原位纳米颗粒TiB2 A2O3增强7075铝基复合材料的结构设计+赵明+3110706049+复合材料1102.doc

原位纳米颗粒 Al2O3增强铝基复合材料的结构设计 2014 年 7 月 内容摘要 本次原位纳米颗粒 Al2O3增强铝基复合材料的结构设计TiB2增强7075铝基复合材料的制备的方法和原理，原位纳米颗粒增强铝基复合材料的性能以及原位铝基纳米复合材料制备及应用中存在的关键技术问题。 目录 一. 原位颗粒TiB2增强7075铝基复合材料的制备的方法和原理 4 1.1新型制备技术 4 1.2存在的问题、研究重点和发展趋势 4 1.3研究重点、方法、问题、意义 5 二. 原位颗粒增强铝基纳米复合材料的性能 5 2.1 力学性能 5 2.2 磨损性能 6 2.3 热学性能 9 2.4 蠕变性能 12 三.原位铝基复合材料制备及应用中存在的关键技术问题 13 参 考 文 献 13 一. 原位颗粒TiB2增强铝基复合材料的制备的方法和原理： 金属基复合材料的最初发展是在 60 年代，但由于制备技术等各种因素的限制，当时并未引起注意。直到 70 年代后期，由于高新技术对材料的各种性能要求日益提高，这使得金属基复合材料以它优良的性能倍受重视。特别是近年来，由于材料成本的降低，制备工艺的逐步完善。与传统材料相比，颗粒增强铝基复合材料具有重量轻、高比弹性模量、高比强度、耐疲劳、耐磨损、低的热膨胀系数、优良的尺寸稳定性、低的缺口敏感性等显著特点。因此，自 80 年代以来，内生复合材料的研究发展较快，尤其是内生 TiB2颗粒增强铝基复合材料，由于性能优良，它成为金属基复合材料研究中的一个热点，也是内生复合材料研究领域中的一个重要组成部分[1]。 然而，颗粒增强铝基复合材料己进入研究开发阶段，并逐步走向实用化，为此，将对近年来国内外在内生 TiB2颗粒增强铝基复合材料的制备的方法和原理进行了概述[2]。 1.1.新型制备技术 新的制备工艺主要指原位合成工艺，原位合成是在一定条件下，由加入到基体金属熔液中的粉末或其他材料与基体发生化学反应，在金属基体内原位合成一种或几种高硬度、高弹性模量的陶瓷增强相，从而达到强化金属基体的目的。原位合成的第二相颗粒尺寸细小、界面清洁、与基体相容性好，且弥散分布。此外，原位合成工艺降低了原材料成本，可以实现材料的特殊显微结构设计并获得特殊性能，使得这种制备工艺成为金属基复合材料研究的热点。这种工艺主要包括机械化合金法（MA）、自蔓延高温合成法（SHS）、放热弥散法（XDTM）、接触反应法（CR）、反应喷射沉积法（RSD）、气液反应合成法（VLS）、直接熔体氧化法（DIMOX）、自然浸渗法（SIT）、混合盐反应法等多种方法[3]。 1.2.存在的问题、研究重点和发展趋势 制备过程主要存在的问题 （1） 颗粒分布问题 巨大的表面所产生的表面能使具有纳米尺寸的TiB2颗粒之间存在极强的团聚作用而使颗粒尺寸变大。如何能将这些纳米单元颗粒分散在铝基体中构成复合材料，使之不团聚而保持纳米尺寸的单个颗粒，充分发挥其颗粒增强铝基复合材料的综合性能是必须解决的首要问题[4]。 （2） 增强体与金属的润湿性问题 复合材料性能的优劣性依赖于增强体与基体的结合及增强体的分布状况，而决定结合及分布状况的主要因素之一便是润湿性问题。由于大多数金属基体与增强体润湿差甚至不润湿，给复合材料的制备带来困难[5]。 （3） 增强体与基体的界面问题 由于金属基体熔点较高，需要在较高温度下制备复合材料，基体与增强体之间不可避免的发生程度不同的界面反应，及元素偏聚等。界面反应的程度决定了界面的结构性能[6]。 （4） 制备成本问题 颗粒增强铝基复合材料具有良好的耐磨性、高比强度和高比模量。但当前应用的程度和创造的价值，与几十年对其研究所耗费的巨大投资和人力是极不相称的，根本的原因在于其应用的局限性和未形成商品化生产工艺。重视发展其铸造成型的低成本产品，并依据不同应用领域的需要而生产出一系列不同性能的产品，为大规模工业化生产铺平道路，是复合材料研究与应用急需解决的问题[7]。 1.3. 研究重点 为了加速原位内生颗粒增强金属基复合材料在现代工业中的广泛应用，目前应注重几个方面的研究工作[8]。 （1） 加强复合材料制备工艺研究，从而稳定材料性能，降低材料成本。 （2） 深入研究材料的微观组织和结构，特别是基体与增强体之间的界面结构和性质，从而进一步了解材料微观结构与力学性能的关系。 （3） 近年来，对以 TiB2颗粒为增强相的铝基体合材料的研究逐渐增多，但大部分是单一增强相，可进行两相或多相颗粒增强铝基复合材料性能的研究。 方法 颗粒增强金属基复合材料具有高的比强度、比刚度、耐磨、耐疲劳、低密度、良好的热稳定性和导热性等优异的物理性能和力学性能，可广泛用于航天航