉 伸 断 面 上 除 有 颗 粒 脱 粘 外 ． 有 一 些 还 颗 粒 被 拉 断 大 量 断 面 微 观 观 察 表 明 ： 在 （ ２ ） ／ 中 ， 面 脱 粘 占主 导 地 位 ； 观结 构 分 ｎ１ ０３ｐＡｌ 界 微 析 表 明 ： ２ 颗 粒 表 面 生 成 镁 铝 尖 晶 石 ； 面 电镜 ｈｉ ０３ 断
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根据 （ ｂ ） ／ ｌ Ａ ｑ ｐ Ａ 的化学 成 份 ， 晶石 的生 成 尖
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收稿 日期 ：１９ －１１ 作者 简介 ：李 崇俊 ， ，９ ９年 ９月 生 ， 士生 ； ９ ８ １－０ 男 １６ 博 金志 浩 （ 系人 ） 男 ， 联 ， 材料科 学 与工 程学 院 ， 教授
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３ 力 学 性 能
、
３ １ 拉 伸 性能
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（ ） 形 成 尖 晶 石 的 主 要 反 应 因 此 ， 合 Ⅺ ｍ 、 ３是 结
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摘要 ：采 用无压渗透新 工艺制备 了Ａ ， 颗粒增强铝基 复合材料 ， ｌ 叙述 了无压渗透 工艺过 程． 通过 金相显微镜 、 ＿ Ｘ 射线衍 射（ ｖ３ 、 ｘ ａ ） 扫描 电镜 （Ｅ 、 Ｓ Ｍ） 能谱 （ Ｄ ） Ｅ Ｓ 等手段 ， （ ｌ ３ ／ １ 对 Ａ２ ） Ａ 的微 观结 构 ０ 进行 了分析 ； 测试 了铝基复合材料 的力学厦热物理 ・ 能． Ｉ 生 鲒果表明 ， 铝基复合材料显微结构致 密、 渗 透 完全 ． Ａ ２ ３ 的界 面赴 ， 体合金 中的镁 与增 强荆 Ａ ２ ３ 在 Ｊ 与 Ｏ 基 ｊ 反应 ， Ｏ 原位 生成 Ｍ Ｉ ４ Ａ２ 走晶石 ０ 晶体 ， 其质量分数为 ４ １ 制造态复舍材料 的极 限拉 伸 强度为 ３ ８ＭＰ ， ． ％． ７ ａ 拉伸模 量 为 １ １ ６Ｇ ａ ２ ． Ｐ ， 断裂延伸 率为 １ ９ ％ ， ．６ 室温下导热 系数 为 ３ ．８ｗ／ ｍ・ ， ５０℃ 时为 ３ ．７Ｗ／ ｍ・ ． １ ０３ （ Ｋ） 在 ０ ９６ （ Ｋ）在 ０ ℃ 、０Ｓ 舯 ２ 的氧 乙炔焰下 ， ３ｍｍ厚的 （ ｌ ３。Ａ 无烧蚀 ， Ａ２ ） １ ０ ／ 试样表 面完好 ， 未破碎 ． ； 住 复 合 材 料 原 关 键词： 叁墨鱼 塑 盐 中国图书资料分类法分 ：Ｔ ３ ３ 类号 Ｂ ２ Ｐｒ ｐ ｒ ｉｓ ｏ ｕ ｉ ｉ ｍ ａ ｒｘ Ｃｏ ｐ ｓｔ ｏ ｅ ｔｅ ｆＡｌ ｍ ｎ ｕ Ｍ ｔ ｉ ｍ ｏ ｉｅ
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３ ２ 压 缩性 能 ．
对 上 述 （ ｉ ） ／ 复 合 材 料 （ 造 态 ） 行 了 ｈ ２ ｐＡｌ 制 进 压 缩 性 能测 试 ， 均 极 限 压缩 强 度 是 ３ ８ＭＰ， 坏 平 ８ ｓ破 ，
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照片表明 ： 界面破坏 （ 脱粘 ） 发生 于尖 晶石 与铝 界面 处， 而非 ＡＩ 与 尖 晶 石 界 面 ， 说 明 ＡＩ ２ ０３ 这 ２ ０３与 尖 晶
石 之 间有 良好 的界 面 结 合 ．
力学因素的控 制 ， 故可 以忽 略 应式 （ ） Ｍｇ与 反 ３是 Ａ２ ３ ｌ 之间 的反应 ， Ａ ２ 颗粒 参加 ， ０ 有 ｌ ｑ 且生成 物存
ｏ ｔ ｉｅ ｏ ｈ ｃ ａ ｉ ｌ ｒ ｐ ｒｉｓａ ｄ ｔ ｅ ｏ ｈ ｓｃ ｌ ｒ ｐ ｒｉ ｆｔ ｅｏ ｍｐ ｓｔ ．Ｉ ｓｆ ｕ ｄ ｔｌｔ ｂ ａｎ ｄ ｆ ｒｔ ｅｍｅ ｈ ｎｃ ｏ ｅ ｔ ｎ ｈ ｍｌ ｐ ｙ ｉａ ｏ ｅ ｔｅ ｏ ｈ ｏ ｏ ｌ ａ ｐ ｅ ｐ ｓ ｅ ｔｉ ｏ ｎ ｝ ａ