资源描述：
《金属基复合材料的发展现状及展望复合材料论文x》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、金属基复合材料的发展现状及展望摘要：对金属基复合材料的发展史、种类、制备工艺、性能、用途、前景展望进行了综述,阐述了国内外研究现状,提出了金属基复合材料研究中存在的问题,探讨了金属基复合材料的研究方向。关键词：金属基复合材料;增强相;基体材料;复合材料制备;颗粒增强法;纤维增强法;复合材料分类;复合材料性能1金属基复合材料的发展 金属基复合材料是多功能复合材料的一种。它是一类以金属或合金为基体,以金属或非金属线、丝、纤维、晶须或颗粒状组分为增强相的非均质混合物,其共同点是具有连续的金属基体。金属基复合材料有着悠久的历史,在土耳其发现的公元前7000年的铜锥子,在制造过程中经过反复锤打与
2、拓平,非金属夹杂物被拉长[1],从而产生类似纤维增强的效果。近代金属基复合材料的研究始于1924年Schmit[2]关于铝Π氧化铝粉末烧结的研究工作。在30年代,又出现了沉淀强化理论[3],并在以后的几十年中得到了很快的发展。到60年代,金属基复合材料已经发展成为复合材料的一个新的分支。到80年代初,日本丰田公司首次将陶瓷纤维增强铝基复合材料用于制造柴油发动机活塞,从此金属基复合材料的研制与开发工作得到了异乎寻常的发展。土耳其的S.Eroglu等人用等离子喷涂技术制得了NiCr-Al等功能梯度涂层。目前,尽管在制造成本和工艺上存在很大的问题,但金属基复合材料已经引起有关部门的高度重视,
3、特别是航空航天部门推进系统使用的材料,其性能已经达到了极限。因此,研制工作温度更高、比刚度和比强度大幅度增加的金属基复合材料,已经成为发展高性能结构材料的一个重要方向。1990年美国在航天推进系统中形成了3250万美元的高级复合材料市场,年平均增长率达16%,远高于高性能合金的年增长率116%。2金属基复合材料的分类 金属基复合材料分为宏观组合型和微观强化型两大类。前者指其组分能用肉眼识别和具备两组分性能的材料;后者需显微观察分辨组分以改善成分来提高强度为主要目标的材料。金属基复合材料一般分为铝基、镁基、钢基、铁基及铝合金基复合材料等。按增强相形态的不同分为颗粒增强金属复合材料、晶须或
4、短纤维增强金属基复合材料及连续纤维增强金属基复合材料。3制备工艺金属基复合材料的制备工艺较复杂,主要是金属熔点较高,需高温下操作;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,通常需向熔体中加入能增加润湿性的活性元素或对陶瓷颗粒进行预处理。虽然已经研制出不少复合工艺,但各自存在一些问题。本文根据增强相的不同,分别阐述颗粒增强和纤维增强的制备方法。 3.1 颗粒增强金属基复合材料的制备方法根据制备过程中基体的温度可将制备工艺分为液相工艺、固相工艺和液-固两相工艺[4]。针对不同工艺可以分出不同的制备方法。 (1)液态金属/陶瓷颗粒搅拌铸造
5、法 搅拌法制备PRMMCs,通过机械搅拌在熔体中产生涡流引入颗粒。还可采用其他方法引入颗粒,如离心铸造法、气流喷射分散法及零动力工艺等。许多研究者多采用此法制备了铝基复合材料;结果显示对SiC颗粒进行预处理有利于制备PRMMCs[5]。采用涡流法制备了SiCp/2L108复合材料,其颗粒分布均匀。熔体浸渗工艺包括压力浸渗和无压浸渗。利用惰性气体和机械装置作为压力媒体将金属熔体浸渗进多气孔的陶瓷预制块中,可制备体积分数高达50%的复合材料,随后用稀释的方法降低体积分数。这种方法被广泛用于制造Toyota发动机活塞。但缺点是预制块的变形、微观结构不均匀、晶粒尺寸粗大和界面反应等。(2)固相
6、工艺PM法 PM(粉末冶金)法是最早开发制备PRMMCs的工艺之一，一般包括混粉、冷压、除气、热压和挤压过程。它的优点是任何金属都可以作为基体材料;可以使用非平衡合金,如快凝合金和快淬粉末制备大体积分数的复合材料;最大限度地提高材料的弹性模量,降低热膨胀系数。缺点是复杂的生产过程,产品的形状受到限制,生产成本高等,很难在生产中获得广泛的应用。在短时间内利用高电能和机械能快速固结金属-陶瓷混合物,短时快速加热可以控制相转变和显微结构粗化,这是通常其他工艺不能达到的高能高速工艺[6]实质上也是一种PM工艺。 (3)流变铸造法 流变铸造法是对处于固-液两相区的熔体施加强烈搅拌形成低粘度的半固
7、态浆液,同时引入颗粒,利用半固态浆液的触变特性分散增强相,但存在搅拌工艺的问题。(4)喷射沉积技术 喷射沉积技术最初是Singer开发的,由OspreyMetals公司投入生产应用[7]。它是在雾化器内将陶瓷颗粒与金属熔体相混合,随后被雾化喷射到水冷基底上形成激冷复合颗粒,需进行固结能制成大块复合材料。Cuptaletal[8]采用VCM制备了体积分数为20%的SiC/Al-Li复合材料。该技术优点是基体组织属于快凝范畴;陶瓷颗粒与金属熔滴接触
