金属基复合材料制备工艺优秀课件
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热压法工艺流程
在增强材料上铺金属箔
裁剪成形
加热至所需温度
加压与保压
抽真空
冷却取出制品 并加以整理
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影响扩散粘结过程的主要参数是：温度、压力和一定温度及压力 下维持的时间。另外，气氛对质量也有较大影响。
21
扩散粘结过程分为三个阶段：
1.粘结表面的最初接触，由于加热、加压， 使表面发生变形、移动、表面膜（氧化膜） 破坏；
态；界面反应不严重。 ➢ 类型：粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法、拉
拔法。
粉末冶金复合法
1.1工艺过程
1. 原料：基体金属与强化颗粒均为粉料，且越细越好，但必须大于1微米，否 则易聚难分散；
2. 混合：球磨机混合法； 3. 压粉（压密）：相当于成形工艺； 4. 脱气：为除去粉末、颗粒表面水分与吸附气体，防止烧结后材料内部气孔
2.随着时间的进行，发生界面扩散和体扩 散，使接触面密着粘结；
3.由于热扩散结合界面最终消失，粘 结过程完成。
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3.热等静压法
工艺过程：将金属基体（粉或箔）与增强材料 （纤维、晶须、颗粒）按照一定比例混合或排布 后，或用预制片叠层后，放入金属包套（或玻璃 包套）中，抽气密封后装入热等静压装置中，进 行加热加压，复合成金属基复合材料。
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连续增强相金属基复合材料的制备工艺
www.themegallery.com
Company Logo
2.1.4不连续增强相金属基复合材料的制备工艺
颗粒 晶须 短纤维
铝合金—固态、液态、原位生长、喷射成型法 镁合金—液态法 钛合金—固态、液态法、原位生长法 高温合金—原位生长法 金属间化合物—粉末冶金、原位生长法
工艺优缺点：材质致密、尺寸精度高；但设备投 资大，工艺周期长，成本高。
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采用惰性气体加压，工件在各个方向上受到均匀压力的 作用。
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4.模压成型
模压成型也是扩散结合的一种手段。将纤维/基体 预制体放置在具有一定形状的模具中进行扩散结合， 最终得到一定形状的最终制品。常用这种工艺制备各 种型材。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
1．3 缺点
1) 工艺较复杂，成本高； 2) 固化方法采用烧结、热压、挤压等方法； 3) 除采用原生复合法外，微细颗粒均匀分散较困难； 4) 强化颗粒表面污染不易除去，使基体与颗粒界面不如铸造法。
2.真空热压扩散结合
可称为扩散粘结法，或扩散焊接法。
热压法工艺通常要求先将纤维与金属基体制成复 合材料预制片，然后将预制片按设计要求裁剪成 所需的形状、叠层排布（纤维方向）将叠层放入 模具内，进行加热加压，最终制得复合材料或零 件。 热压法是目前制造直径较粗的硼纤维和碳化硅纤 维增强铝基、钛基复合材料的主要方法。
半固态铸造。 3）喷射成型法：等离子喷涂成型、喷射成型。 4）原位生长法。
一.固态法
➢ 工艺流程 ① 将金属粉末或金属箔与增强物（纤维、晶须、颗粒）按
设计要求以一定的含量、分布、排布在一起； ② 加热、加压扩散粘接：将金属与增强物复合在一起，形
成MMC。 ➢ 特点： ❖ 整个工艺过程处于较低的温度，金属和增强物都处于固
金属基复合材料制备工艺优秀课件
金属基复合材料制备及成形工艺
❖ 金属基复合材料的性能、应用、成本等在很大程 度上取决于制备技术；
❖ 研究和发展有效的制备技术一直是金属基复合材 料研究中最重要的问题之一。
2
复合材料的概念与定义
常规材料的优缺点：
• 金属材料的优点：优良的延展性和可加工性。缺点：强度相对低，耐 热、耐磨、耐蚀性差，如铝；
（相当于干燥）； 5. 压粉坯的致密化：冷等静压、挤压法； 6. 烧结（固化）：常压、热压、真空热压、热等静压、热塑性变形烧结； 7. 塑性加工：赋予材料一定形状（热加工温度下变形）。
适合于分散强化型复合材料（颗粒或纤维强化型）
1．2 优点：
1) 可以自由选择基体金属材料，因为该法在固态下复合，基体与增强 相不易反应；
• 陶瓷材料的优点：强度高、耐热、耐磨、耐蚀性好，缺点：很脆，加 工性能差。
• 复合后利用两者的优势互补，提高性能。
定义：采用物理或化学的方法，使两种或两种以上的材料在相态（如 连续相：基体；不连续体：增强相）以性能相互独立的形式下共存于 一体之中，以达到提高材料的某些性能，或互补其缺点，或获得新的 性能（或功能）的目的。
2.1.3 连续增强相金属基复合材料的制备工艺
碳纤维 硼纤维 SiC纤维 氧化铝纤维
铝合金——固态、液态法 镁合金—— 固态、液态法 钛合金—— 固态法 高温合金——固态法 金属间化合物——固态法
2.1金属基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、
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5.1. 粉末轧制法
5.2 块（带）材轧制复合法
5.3 温轧复合生产线
6.爆炸焊接法
❖ 是利用炸药产生强大脉冲应力，通过使碰撞的材 料发生塑性变形、粘结处金属的局部扰动以及热 过程使材料焊接起来。
金属基复合材料的制备难点
❖ 制备温度选择难度大； ❖ 界面反应难以控制； ❖ 金属基体与增强材料之间润湿性差，甚至在制
备温度下完全不润湿； ❖ 将增强材料按照设计要求、方向均匀分布于基
体中比较困难。
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按基体分类
按增强体分类
按分散状态分类
连续增强相金属基复合材料的制备工艺
1
不连续增强相金属基复合材料的制备工艺
2) 可以自由选择强化颗粒种类、尺寸，且强化颗粒添加量范围广； 3) 与铸造法相比，较易实现强化颗粒的均匀分散（微颗粒除外）。 4) 与液相法相比，制备温度低，界面反应可控； 5) 可根据要求设计复合材料的性能； 6) 其组织致密、细化、均匀、内部缺陷明显改善； 7) 利于净成型或近净成型，二次加工性能好。
5.热轧法、热挤压法和热拉法
❖ 都是塑性成形热加工方法。 ❖ 热轧法主要用来将已经复合好的颗粒、晶须、短
纤维增强金属基复合材料锭坯进一步加工成板材。 ❖ 热挤压和热拉主要用于颗粒、晶须、短纤维增强
复合材料坯料的进一步加工，制成各种形状的管 材、型材、棒材等。 ❖ 经挤压、拉拔后复合材料的组织变得均匀、缺陷 较少、性能明显提高，短纤维和晶须还有一定的 择优取向，轴向抗拉强度提高显著。
热压法工艺流程
在增强材料上铺金属箔
裁剪成形
加热至所需温度
加压与保压
抽真空
冷却取出制品 并加以整理
20
影响扩散粘结过程的主要参数是：温度、压力和一定温度及压力 下维持的时间。另外，气氛对质量也有较大影响。
21
扩散粘结过程分为三个阶段：
1.粘结表面的最初接触，由于加热、加压， 使表面发生变形、移动、表面膜（氧化膜） 破坏；
态；界面反应不严重。 ➢ 类型：粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法、拉
拔法。
粉末冶金复合法
1.1工艺过程
1. 原料：基体金属与强化颗粒均为粉料，且越细越好，但必须大于1微米，否 则易聚难分散；
2. 混合：球磨机混合法； 3. 压粉（压密）：相当于成形工艺； 4. 脱气：为除去粉末、颗粒表面水分与吸附气体，防止烧结后材料内部气孔
2.随着时间的进行，发生界面扩散和体扩 散，使接触面密着粘结；
3.由于热扩散结合界面最终消失，粘 结过程完成。
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3.热等静压法
工艺过程：将金属基体（粉或箔）与增强材料 （纤维、晶须、颗粒）按照一定比例混合或排布 后，或用预制片叠层后，放入金属包套（或玻璃 包套）中，抽气密封后装入热等静压装置中，进 行加热加压，复合成金属基复合材料。
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连续增强相金属基复合材料的制备工艺
www.themegallery.com
Company Logo
2.1.4不连续增强相金属基复合材料的制备工艺
颗粒 晶须 短纤维
铝合金—固态、液态、原位生长、喷射成型法 镁合金—液态法 钛合金—固态、液态法、原位生长法 高温合金—原位生长法 金属间化合物—粉末冶金、原位生长法
工艺优缺点：材质致密、尺寸精度高；但设备投 资大，工艺周期长，成本高。
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采用惰性气体加压，工件在各个方向上受到均匀压力的 作用。
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4.模压成型
模压成型也是扩散结合的一种手段。将纤维/基体 预制体放置在具有一定形状的模具中进行扩散结合， 最终得到一定形状的最终制品。常用这种工艺制备各 种型材。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
1．3 缺点
1) 工艺较复杂，成本高； 2) 固化方法采用烧结、热压、挤压等方法； 3) 除采用原生复合法外，微细颗粒均匀分散较困难； 4) 强化颗粒表面污染不易除去，使基体与颗粒界面不如铸造法。
2.真空热压扩散结合
可称为扩散粘结法，或扩散焊接法。
热压法工艺通常要求先将纤维与金属基体制成复 合材料预制片，然后将预制片按设计要求裁剪成 所需的形状、叠层排布（纤维方向）将叠层放入 模具内，进行加热加压，最终制得复合材料或零 件。 热压法是目前制造直径较粗的硼纤维和碳化硅纤 维增强铝基、钛基复合材料的主要方法。
半固态铸造。 3）喷射成型法：等离子喷涂成型、喷射成型。 4）原位生长法。
一.固态法
➢ 工艺流程 ① 将金属粉末或金属箔与增强物（纤维、晶须、颗粒）按
设计要求以一定的含量、分布、排布在一起； ② 加热、加压扩散粘接：将金属与增强物复合在一起，形
成MMC。 ➢ 特点： ❖ 整个工艺过程处于较低的温度，金属和增强物都处于固
金属基复合材料制备工艺优秀课件
金属基复合材料制备及成形工艺
❖ 金属基复合材料的性能、应用、成本等在很大程 度上取决于制备技术；
❖ 研究和发展有效的制备技术一直是金属基复合材 料研究中最重要的问题之一。
2
复合材料的概念与定义
常规材料的优缺点：
• 金属材料的优点：优良的延展性和可加工性。缺点：强度相对低，耐 热、耐磨、耐蚀性差，如铝；
（相当于干燥）； 5. 压粉坯的致密化：冷等静压、挤压法； 6. 烧结（固化）：常压、热压、真空热压、热等静压、热塑性变形烧结； 7. 塑性加工：赋予材料一定形状（热加工温度下变形）。
适合于分散强化型复合材料（颗粒或纤维强化型）
1．2 优点：
1) 可以自由选择基体金属材料，因为该法在固态下复合，基体与增强 相不易反应；
• 陶瓷材料的优点：强度高、耐热、耐磨、耐蚀性好，缺点：很脆，加 工性能差。
• 复合后利用两者的优势互补，提高性能。
定义：采用物理或化学的方法，使两种或两种以上的材料在相态（如 连续相：基体；不连续体：增强相）以性能相互独立的形式下共存于 一体之中，以达到提高材料的某些性能，或互补其缺点，或获得新的 性能（或功能）的目的。
2.1.3 连续增强相金属基复合材料的制备工艺
碳纤维 硼纤维 SiC纤维 氧化铝纤维
铝合金——固态、液态法 镁合金—— 固态、液态法 钛合金—— 固态法 高温合金——固态法 金属间化合物——固态法
2.1金属基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、
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5.1. 粉末轧制法
5.2 块（带）材轧制复合法
5.3 温轧复合生产线
6.爆炸焊接法
❖ 是利用炸药产生强大脉冲应力，通过使碰撞的材 料发生塑性变形、粘结处金属的局部扰动以及热 过程使材料焊接起来。
金属基复合材料的制备难点
❖ 制备温度选择难度大； ❖ 界面反应难以控制； ❖ 金属基体与增强材料之间润湿性差，甚至在制
备温度下完全不润湿； ❖ 将增强材料按照设计要求、方向均匀分布于基
体中比较困难。
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按基体分类
按增强体分类
按分散状态分类
连续增强相金属基复合材料的制备工艺
1
不连续增强相金属基复合材料的制备工艺
2) 可以自由选择强化颗粒种类、尺寸，且强化颗粒添加量范围广； 3) 与铸造法相比，较易实现强化颗粒的均匀分散（微颗粒除外）。 4) 与液相法相比，制备温度低，界面反应可控； 5) 可根据要求设计复合材料的性能； 6) 其组织致密、细化、均匀、内部缺陷明显改善； 7) 利于净成型或近净成型，二次加工性能好。
5.热轧法、热挤压法和热拉法
❖ 都是塑性成形热加工方法。 ❖ 热轧法主要用来将已经复合好的颗粒、晶须、短
纤维增强金属基复合材料锭坯进一步加工成板材。 ❖ 热挤压和热拉主要用于颗粒、晶须、短纤维增强
复合材料坯料的进一步加工，制成各种形状的管 材、型材、棒材等。 ❖ 经挤压、拉拔后复合材料的组织变得均匀、缺陷 较少、性能明显提高，短纤维和晶须还有一定的 择优取向，轴向抗拉强度提高显著。