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1、第卷第期月金属学报年金属基复合材料的现状与展望’吴人洁上海交通大学,上海文综述了金属基复合材料的进展情况,、、、应用摘要本包括其所处地位现有品种制备工艺情况和存在问题报道了目前本领域的研究热点,如界面问题,凝固过程,一些金属基复合材料,的制备科学以及原位复合工艺等方面的现状,并在此基础上展望发展前景关键词金属基复合材料,界面,原位复合金属基复合材料在年代末才有较快的发展,是复合材料一个新的分支,目前尚远不如高聚物基复合材料那样成熟,但由于金属基复合材料比高聚物基复合材料耐温性有所提高,同、、、,,〔’〕时具有防燃不吸湿高导电与导热
2、使用时不释放气体等特点所以仍具备发展的必要性进展现状金属基复合材料基本上可分为连续纤维增强、非连续体增强包括颗粒、短纤维和晶须和叠层复合三类所用的基体金属包括,,等轻金属及其合金、高温合金以及金属间化合物等,也有少量以钢、铜、锌、铅为基体连续增强体主要有碳及石墨纤维、碳化硅纤维包括钨芯及碳芯化学气相沉积丝和先驱体热解纤维、硼纤维钨芯、氧化铝纤维、不锈钢丝和钨丝等,非连续增强体中短纤维常用氧化铝含莫来石和硅酸铝纤维,颗粒则有碳化硅、氧化铝、氧化错、硼化钦、碳化钦和碳化硼等,而晶须类主要为碳化硅、氧化硅以及最近开发的硼酸铝、钦酸钾等晶
3、须用以上的各种基体和增强体虽可组成大量金属基复合材料的品种,但实际上只有极少几种有应用前景,多数仍处在研究开发阶段,甚至也有不少品种目前尚看不到其应用前景金属基复合材料的复合工艺比高聚物基复合材料相对复杂和困难这是由于金属熔点较,需要在高温下操作,,甚,高同时不少金属对增强体表面的润湿性很差至不润湿加上金属在高,,〔,目前虽然已发展出不少复合工艺,〕温下很活泼易与多种增强体发生反应针对这些情况但各自仍存在一定的问题常用的复合工艺可分以下三类扩散粘结法对于颗粒、晶须等增强体可以采用成熟的粉末冶金法,即把增强体与金属粉末混合后冷压或热
4、压烧结,也可以用热等静压的工艺对于连续增强体则较复杂,需先将纤维进行表面涂层以改善它与金属的润湿性并起到阻碍与金属反应的作用,再浸人液态金属制成复合丝,最后把复合丝排列并夹人金属薄片后热压烧结对于难熔金属则用等离子喷涂法把金属喷射在纤维收稿日期一本文通讯联系人吴人洁,教授,上海上海交通大学复合材料研究所©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net期吴人洁金属基复合材料的现状与展望已排好的框架
5、上制成复合片,再把这些片材层叠热压或热等静压成型这类方法成本高,工艺及装备复杂,但制品质量好铸造法用铸造法制备金属基复合材料,工艺比较简单,制品质量也较好,所以受到普遍的关注铸造法中包括熔体搅拌铸造法、液相浸渗法和共喷射法等熔体搅拌法是一种简单常用的方法,分液态和半固态搅拌法两种,前者系将固态颗粒逐步混合于处在机械搅拌下的液态金属中而半固态是利用含有一定固相的半固态熔体在高速切应力作用下的流变行为使之粘度降低,颗粒逐步加人后,熔体中的固相可以起到阻止颗粒上浮和下沉的作用,这种方法也称复合铸造法这类方法的设备与工艺相对简单,同时可以
6、制成铸锭,用常规二次加工方法制成工件或型材但是制件中容易形成气孔、夹杂、增强体分布不均匀等现象而影响质量液相浸渍法中有挤压法和真空一压力浸渗法一八这两种方法均需要把增强体制成预制件,压力浸渗法则将预制件放人模具预热后,即将金属熔体倾人,同时压下压头,使其在压力下浸渗,熔体凝固后即可脱模这种方法工艺简单,但预制件中的气体不易在凝固前排出而造成气孔与疏松,同时预制件也易发生变形和偏移因此,在此基础上又发展了真空一压力浸渗法川,即将预制件放人位于承压容器的模具内,先抽真空,排出预制件内的气体,再用气压把金属熔体由通道压人模具内,使之浸渗
7、预制件,等其冷凝后取出这种方法虽然需要专用设备,但是制件质量好,同时可使增强体达到很高的体积分数共喷射沉积法。一是一种新复合方法内,它是用隋性气体将液体金属雾化成微小的液滴,并使之向一定方向喷射,在喷射途中与另一路由隋性气体送出的增强体微细颗粒会合,共同喷射沉积在有水冷衬底的平台上,凝固成复合材料这是一个较复杂的过程,与金属的雾化情况、沉积凝固条件和增强体的送人角度等有关,过早的凝固则不能复合,而过迟的凝固则使增强体发生上浮下沉而分布不匀这种方法的优点是工艺快速,金属的大范围偏析和晶粒粗化可以得到抑制,避免复合材料发生界面反应,增
8、强体分布均匀缺点是出现原材料被气流带走和沉积在设备器壁上等现象而损失较大,还有复合材料气孔率高以及容易出现疏松情况盛层复合法叠层式金属基复合材料系先将不同金属板用扩散结合方法复合,然后采用离子溅射或分子束外延方法交替地将不同金属或金属、陶瓷薄层叠合
