金属基复合材料定稿.ppt

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Company Logo,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,金属基复合材料定稿,铝基复合材料,铝基复合材料基体,铝有许多特点,如质量轻、密度小、可塑性好,熔点低制备工艺简单。,铝基复合技术容易掌握,易于加工,，,比强度和比刚度高,高温性能好,更耐疲劳和更耐磨,阻尼性能好,热膨胀系数低。,同其他复合材料一样,它能组合特定的力学和物理性能,以满足产品的需要。因此,铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。,常见铝基体,工业纯铝,铸造冶金变形铝合金（,2014,、,2024,、,2124,等，且不选含,Mn Cr,的铝合金，因其产生脆性相,）,粉末冶金变形铝合金,铸造铝合金,新型铝合金,复合材料增强基,分类：,连续的和非连续的纤维、晶须、颗粒。,特性：,高强度、高模量、高刚度、抗疲劳、耐热、耐磨、抗腐蚀、热膨胀系数小、导电、导热以及润湿性、化学相容性、易加工等。,铝基复合材料的增强纤维有硼纤维，碳纤维，碳化硅纤维等。,铝复合材料的种类与分类,铝合金材料可按,增强相,，,铝基体,及,材料特性,三方面进行分类。,按增强体分类：,长纤维增强复合材料,短纤维增强复合材料,颗粒增强复合材料,混合增强复合材料,纳米复合材料,层合复合材料,倾泻复合材料,表面复合材料,铸造铝合金基复合材料,变形铝合金基复合材料,以铝基体分类 工业纯铝基复合材料,新型铝合金基复合材料,结构复合材料,以特性分类 功能复合材料,智能复合材料,铝基复合材料的应用,1,、在汽车领域的应用,美国的,Duralcan,研制出用,SiC,颗粒增强铝基复合材料制造汽车,制动盘,用其代替传统铸铁制动盘，,使其重量减轻了,60%40%,而且提高了耐磨性能,噪音明显减小,摩擦散热快,;,同时该公司还用,SiC,颗粒增强铝基复合材料制造了汽车发动机,活塞和齿轮箱等汽车零部件,这种汽车活塞比铝合金活塞具有,较高的耐磨性、良好的耐高温性能和抗咬合性能,同时热膨胀,系数更小,导热性更好。,用,SiCp/Al,复合材料制成的汽车齿轮箱在强度和耐,磨性方面均比铝合金齿轮箱有明显的提高。铝合金复合材,料也可以用来制造刹车转子、刹车活塞、刹车垫板、卡钳,等刹车系统元件,上个世纪,80,年代,日本丰田公司成功地用,/AlO,Al32,复合材料制备了发动机活塞,与原来的铸铁发动,机活塞相比,重量减轻了,10%5%,导热性提高了,4,倍。,2,、在航空航天领域的应用,Cercast,公司采用熔模铸造工艺研制成,A357SiC20%Vol+,复合材料,用该材料代替钛合金制造直径达,mm 180,、重,17.3kg,的飞机摄相镜方向架,使其成本和重量明显降低,同时该复合材料还可用来制造卫星反动轮和方向架的支撑架。,美国,DWA,公司用,/6061SiC 25%p,铝基复合材料代替,7075,制造航空结构的导槽、角材，使其密度下降了,17%,，模量提高了,65%,。,铸造,SiC,颗粒增强,A356,和,A357,复合材料可以制造飞机液压管、直升机的起落架和阀体等,3,、在电子和光学仪器中的应用,铝基复合材料,特别是,SiC,增强铝基复合材料,由于具有热膨胀系数小、密度低、导热性能好等优点,适合于制造电子器材的衬装材料、散热片等电子器件。,SiC,颗粒增强铝基复合材料的热膨胀系数完全可以与电子器件材料的热膨胀相匹配,而且导电、导热性能也非常好。,IBM,公司,2004,年第,2,期黄永攀等,:,铝基复合材料的性能、应用及制造工艺就是利用其上述性能，在,MCMs,器件中使用该种材料封装和改进冷却系统结构,使其工作时产生的热量迅速扩散,提高了元件的有效性。,在精密仪器和光学仪器的应用研究方面,铝基复合材料用于制造望远镜的支架和副镜等部件。,另外铝基复合材料还可以制造惯性导航系统的精密零件、旋转扫描镜、红外观测镜、激光镜、激光陀螺仪、反射镜、镜子底座和光学仪器托架等许多精密仪器和光学仪,器,4,、在体育用品上的应用,铝基复合材料可以代替木材及金属材料来制作网球拍、钓鱼竿、高尔夫球杆和滑雪板等。,用,SiC,颗粒增强铝基复合材料制作的自行车链齿轮重量轻、刚度高、不易挠曲变形,性能优于铝合金链齿轮,镍基复合材料,镍基复合材料是以,镍及镍合金为基体,制造的。由于镍的,高温性能优良,，因此这种复合材料主要是用于制造,高温下工作的零部件,。,用途：镍基变形高温合金广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机的热端部件，如工作叶片，导向叶片、涡轮盘和燃烧室等。,燃气轮机涡轮零件,高温合金,汽车增压器喷嘴环叶片,钛基复合材料,1.,钛基复合材料的种类：,钛是同素异构体，熔点为,1720,，在低于,882,时呈密排六方晶格结构，称为,钛；,在,882,以上呈体心立方品格结构，称为,钛。,2.,热氢处理对颗粒增强钛基复合材料显微组织,原始复合材料的相变温度为,1035C,，,含氢,0.15 wt.%,的复合材料，其相变温度温度为,935C,对于含氢,0.60 wt.%,的复合材料，其相变温度温度为,825C,3.,钛基复合材料的应用,采用树脂基复合材料和钛基复合材料制造起落架，与,300M,钢比较可获得明显减重，,空心的树脂基复合材料结构大约,1.5,厘米厚，较之标准的,26,千克的,300M,钢约轻,5,千克,4.,生物上的应用,Ti2448,钛合金是迄今为止初始杨氏模量最低的钛合金，与人体组织的生物相容性和力学相容性优异，是一种具有人体骨骼仿生特性的新型生物医用金属材料，该合金同时具有高强度、高阻尼、超弹性等优异性能和易加工、易焊接等加工性能，在航天等尖端工程领域也具有重要的潜在应用,5.,航空中的应用,高温钛合金主要用于制造航空发动机压气机叶片、盘和机匣等零件，这些零件要求材料在高温工作条件下,(300600),具有较高的比强度、高温蠕变抗力、疲劳强度、持久强度和组织稳定性。随着航空发动机推重比的提高，高压压气机出口温度升高导致高温钛合金叶片和盘的工作温度不断升高。经过几十年的发展，固溶强化型的高温钛合金最高工作温度由,350,提高到了,600,。,镁基,复合材料,碳（石墨）纤维,SiC,颗粒或晶须,Al,2,0,3,颗粒或纤维,TiC,颗粒,B,4,C,颗粒,A1,18,B,4,0,33,颗粒或晶须,增强相,结 构,镁的性能,重量轻,：,镁合金是最轻的工程结构材料,。,镁的密度,1.74,，约为钢的,1/4,，铝的,2/3,，为工程塑料的,1.5,倍。,比强度、比刚度高,：,镁合金的比强度明显高于铝合金和钢，比刚度与铝合金和钢相当，而远远高于工程塑料，为一般塑料的,10,倍,。,减振性好,：,相同载荷下，是铝的,100,倍，钛合金的,300,500,倍。电磁屏蔽性佳。,散热性好,：,金属的热传导性是塑料的数百倍，其热传导性略低于铝合金及铜合金，远高于钛合金，常用合金中比热最高。,耐蚀性好,：,为碳钢的,8,倍，铝合金的,4,倍，为塑料材料的,10,倍以上。质感佳：外观及触摸质感极佳，使产品更具豪华感。,可回收性好,：,花费相当于新料价格的,4%,，可回收利用镁合金制品及废料。,镁基复合材料的组织与性能,镁基复合材料组织特征为增强体分布在基体合金中，同时引入了大量的界面以及高密度位错缠结，其晶粒度较基体合金也小，无论是高密度位错引起的位错强化，还是细化晶粒的作用都将提高和改善复合材料的拉伸强度和刚度等力学性能。,挤压变形、固溶时效以及其它一些工艺的运用和调整都将有利于进一步提高镁基复合材料力学性能。镁基复合材料具有良好的阻尼性能,(,减振性能,),、电磁屏蔽性能和储氢特性，是良好的功能材料，还具备密度小、贮氢容量高、资源丰富等优点。,镁基贮氢复合材料正被日益重视，主要制备方法有多元合金化、机械合金化、多元复合等。,密度低，比强度和比刚度高，同时还具有良好的耐磨性、耐冲击性、优良的尺寸稳定性和铸造性能，是一类优秀的结构与功能材料,主要特点,若是利用镁合金做基体制作复合材料，则能够在保护镁合金的同时又能发挥镁合金比强度高的优点,采用热轧制备了,7075AI,MGY,7075A1,叠层复,合材料，在实验范围内，材料的拉伸强度达到,300 MPa,以上，最高达,370 MPa,，高于常见镁合金的。,随着铝合金厚度的增加，叠层复合材料的拉伸和弯曲刚度逐渐增加，且拉伸刚度均高于相应镁合金的。随着铝合金厚度的增加，,3003A1,AZ31,3003A1,叠层复合材料的拉伸比刚度逐渐减小，其它,3,种叠层复合材料的则逐渐增加，但上述,4,种镁基叠层复合材料的弯曲比刚度均先增加后降低。,MGY,系叠层复合材料的弯曲比刚度在镁合金厚度约占,1,2,时达到最大值，而,AZ31,系叠层复合材料的则在镁合金厚度,约占,40,时达到最大值。,优良的力学性能,储氢性能,镁基复合材料具有,储氢量大,、质量轻、价格低以及,资源丰富,等优点。,应用,美国,TEXTRON,、,DOW,化学公司用,SiC,Mg,复合材料制造螺旋桨、导弹尾翼、内部加强的汽缸等。,DOW,化学公司用,AlzO SiC,Mg,复合材料已制成皮带轮、油泵盖等耐磨件，并制备出完全由,AlzO,Mg,复合材料构成的油泵。,美国海军研究所和斯坦福大学利用,B C,MgLi,、,Bp,MgLi,复合材料制造卫星天线构件。,加拿大镁技术研究所成功开发了搅拌铸造及挤压铸造,SiC,颗粒增强镁基复合材料，试图利用其低密度、耐磨损、高比刚度等特点用于汽车的盘状叶轮、活塞环槽、齿轮、变速箱轴承、差动轴承、拨叉、连杆、摇臂等零部件。,应用,镁基复合材料产品,电子工业,汽车工业,航空航天工业,镁基复合材料的发展前景展望,从目前发展趋势看，简化现有制备工艺、改善成形性以降低制备成本是发展镁基复合材料的攻克点，从而能实现大规模的商业化。,研究方向,：,(1),低成本制备技术的开发,(2),增强体的选择,(3),超轻系镁基复合材料的研究,(4),镁基功能复合材料的开发利用，尤其是镁基储能材料的研究开发会更加深入。,(5),镁基复合材料回收和再利用技术。这是应环保及可持续发展要求而必须面对的新型课题。,(6),镁基复合材料的智能化设计。,37,金属基复合材料的成型技术,金属基复合材料的,制备工艺方法,对复合材料的,性能,有很大的影响，是金属基复合材料的,重要研究内容,之一。,38,金属基复合材料工艺研究内容,金属基体与增强材料的,结合,和,结合方式,；,金属基体,/,增强材料,界面,和,界面产物,在工艺过程中的形成及控制,；,39,增强材料,在金属基体中的,分布,；,防止,连续纤维,在制备工艺过程中的,损伤,；,优化,工艺参数,，提高复合材料的,性能和稳定性,，降低,成本,。,40,根据各种,方法的基本特点,，,把,金属基复合材料的制备工艺,分为四大类：,(1),固态,法；,(2),液态,法；,(3),喷射与喷涂沉积,法；,(4),原位复合,法。,41,常用的金属基复合材料制备工艺,42,(1),固态法,固态制备工艺主要为,扩散结合,和,粉末治金,两种方法。,43,1),扩散结合,在一定的,温度和压力,下，把表面,新鲜清洁,的,相同或不相同,的金属，通过,表面原子的互相扩散,而连接在一起。,因而，扩散结合也成为一种制造,连续纤维增强金属基复合材料,的传统工艺方法。,44,扩散结合工艺,中，,增强纤维与基体的结合,主要分为三个关键步骤：,纤维的排布；,复合材料的叠合和真空封装；,热压。,45,采用,扩散结合方式,制备金属基复合材料，,工艺相对复杂,，,工艺参数控制,要求严格，纤维排布、叠合以及封装手工操作多，,成本高,。,但,扩散结合,是,连续纤维增强,并能,按照铺层要求排布的,惟一可行的工艺。,46,在,扩散结合工艺,中，,增强纤维与基体,的,湿润问题,容易解决，而且,在热压时,可通过,控制工艺参数,的办法来,控制界面反应,。,因此，在金属基复合材料的,早期生产,中大量采用,扩散结合工艺,。,47,2),粉末冶金,粉末冶金既可用于,连续长纤维,增强，又可用于,短纤维,、,颗粒,或,晶须,增强的,金属基复合材料,。,48,在粉未冶金法中，,长纤维增强金属基复合材料,分两步进行。,首先是将,预先设计好的一定体积百分比的,长纤维和金属基体粉末,混装于容器中，在,真空或保护气氛,下,预烧结,。,然后将,预烧结体,进行,热等静压,加工。,49,一般情况下，采用,粉未冶金工艺,制备的,长纤维增强金属基复合材料中,，纤维的,体积百分含量,为,40%60%,，最多可达,75%,。,50,粉末冶金法五大优点,热等静压,或,烧结温度,低于,金属熔点，因而由高温引起的增强材料与金属基体的,界面反应少,，减小了界面反应对复合材料性能的不利影响。同时可以通过,热等静压或烧结时,的,温度,、,压力,和,时间,等工艺参数来,控制界面反应,。,51,可根据性能要求，使增强材料（纤维、颗粒或晶须）与基体金属粉末,以任何比例混合,，,纤维含量最高,可达,75%,，,颗粒含量,可达,50%,以上，这是液态法无法达到的。,52,可降低,增强材料与基体,互相湿润,的要求，也降低了,增强材料与基体粉未,的,密度差,的要求，使,颗粒或晶须,均匀分布,在金属基复合材料的基体中。,53,采用,热等静压工艺,时，其,组织细化,、,致密,、,均匀,，一般不会产生,偏析、偏聚,等缺陷，可使,孔隙和其他内部缺陷,得到明显改善，从而提高复合材料的性能。,54,粉未冶金法,制备的,金属基复合材料,可通过传统的,金属加工方法,进行二次加工。可以得到所需形状的复合材料构件的,毛坯,。,55,工艺过程比较,复杂,；,金属基体必须制成粉末，增如了工艺的,复杂性,和,成本,；,在制备铝基复合材料时，还要防止铝粉引起的,爆炸,。,粉末冶金法主要缺点,56,2,液态法,液态法亦称为,熔铸法,，其中包括,压铸,、,半固态复合铸造,、,液态渗透,以及,搅拌法,和,无压渗透法,等。,57,液态法是目前制备,颗粒,、,晶须,和,短纤维,增强金属基复合材料的,主要工艺方法,。,液态法,主要特点,是金属基体,在制备复合材料时,均处于液态。,58,与固态法相比，液态法的,工艺及设备相对简便易行,，与传统金属材料的成型工艺，如铸造、压铸等方法非常相似，,制备成本较低,，因此液态法得到较快的发展。,59,1),压铸,压铸成型是指,在压力作用下,将液态或半液态金属基复合材料或金属,以一定速度,充填,压铸模型腔,或,增强材料预制体的孔隙,中，,在压力下,快速,凝固成型,而制备金属基复合材料的工艺方法。,60,压铸成型法的具体工艺,首先将,包含有增强材料的金属熔体,倒入,预热摸具中,后，迅速加压，压力约为,70100MPa,，使,液态金属基复合材料,在压力下凝固。,待复合材料,完全固化后,顶出，即制得所需形状及尺寸的金属基复合材料的,坯料或压铸件,。,61,压铸工艺中，影响,金属基复合材料性能的,工艺因素,主要有四个：,熔融金属的温度,、,模具预热温度,使用的最大压力,、,加压速度,。,62,在采用,预制增强材料块,时，为了获得,无孔隙,的复合材料，一般,压力,不低于,50MPa,，,加压速度,以,使预制件不变形,为宜，一般为,13cm/s,。,63,对于,铝基复合材料,，熔融金属温度一般为,700800,，,预制件和模具预热温度,一般可控制在,500800,，并可相互补偿，如前者高些，后者可以低些，反之亦然。,64,采用,压铸法,生产的,铝基复合材料,的零部件，其,组织细化,、,无气孔,，可以获得比一般,金属模铸件,性能优良的压铸件。,与其他金属基复合材料制备方法相比，压铸工艺,设备简单,，,成本低,，材料的,质量高且稳定,，易于,工业化,生产。,65,2),半固态复合铸造,半固态复合铸造主要是针对,搅拌法的缺点,而提出的改进工艺。,这种方法是将颗粒加入处于半固态的金属基体中，通过搅拌使颗粒,在金属基体中,均匀分布，并取得良好的界面结合，然后,浇注成型,或将半固态复合材料,注入模具中,进行,压铸成型,。,66,通常采用,搅拌法制备金属基复合材料,时，常常会由于,强烈搅拌,将,气体或表面金属氧化物卷入金属熔体中,；,同时,当颗粒与金属基体,湿润性差,时，颗粒难以与金属基体复合，而且颗粒,在金属基体中,由于比重关系而难以得到均匀分布，影响复合材料性能。,67,半固态复合铸造的原理,是将,金属熔体的温度,控制在,液相线与固相线,之间，通过搅拌使部分,树枝状结晶体,破碎成,固相颗粒,，熔体中的固相颗粒是一种,非枝晶结钩,，可以防止,半固态熔体粘度的增加,。,68,当加入,预热后的,增强颗粒,时，因熔体中含有一定量的,固相金属颗粒,，在搅拌中,增强颗粒受阻,而滞留在半,固态金属熔体,中，增强颗粒不会,结集和偏聚,而得到一定的分散。,同时强烈的,机械搅拌,也使,增强颗粒与金属熔体,直接接触，,促进润湿,。,69,主要控制工艺参数,金属基体,熔体的温度,应使熔体达到,30%50%,固态；,搅拌速度,应,不产生湍流,以防止空气裹入，并使熔体中,枝晶破碎,形成固态颗粒，降低熔体的粘度，从而有利于增强颗粒的加入。,70,由于浇注时,金属基复合材料,是,处于半固态,，,直接浇注成型,或,压铸成型,所得的铸件几乎,没有缩孔或孔洞,，,组织细化和致密,。,71,半固态复合铸造,主要应用于,颗粒增强,金属基复合材料,，因短纤维、晶须在加入时容易,结团或缠结,在一起，虽经搅拌也不易分散均匀，因而不易采用此法来制备,短纤维或晶须增强,金属基复合材料。,72,3),无压渗透,工艺过程,如下：,是将,增强材料,制成,预制体,，置于氧化铝容器内。,再将,基体金属坯料,置于可渗透的,增强材料预制体,上部。,73,氧化铝容器,、,预制体,和,基体金属坯料,均装入,可通入流动氮气,的,加热炉,中。,通过加热，,基体金属熔化,，并自发渗透进入网络状,增强材料预制体,中。,74,无压渗透工艺,能较明显,降低,金属基复合材料的制造,成本,，但复合材料的,强度较低,，而其,刚度,显著高于基体金属。,75,例如以,5560%Al,2,O,3,或,SiC,预制成,零件的形状,，放入同样形状的,刚玉陶瓷槽内,，将含有,3%10%Mg,的,铝合金,（基体）,坯料,放置在,增强材料预制体,上，在流动的氮气气氛下，加热至,8001000,，,铝合金熔化并自发渗入预制体内,。,76,由于,氮气与铝合金,发生反应，在金属基复合材料的显微组织中还有,AlN,。,控制,氮气流量,、,温度,以及,渗透速度,，可以控制,AIN,的生成量,。,77,AIN,在,铝基复合材料,中起到提高复合材料,刚度,，降低,热膨胀系数,的作用。,采用这种方法制备的,Al,2,O,3,/Al,的刚度,是,铝合金基体,的两倍，而,SiC/Al,的刚度也达到钢的水平，但强度水平较低。,78,3,喷射沉积,首先，将,基体金属,在坩埚中熔化后，,在压力作用下,通过喷咀送入,雾化器,，在,高速惰性气体射流,的作用下，,液态金属被分散为细小的液滴,，形成所谓“,雾化锥,”；,79,然后，通过一个或多个,喷咀,向“雾化锥”喷射,入,增强颗粒,，使之与,金属雾化液滴,一齐,在基板（收集器）上沉积,，并快速凝固形成,颗粒增强金属基复合材料,，如下图所示。,80,雾化金属液滴与颗粒共沉积示意图,81,喷射沉积法的优越性,该,工艺流程短,，,工序简单,，喷射,沉积效率高,，有利于实现工业化生产。,高致密度,，直接沉积的复合材料密度一般可达到理论的,95%98%,；,82,属,快速凝固方法,，冷速可达,10,3,10,6,K/s,，故金属,晶粒及组织细化,，消除了,宏观偏析,，,合金成分均匀,，同时增强材料与金属液滴接触时间短，,很少或没有界面反应,；,83,具有,通用性,和,产品多样性,。该工艺适于,多种金属材料基体,，如高、低合金钢、铝及铝合金、高温合金等。同时可,设计雾化器和收集器的形状,和一定的机械运动，以直接形成,盘,、,棒,、,管,和,板带,等接近,零件实际形状,的复合材料的坯料；,84,4,原位自生成法,在复合材料制造过程中，,增强材料,在基体中,生成和生长的方法,称作原位自生成法。,85,在,金属基复合材料,制备过程中，往往会遇到两个问题：,一是增强材料与金属基体之间的,相容性,（即润湿性）问题，,二是无论固态法还是液态法，增强材料与金属基体之间的界面都存在,界面反应,。,86,其中，,增强材料与金属基体,之间的,相容性,往往影响金属基复合材料,在高温制备和高温应用中的,性能,和,性能稳定性,。,如果,增强材料,（纤维、颗粒或晶须）能,从金属基体中,直接,（即原位）,生成,，则上述两个问题就可以得到较好的解决。,87,以,原位自生成法,制造的金属基复合材料中，基体与增强材料间的,相容性好,，,界面干净,，,结合牢固,。,特别当,增强材料与基体之间,有,共格,或,半共格,关系时，能非常,有效地传递应力,；而且，,界面上不生成有害的反应产物,，因此这种复合材料有较优异的力学性能。,88,原位自生成,有三种方法,1),共晶合金,定向凝固法,2),直接,金属氧化法,（,DIMOX,TM,）,3),反应,自生成法,（,XD,TM,）,89,1),共晶合金定向凝固法,增强材料,以共晶的形式,从基体中,凝固析出，通过控制,冷凝方向,，在基体中生长出,排列整齐的,类似纤维的,条状或片层状,共晶增强材料,。,以这种方式生产的,镍基,、,钴基,定向凝固共晶复合材料,已得到应用。,90,定向凝固共晶,复合材料的,原位生长,必须满足三个条件：,有,温度梯度,（,G,L,）的加热方式；,满足,平面凝固条件,；,两相的,成核和生长,要,协调进行,。,91,二元共晶材料的,平面凝固条件,是：,其中，,C,0,为合金成份；,G,L,为液相温度梯度；,R,为凝固速度；,m,L,为液相线斜率；,C,E,为共晶成份；,D,L,为溶质在液相中的扩散系数。,92,定向凝固共晶,复合材料的组织,是,层片状,还是,棒状,（纤维状）取决于共晶中,含量较少的组元的体积分数,X,f,。,在二元共晶中，当,X,f,32%,时为层片状。,93,定向凝固,共晶复合材料,主要应用于,航空透平机叶片,，有,三元共晶合金,Al-Ni-Nb,，它所形成的,和,相为,Ni,3,Al,和,Ni,3,Nb,；,单变度共晶合金,C-Co-Cr,，所形成的,和,相分别为,(Co,Cr),和,(Cr,Co),7,C,3,。,94,2),直接金属氧化法（,DIMOX,TM,）,DIMOX,TM,是一种可以制备,金属基复合材料,和,陶瓷基复合材料,的,原位复合工艺,。,DIMOX,TM,法根据是否有,预成型体,又可分为,惟一基体法,和,预成型体法,，两者原理相同。,95,惟一基体法,的特点,制备,金属基复合材料的,原材料中,没有填充物（增强材料预成型体）和增强相,，只是通过,基体金属的氧化或氮化,来获取复合材料。,96,在,惟一基体法,中，例如需制备,Al,2,O,3,/Al,，则可通过,铝液的氧化,来获取,Al,2,O,3,增强相。,通常,铝合金,表面迅速氧化，形成一种,内聚、结合紧密的,氧化铝膜,，这层氧化铝膜使得氧无法进一步渗透，从而阻止了膜下的铝进一步氧化。,97,但是在,DIMOX,TM,工艺中，,熔化温度,上升到,9001300,，远超过铝的熔点,660,。,通过进一步加入,促进氧化反应的合金元素,Si,和,Mg,，使熔化金属,通过显微通道,渗透到氧化层外边,，并顺序氧化，即铝被氧化，但,铝液的渗透通道,未被堵塞。,98,利用,惟一基体法,工艺，可以,根据氧化程度,来控制,Al,2,O,3,的量。,如果这一工艺过程在,所有金属被氧化之前,停止的话，则所制备的复合材料就是致密互连的,Al,2,O,3,陶瓷基复合材料，其中含有,5%30%,的,Al,。,99,除了可以,直接氧化,外，还可以,直接氮化,。,通过,DIMOX,TM,工艺还可以获得,AlN/Al,，,ZrN/Al,和,TiN/Ti,等,金属基或陶瓷基,复合材料。,100,当,DIMOX,TM,工艺采用,增强材料预成型体,时，由于,增强材料预成型体,是透气的，金属基体可以通过,渗透的氧或氮,顺序氧（氮）化,形成基体。,101,3),反应自生成法（,XD,TM,）,这种方法是在近20年中发展起来的技术，主要用于制造,金属间化合物,复合材料。,102,在反应自生成法中，,增强材料,是由,加入基体中的,相应元素之间的反应，,或者,合金熔体中的,某种组分,与,加入的元素或化合物之间反应,生成的。,103,在,XD,TM,工艺中，可以根据,所选择的原位生成的,增强相的类别或形态,，选择,基体和增强相生成所需的,原材料,，如一定粒度的金属粉末，硼或碳粉，按一定比例（反应要求）混合。,104,XD,TM,工艺原理示意图,105,当这种混合物制成,预制体,，加热到,金属熔点以上,或者,自蔓延的反应发生的温度,时，,混合物的组成元素进行放热反应,，用以生成,在基体中弥漫的,微观增强颗粒,、,晶须,和,片晶,等增强相。,106,XD,TM,工艺的,关键技术,是可以生成一种,韧相,，它属于专利技术。,例如，一定粒度的铝粉、钛粉和硼粉,以一定比例,混合成型,，加热后反应生成,TiB,2,，进而形成,TiB,2,增强的铝基复合材料。,Al+Ti+B TiB,2,+Al,107,XD,TM,法不仅可以用,粉末反应,生成复合材料，也可以,在熔融的合金中,导入,参加反应的粉末或气体,而生成复合材料。,如在熔融的,Al-Ti,合金中导入,载碳气体,，反应生成,TiC,，进而形成,TiC,增强铝基复合材料。,Al+Ti+C TiC+Al,108,XD,TM,工艺特点,增强相是,原位形成,，具有,热稳定性,；,增强相的,类型、形态,可以,选择和设计,；,各种,金属或金属间化合物,均可作为基体；,复合材料可以采用,传统金属加工方法,进行二次加工,。,109,XD,TM,材料包括,Al,、,Ti,、,Fe,、,Cu,、,Pb,和,Ni,基复合材料，还可以是,TiAl,、,Ti,3,Al,和,NiAl,等,金属化合物基,复合材料。,其中，,增强相,包括,硼化物,、,氮化物,和,碳化物,等，其,形态,可以是,颗粒,、,片晶,和,杆状,，还可以,原位生成晶须,。,110,3、陶瓷基复合材料的制备方法与工艺,陶瓷基复合材料,的制造分为两个步骤：,第一步是将,增强材料,掺入,未固结(或粉末状)的,基体材料,中，排列整齐或混合均勾；,第二步是运用,各种加工条件,在尽量,不破坏,增强材料,和,基体性能,的前提下，制成复合材料制品。,111,根据,陶瓷基复合材料,的制造步骤，在,加工制备复合材料,时，应,根据使用要求,，相应地增强,材料和基体的复合,，针对,不同的增强材料,(纤维、晶须、颗粒)，选择,相应的加工条件,等因素。,112,选择哪种,增强材料和基体,，除了,根据使用要求,，如,温度,、,强度,、,弹性模量,等，两种材料间一些,性能的配合,也直接,影响复合材料的性能,。,113,通常要考虑的,两种材料的主要因素,如下：,物理因素,：,熔点,、,挥发度,、,密度,、,弹性模量,、,热膨胀系数,、,蠕变性能,、,强度,、,断裂韧性,等。,114,纤维和基体,的,相容性因素,：,化学相容性,、,热性能相容性,(主要是高温状态)、,同环境的相容性,(包括内部和外部，而外部环境的相容主要包括氧化和蒸发)。,115,针对,不同的增强材料,，已经开发了,多种加工技术,。,例如，对于以,连续纤维增强的,陶瓷基复合材料的加工,通常采用下面三种方法：,首先采用,料浆浸渍,工艺，然后再,热压烧结,；,116,将,连续纤维,编织制成,预成型坯件,，再进行,化学气相沉积,(,CVD)，,化学气相渗透,(,CVI)，,直接氧化沉积,(,Lanxide)；,利用,浸渍-热解循环,的,有机聚合物裂解法,制成,陶瓷基复合材料,。,117,对于,颗粒弥散型,陶瓷基复合材料,，主要采用,传统的烧结工艺,，包括,常压烧结,、,热压烧结,或,热等静压烧结,。,118,此外，一些,新开发的工艺,如,固相反应烧结,、,高聚物先驱体热解,、,CV,、,溶胶凝胶,、,直接氧化沉积,等也可用于,颗粒弥散型,陶瓷基复合材料的制备,。,119,晶须补强,陶瓷基复合材料的制备方法,：,将,晶须,在液体介质中,经,机械或超声分散,，再与,陶瓷基体粉末,均匀混合,，制成,一定形状的坯件,，烘干后,热压或热等静压,烧结。,120,制备,晶须补强,陶瓷基复合材料,时，为了克服,晶须,在烧结过程中的,搭桥现象,，坯件制造采用,压力渗滤,或,电泳沉积,成型上艺。,此外，,原位生长,工艺、,CVD,、,CAI,、,固相反应烧结,、,直接氧化沉积,等工艺也适合于制备,晶须补强,陶瓷基复合材料,。,Thank You!,