第八章 金属基复合材料(MMC)制备工艺8.3
8.3 金属基复合材料(MMC)制备方法
8.3.1粉末冶金法(非连续增强相金属基复合材料制备工艺)
粉末冶金法也是一种制备非连续增强相金属基复合材料常采用的工艺。其优点如下:
1)与液相法相比,制备温度低,界面反应可控;
2)可根据要求设计复合材料的性能;
3)利于增强相与金属基体的均匀混合。
4)其组织致密、细化、均匀、内部缺陷明显改善;
5)利于净成型或近净成型,二次加工性能好。但工艺流程较长,成本较高是这种工艺的缺点。

8.3.2固态法(连续增强相金属基复合材料制备工艺)
(1)真空热压扩散结合

(2)热等静压(HIP)
热等静压制备金属基复合材料管材示意图

(3)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,终得到一定形状的终制品。常用这种工艺制备各种型材。
8.3.3液态法(非连续增强相金属基复合材料制备工艺)[-page-]
(1)压铸法
在压力的作用下,将液态或半液态金属以一定速度充填压铸模型腔或增强材料预制体的空隙中,在压力下快速凝固成型。
(2)半固态复合铸造
将颗粒加入半固态的金属熔体中,通过搅拌使颗粒在基体中分布均匀,并取得良好的界面结合,然后将半固态复合材料注入模具进行压铸成型。
(3)喷射成型法
喷射沉积工艺是一种80年代逐渐成熟的将粉末冶金工艺中混合与凝固两个过程相结合的新工艺。
该工艺过程是将基体金属在坩埚中熔炼后,在压力作用下通过喷嘴送入雾化器,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“雾化锥”;同时通过一个或多个喷嘴向“雾化锥”喷射入增强颗粒,使之与金属雾化液滴一齐在一基板(收集器)上沉积并快速凝固形成颗粒增强金属基复合材料。

喷射成型法示意图
(4)无压浸渗法
美国Lanxide公司开发的一种新工艺。
将增强材料制成预制体,放置于由氧化铝制成的容器中。再将基体金属坯料置于增强材料预制体上部 。然后一齐均装入可通入流氮气的加热炉中。通过加热,基体金属熔化,并自发浸渗入网络状增强材料预制体中。

无压浸渗法制备Al2O3(f)/Al复合材料工艺原理示意图
8.3.4 原位(In situ)生长(复合)法
增强相从基体中直接生成,生成相的热力学稳定性好,不存在基体与增强相之间的认识润湿和界面反应等问题,基体与增强相结合良好,较好的解决了界面相容性问题。

(1)共晶合金定向凝固 :共晶合金定向凝固要求合金成分为共晶或接近共晶成分,开始为二元合金,后发展为三元单变共晶,以及有包晶或偏晶反应的两相结合。定向凝固时,参与共晶反应的а和в相同时从液相中生成,其中一相以棒状(纤维状)或层片状规则排列生成(上图)。


(2)反应生长法(XD TM)
该工艺可生成颗粒、晶须或共同增强的金属和金属间化合物基复合材料。根据所选择的原位生长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,按一定比例混合制成预制体,并加热到熔化或自蔓延燃烧(SHS)反应发生的温度时,预制体的组成元素进行放热反应,以生成在基体中弥散的
微观增强颗粒、晶须和片晶等
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反应生长法(XD TM)工艺原理示意图









































