碳化硅颗粒增强铝

生产工艺
2. 喷射共沉淀法。
原理： 用雾化法制取铝合金粉末的 同时加入碳化硅增强颗粒，两种熔 体受到雾化喷射共同沉积在水冷板 上，凝固得到铝基复合材料。 优点：（1）增强体颗粒与基体熔液 接触时间短，界面反应少 （2）界面结合强度高，组织 具有快速凝固特征，晶粒十分细小 。 缺点： （1）制备出的材料孔隙率 高，质量差 （2）增强颗粒利用率低， 沉积速度较慢，成本高。
晶体结构：菱面体的 α-SiC和立 方体的β-SiC（称立方碳化硅) 。α-SiC由于其晶体结构中碳和 硅原子的堆垛序列不同而构成 许多不同变体，已发现70余种 。β-SiC于2100℃以上时转变 为α-SiC。 性能：耐腐蚀、耐高温、化学性能 稳定、导热系数高、热膨胀系 数小、耐磨性能好。硬度很大 ，具有优良的导热性能，是一 种半导体，高温时能抗氧化。
设计思路
力学模型
3.有限元分析
将求解域看成是由许多小的在节点出互相连接的子域构 成，单元内部点的待求量通过选定的函数关系查插值求得。 单元划分越细，结果越精确。
基础方程
边界条件
近似求解
数值分析法
组织和性能
宏观上分布均匀，微观下观察，SiC颗粒主要分 布在树枝间和最后凝固的液相区，同时也有部分 存在于初生晶内部作为凝固的核心，即被初生晶 所吞陷。 碳化硅颗粒在金属中弥 散分布，细小而均匀分 布的纳米颗粒高教率地 占据空间，颗粒间距较 小．有效地控制晶粒长 大，使组织细小而均匀
此模型，未考虑增强体形状等微观组织对性能的影响， 该模型的预测力学性能的数值是实验值的上限。
设计思路
力学模型
2.Eshelby理论
若用一个具有适当错配应变，有机体材料组成的渗入 体来描述真实的渗入体，他的应力场和真实渗入体的应 力场是相同的假定增强体是无限大，匀质，完整，且各 向同性的弹性介质，在进行无限等分，在增强体内所有 点的所受应力相同，然后模拟加入夹杂之后复合材料的 应力--应变行为。
设计思路
增强机制
1.Orowan强化机制 变形过程中，位错运动绕过SiC 颗粒可以使强度增加，假设SiC颗 粒为球形，则强化效应为：
△ or 2Gb / L
其中，L为颗粒间距，b是位错的 柏氏矢量，G是基体的剪切模量。
设计思路
增强机制
2.细晶强化 SiC颗粒的存在诱发铝再结晶，从而 细化晶粒。假设，每个SiC颗粒又发一个 晶粒形核，则所引起的的屈服强度的增量 与晶粒尺寸关系为：
生产工艺
4.粉末冶金法
优点：（1）增强体分 布均匀，晶粒细 （2）可减少 界面反应，具有优 异 力学性能。 缺点：（1）工艺繁琐 （2）组织不 均匀，孔洞率较大， 必须进行二次加工
应用
在航空航天上的应用
来自百度文库在航空航天工业中，碳化硅颗粒增强 铝被用来制造承重缩杆，直升机的导轨和 滑行着陆装置，导弹镶嵌结构，通用天线 架等。
△ grain K y / D
1/ 2
D d [(1 V p ) / V p ]1/ 3
其中， Vp是SiC颗粒的体积分数
设计思路
力学模型
1 .混合定律 在碳化硅增强铝的强化理论中，最简单化的是混合定 律。材料的弹性模量和屈服强度分别为：
Ec Vm Em Vr Er
yc Vm ym Vr yr
生产工艺
1.真空压力浸透法
原理： 先将增强体制成预制件，再将预制件放入 位于承压容器的模具内，抽出预制件内的气体后 ，在真空和惰性气体的共同作用下，采用压力将 金属熔体由通道压入模具内，使之浸透预制件。 优点：（1）可直接制成复合零件，特别是形状复 杂的零件。 （2）浸渍在真空进行，无气孔，疏松， 缩孔等缺陷。 （3）工艺简单，参数易控制 缺点：设备比较复杂，工艺周期长，投资大，成 本 高。
组织和性能
碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有如下特点： （1）良好的力学性能：较高的强度、模量、硬度、较低的断 裂韧性 （2）良好的化学性能：耐高温性，抗氧化性，耐磨性和耐腐 蚀性 （3）具有良好的尺寸稳定性，可以在温度变化剧烈的环境中 使用 （4）具有各向同性，可以用传统铝合金材料的设计理论进行 结构设计； （5）可以利用传统的金属材料加工技术和设备来制造和进行 二次加工，因而可以降低成本；
应用
在光学仪器上的应用
用碳化硅增强铝复合材料用于制造超轻 空间望远镜的支架，支承和副镜，使其质 量大为减轻。此外，在战术坦克的红外线 观测镜，发射控镜中，也使用碳化硅颗粒 增强铝。
应用
在汽车上的应用
碳化硅颗粒增强铝适用于制作抗磨 材料，如活塞，轴瓦等。此外，还可以 用碳化硅颗粒增强铝制造油缸的内衬， 驱动轴等汽车零件。
应用
在精密仪器上的应用
碳化硅颗粒增强铝具有较高强度的为 屈服强度和压缩微变抗力，可以替代铍合 金制造惯性导航器件。在红外线自导导向 系统中，用以替代原来的不锈钢，可减轻 重量。还可用于制造激光陀螺仪.
生产工艺
3.挤压铸造法
原理：把碳化硅颗粒用适当的 粘结剂粘结，按照设计要求制 成 预制块放入浇铸模型中 ，预热到一定温度，然后浇入 基体金属液，立即加压，使熔 融的金属液浸透到预制块中， 在压力下凝固。 优点：（1）设备简单，工艺简 单，稳定性好，生产周期短。 （2）基本无界面反应， 无需表面热处理。 缺点：易出现气体或夹杂物， 缺陷较多。
碳化硅颗粒增强铝基复合材料
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碳化硅颗粒增强铝
设计思路 组织和性能 生产工艺 应用与前景
设计思路
铝基体


优点：含量最高 ，不仅重量轻，质地 坚，而且具有良好的延展性、导电性、 导热性、耐热性和耐核辐射性。 缺点：低强度、低刚度、不耐高温、 抗腐蚀性抗疲劳性低。
设计思路
碳化硅增强体（SiC）