6复合材料制造方法.ppt

第六章金属基复合材料制造方法 前言 第一节　金属基复合材料制造的难点及解决的途径 第二节　金属基复合材料制造方法的分类 第三节　纤维预成形体的排布层合 第四节　固相法 第五节　液态法 第六节　其他复合制造方法 第七节　纤维增强金属基复合材料制备方法 第八节　分散强化金属基复合材料的复合成形 第九节　颗粒增强金属基复合材料的复合成形 第十节　金属基混杂复合材料 第十一节　金属基复合材料的二次加工 本章作业与思考题 前言 虽然现有金属冶金工业中采用的粉末冶金、铸造、挤压、轧制等常规方法也被利用制造金属基复合材料，但金属基复合材料的制造方法有其特殊的要求，在选用制造方法时需认真考虑。其主要要求为： 1) 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； 2) 制造过程不造成增强物和金属基体原有性能的下降，特别是避免高性能连续纤维的损伤，使增强物和金属的优良性能得以叠加和互补； 3) 制造过程中应避免各种不利的反应发生，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获得合适的界面结构和性能，使增强物的性能和增强效果得以充分发挥，以及金属基复合材料组织性能的稳定； 4) 制造方法应适合于批量生产，尽可能直接制成接近最终形状尺寸的金属基复合材料的零件。 不同类型的金属基复合材料的制造方法差别 不同类型的金属基复合材料，其制造方法上有很大差别，需考虑金属基体和增强物类型、物理、化学特性、化学相容性等。 连续纤维增强金属基复合材料的制造难度最大，将纤维以一定的含量、排列方向，分布在金属基体中，需要采用一些特殊的方法。如固态扩散粘结、液态金属浸渍等。 而制造颗粒、晶须增强金属基复合材料相对容易一些，可选用现有常规冶金方法，如粉末冶金、挤压、铸造等方法来制备，适合于批量生产。 第一节　金属基复合材料制造的难点及解决的途径 金属基复合材料的制造比树脂基复合材料要复杂和困难得多，这与金属固有的物理、化学特性有关。基体金属一般均具有较高的熔化温度，在室温时呈致密的固体。要把大量尺寸细小的纤维、晶须、颗粒等增强物按一定比例的含量、分布、排列方向与金属基体复合在一起，难度很大。 增强物与金属基体复合在一起的必要条件是：(1)金属必须具有足够的流动性、成型性，使金属能浸渗和充填到增强物之间与增强物复合在一起；(2)基体金属与增强物要有良好的浸润性，否则难以复合在一起。 因此金属基复合材料的制备必须在高温下(熔点以上温度或接近熔点温度)进行。但在高温下金属的化学活性也随温度升高而增加，产生一些不利的化学反应。 制备金属基复合材料的主要困难有： 制备金属基复合材料的主要困难 (一) 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。在高温下制备会发生基体金属氧化、元素烧损、纤维氧化损伤等不利的化学反应。 (二) 金属基体与增强物之间浸润性差，甚至不浸润； (三) 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。 第二节　金属基复合材料制造方法的分类 (一) 固态法 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。 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。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、拉拔法等等均属于固态复合成型方法。 (二)液态金属法 液态金属法：金属基体处于熔融状态下与固体增强物复合在一起的方法。 特点：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。 为了克服金属基体与增强物浸润性差，可采用加压浸渗。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。 也有通过纤维、颗粒表面涂层处理实现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。 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、锭环等作为二次加工或零件的原料。 挤压铸造法、真空吸铸、液态金属浸渍法、真空压力浸渍法、搅拌复合法等等均属于液态法。 (三)自生成法及其他制备法 自生成法：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，Al2O3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。 反应自生成法制备的复合材料中的增强物不