金属基复合材料制备

金属基复合材料制备
13
液态法举例
金属基复合材料制备
14
制备方法的分类
自生成法（原位自生法）：
在基体金属内部通过加入反应元素，或通入反 应气体在液态金属内部反应，产生微小的固态 增强相。
一般是金属化合物TiC、TiB2、A12O3等微粒起增 强作用。
通过控制工艺参数获得所需的增强物含量和分布。
液态法：是指基体金属处于熔融状态下与固态的增强 材料复合wk.baidu.com一起的方法。
金属在熔融态流动性好，在一定的外界条件下容易进 入增强物间隙中。
为了改善液态金属基体与固体增强材料之间的润湿， 以及控制高温下的界面反应，可以采用加压浸渗、增 强材料表面涂覆处理、基体中添加合金元素等措施。
采用加压浸渗：金属液在超过某一临界压力时，金属液能渗 入微小的间隙，形成复合材料。
碳纤维 硼纤维 SiC纤维 氧化铝纤维
直径为5m~12m的碳(石墨)纤维、烧结碳化硅纤维、氧化铝纤 维等是以200~1200根单纤维组成的集束纤维用于复合材料。 而晶须、颗粒则是以大量尺寸细小的短晶须或细粉作为增强物用于 金属基复合材料。一般大小在几微米或1微米以下。 增强物的大小、聚集状态、性能以及在金属基体中分布的要求不同 给金属基复合材料制备带来很大困难，在选用制造方法时需要充分 考虑增强物的特点。
通过纤维、颗粒表面涂层处理使金属液与增强物的自发浸润， 如制备碳/铝复合材料时用的Ti-B涂层法。
金属基复合材料制备
12
液态法制造金属基复合材料时，制备温度高， 易发生严重界面反应，有效控制界面反应，是 液态法的关键。
液态法可用来直接制造复合材料零件，也可用 来制造复合丝、复合带、锭胚等作为二次加工 成零件的原料。挤压铸造法、真空吸铸、真空 压力浸渍法、搅拌复合法、共喷沉积法等均属 于液态法。
金属基复合材料制备
5
金属基体与增强物之间浸润性差，甚至不浸润。
这是制备金属基复合材料的难点之一。 当金属熔体与增强物之间有良好的浸润性（接触角小于90）时金
属熔体才能自发的渗入增强物的间隙中。基体金属与增强物之间 才能实现良好的结合。 但对于多数金属基复合材料体系，如碳(石墨)-铝、碳(石墨)-镁、 碳化硅-铝、氧化铝-镁等复合材料的基体金属与增强物之间浸润性 很差，而增强纤维很细，特别是碳(石墨)纤维、氧化铝、碳化硅纤 维呈束纤维使用。一束纤维由数百根，甚至上千，上万根单纤维 组成。金属需渗入到纤维之间，一般为几微米的间隙中去，浸润 性差是难以实现的。 对于颗粒增强金属基复合材料，如浸润性差颗粒就不可能均匀的 进入和分散在金属熔体中，因此采用液态金属复合法制备复合材 料时，必须解决相互之间的浸润问题。在工艺上也可采用固态粉 末冶金、扩散烧结等方法。但应用面较窄，只适用于少数品种的 金属基复合材料。
金属基复合材料制备
7
工艺过程要考虑的因素
金属基复合材料制备
8
制备方法的分类
固态法：是指基体处于固态制备金属基复 合材料的方法。
将金属粉末或金属箔与增强物(纤维、晶 须、颗粒等)按设计要求以一定的含量、 分布、方向混合排布在一起，再经加热、 加压，将金属基体与增强物复合粘结在一 起，形成复合材料。
金属基复合材料制备
9
整个工艺过程处于较低的温度，金属基 体与增强物均处于固体状态。
由于温度较低，金属与增强物之间的界 面反应不严重。
粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧 制法、热挤压法、拉拔法等等均属于固 态复合成型方法。
金属基复合材料制备
10
固态法举例
金属基复合材料制备
11
制备方法的分类
第六章 金属基复合材料制备及
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。
金属基复合材料制备
1
对制备技术的要求
制造过程中要使增强物按设计要求在金属基体中均匀分布。 如连续纤维的分布及方向，一定的体积分数等，颗粒、晶 须、短纤维等均匀分布于基体中；
工艺简单，适于批量生产，尽可能直接制成近终形状和尺 寸的金属基复合材料零件。
金属基复合材料制备
2
金属基复合材料制备
3
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。
不能使增强材料和基体材料的原有性能下降，特别是不能 对高性能增强材料(如连续纤维)造成损伤，应该力图使它 们的优点叠加和互补；
尽量避免增强材料和金属基体之间各种不利的化学反应发 生（如基体金属的氧化、基体金属与增强物之间的界面反 应等。），要求通过合理选择工艺参数得到合适的界面结 构和性能，充分发挥增强材料的增强效果，以便保持金属 基复合材料组织性能的稳定；
金属基复合材料制备
6
将增强物按设计要求的含量、分布、方向均匀地分布在金 属基体中。
这是制造金属基复合材料的另一难点。 用于金属基复合材料的增强物有单根纤维、集束纤维、短纤维、晶
须和颗粒等。它们的尺寸、形状、物理化学特性均有很大差别。 如直径为100m~140m的化学气相沉积硼纤维和碳化硅单纤维，
反应自生成法制备的复合材料中的增强物不是 外加的，而是在高温下金属基体中不同元素反 应生成的化合物，与金属有好的相容性。
金属基复合材料制备
15
制备方法的分类
其他制备方法，如：
物理气相沉积法； 化学气相沉积法； 化学镀和电镀法； 复合镀法等。
金属基复合材料制备
16
连续增强相复合材料的制备工艺
金属基复合材料制备
4
金属基复合材料在高温制造时将发生严重的界面反 应、氧化反应等有害的化学反应。
严格控制界面反应是制备高性能金属基复合材料的关键。 金属基复合材料所选用的主要金属基体为铝、镁、钛、
钢、镍基合金、金属间化合物等金属材料，均具有较高 的熔化温度，在高温下化学性质活泼，易与增强物发生 界面反应。 如铝基复合材料，铝的熔点660℃，在600℃以上高温 条件下铝与碳(石墨)纤维、硼纤维、碳化硅等增强物均 有不同程度的界面反应，对界面结构和性能有重大影响。