材料科学与工程导论 第7章 复合材料(Ⅱ).ppt
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1,第七章复合材料(),7.1复合材料概述7.2复合材料的增强机理7.3常用复合材料7.4复合材料的制备工艺7.5复合材料的发展趋势,夏鹏举教授材料科学与工程学院,4学时,2,7.3常用复合材料,7.3.1金属基复合材料(MMC),7.3.2陶瓷基复合材料(CMC),7.3.3聚合物基复合材料(PMC),7.3.4原位复合材料,7.3.5功能复合材料,7.3.6层状复合材料,3,7.3.1金属基复合材料(MMC),金属基复合材料:
以金属及其合金为基体,用一种或几种金属或非金属增强的复合材料。
7.3常用复合材料,特点:
金属基复合材料除具有与树脂基复合材料相同的高强度、高弹性模量和低线膨胀系数。
密度高、制作成本高、工艺复杂、增强材与基体间易发生化学反应等缺点。
工作温度高、高韧性、导电、导热、不易燃烧、抗电磁干扰、抗辐射。
可进行热处理和其它加工来进一步提高性能。
缺点:
4,长纤维增强,原位复合增强,颗粒增强,短纤维或晶须增强,7.3.1金属基复合材料(MMC),5,1.长纤维增强金属基复合材料,这类复合材料具有各向异性特征,其程度取决于纤维在基体中的数量、分布和排列情况。
硼/铝复合材料,硼纤维高温强度高,1500时蠕变速率低。
但高温氧化后强度降低,所以一般在硼纤维表面涂覆一层SiC或B4C,防止纤维表面氧化。
硼纤维增强铝基复合材料用于航天飞机主舱体龙骨桁架和支柱,7.3.1金属基复合材料(MMC),6,石墨/铝复合材料,具有导电性高、摩擦系数小和耐腐蚀等特点。
利用石墨纤维表面沉积Ti/Bi涂层技术,可改善石墨纤维与液态铝的湿润性,有效控制铝与纤维的表面反应,提高复合材料的性能。
石墨/镁复合材料,这种材料密度低、线膨胀系数为零,尺寸的稳定性好,是金属基复合材料中具有最高比强度和比弹性模量的复合材料。
可在石墨纤维表面沉积TiB2,提高石墨纤维的润湿性。
7.3.1金属基复合材料(MMC),7,碳化硅/钛复合材料,碳化硅纤维比强度高、比模量高,高温强度高,耐热、耐氧化,与金属的反应小,润湿性好。
主要应用于飞机发动机部件和涡轮叶片以及火箭发动机箱体材料。
飞机发动机涡,飞机发动机,7.3.1金属基复合材料(MMC),8,氧化铝/铝复合材料,氧化铝纤维在氧化气氛中稳定,能在高温下保持其强度、刚度,且硬度高,耐磨性好。
这种复合材料具有高强度和高刚度,可用于汽车发动机活塞和其他发动机零件。
汽车发动机部,汽车发动机活塞,7.3.1金属基复合材料(MMC),9,2.短纤维/晶须增强金属基复合材料,这类复合材料具有比强度、比模量高,耐高温,耐磨,线膨胀系数小,且可用常规设备进行制备和二次加工。
氧化铝/铝复合材料,其高温强度、弹性模量明显优于基体的高温强度和弹性模量,且膨胀系数较低、耐磨性较高。
用于汽车发动机零件等。
碳化硅/铝复合材料,这类复合材料具有良好的综合性能,比强度、比模量高,线膨胀系数低。
主要应用于航空航天领域。
7.3.1金属基复合材料(MMC),10,氧化铝/镍复合材料,晶须与基体的线膨胀系数相差较大,复合时遇到困难,又晶须价格昂贵,使之发展缓慢,应用有限。
3.颗粒增强金属基复合材料,颗粒增强金属基复合材料是由一种或多种陶瓷或金属颗粒作为增强材料与金属基体组成的先进复合材料。
7.3.1金属基复合材料(MMC),11,碳化钛/钛复合材料,与基体合金相比这种复合材料强度、弹性模量及耐蠕变性能均明显提高,使用温度可达500,可用于制造导弹壳体、导弹尾翼等。
颗粒增强金属间化合物基复合材料,这类复合材料主要有TiB2/NiAl、TiB2/TiAl等,使用温度高达800,目前尚处于试验研究阶段。
碳化硅/铝复合材料,这种复合材料的强度与钛合金相近,弹性模量高于钛合金;耐磨性比铝合金的高一倍,使用最高温度可达300-350。
已批量用于汽车工业和机械工业。
7.3.1金属基复合材料(MMC),12,金属陶瓷是金属基体(通常为钛、镍、钴、铬等及其合金)和陶瓷(通常为氧化物、碳化物、硼化物和氮化物等)组成的颗粒增强复合材料。
碳化物金属陶瓷作为工具材料已被广泛应用,称作硬质合金。
硬质合金通常以Co、Ni作为粘结剂,WC、TiC等作为强化相。
硬质合金铣刀,7.3.1金属基复合材料(MMC),硬质合金,13,硬质合金主要有钨钴(YG)和钨钴钛(YT)两类。
牌号中,YG后的数字为含Co量,YT后的数字为碳化钛含量。
硬质合金硬度极高,且热硬性、耐磨性好,一般做成刀片,镶在刀体上使用。
硬质合金刀片,7.3.1金属基复合材料(MMC),14,7.3.1金属基复合材料(MMC),4.金属基复合材料的应用,15,什么是陶瓷基复合材料?
在陶瓷基体中添加碳纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、碳化硅晶须、氧化铝晶须、碳化硅颗粒和碳化钛颗粒,所形成的复合材料称为陶瓷基复合材料。
SiC(纤维)/Si3N4,SiCp/ZrB2,7.3.2陶瓷基复合材料(CMC),7.3常用复合材料,陶瓷基复合材料:
以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。
16,陶瓷材料具有很高的抗氧化性、耐热性、耐磨性和耐蚀性,但脆性大、韧性差使它的应用受到了极大的限制。
直到近代,碳纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、碳化硅晶须、碳化硅颗粒的加入,使得陶瓷的强度和韧性得到很大的改善,应用领域也取得突破性进展。
目前用这些纤维、晶须、颗粒增强的陶瓷基复合材料主要用来制造人造卫星、航天飞机、星际探测器、大型运载火箭和飞机上要求耐高温、耐冲刷、密度低和强度高的构件。
7.3.2陶瓷基复合材料(CMC),17,1.长纤维增强陶瓷基复合材料,碳/陶瓷基复合材料,这种复合材料具有很高的高温强度、弹性模量和较高的韧性。
碳纤维增强的氮化硅陶瓷可在1400以上的高温下长期工作;碳纤维增强的石英陶瓷复合材料,冲击韧性比烧结石英陶瓷高40倍、抗弯强度大512倍,可承受12001500高温气流的冲击。
这类材料主要用来制造喷气飞机的涡轮叶片。
7.3.2陶瓷基复合材料(CMC),18,碳化硅/陶瓷基复合材料,碳化硅纤维可与多种陶瓷,如碳化硅陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷等复合。
利用碳化硅纤维强化的碳化硅陶瓷,其断裂韧性提高56倍,抗弯强度提高50以上,且基体与纤维之间的结合性能良好。
已用于制造喷气发动机的喷嘴。
7.3.2陶瓷基复合材料(CMC),19,2004国家技术发明一等奖,张立同院士西北工业大学教授,耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术,连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料,7.3.2陶瓷基复合材料(CMC),20,碳/碳复合材料,7.3.2陶瓷基复合材料(CMC),由碳纤维及其制品(碳毡、碳布等)增强的碳基复合材料。
由碳纤维及其制品作为预制体,通过化学气相沉积法(CVD)或液态树脂、沥青浸渍碳化法获得C/C的基体碳来制备。
耐烧蚀性导弹弹头和固体火箭发动机喷管航天飞机的鼻锥、机翼前缘摩擦磨损性能飞机的刹车盘;赛车、高速列车的刹车制动材料与人体的生物相容性生物医学领域:
人工心脏瓣膜、骨骼、牙根、髋关节等耐高温和低密度航空发动机理想轻质材料,21,空中客车A320的C/C刹车装置,2004年度国家技术发明一等奖,高性能炭/炭航空制动材料的制备技术,7.3.2陶瓷基复合材料(CMC),黄伯云院士中南大学教授,22,2.短纤维及晶须增强陶瓷基复合材料,碳/玻璃陶瓷基复合材料,短纤维增强玻璃陶瓷可使这一复合材料的韧度大大提高,当短纤维定向有序分布时可获得更高的断裂韧度。
碳纤维增强的硼硅酸盐玻璃陶瓷的强度已达到铸铁的水平。
7.3.2陶瓷基复合材料(CMC),23,晶须/陶瓷基复合材料,增强晶须是陶瓷晶须,这种晶须是位错很少的陶瓷小单晶,具有很高的强度,是一种非常理想的陶瓷基复合材料中的增强增韧材料,近年来晶须增强陶瓷基复合材料发展很快并取得很好的韧化效果。
晶须:
SiC晶须、Si3N4晶须和Al2O3晶须。
基体:
Al2O3、ZrO2、SiO2、Si3N4和莫来石等。
7.3.2陶瓷基复合材料(CMC),SiC晶须,24,3.颗粒增强陶瓷基复合材料,氧化锆/陶瓷基复合材料,利用ZrO2相变增韧原理,提高陶瓷的断裂韧性。
利用ZrO2增韧的Al2O3陶瓷,其断裂韧性可提高11.4倍。
氧化钇/陶瓷基复合材料,在ZrO2陶瓷中加入Y2O3微粒,可获得晶粒组织非常细小的高强度、高韧性复合陶瓷。
7.3.2陶瓷基复合材料(CMC),25,树脂基复合材料,增强,聚合物基复合材料分类:
按增强体的类型分:
7.3.3聚合物基复合材料(PMC),聚合物基复合材料又称树脂基复合材料,是目前应用最广、消耗量最大的一类复合材料。
7.3常用复合材料,26,7.3.3聚合物基复合材料(PMC),按树脂的性质分:
碳纤维增强聚合物,27,纤维在基体中的不同分布方式:
纤维增强复合材料的强度和刚性与纤维方向密切相关。
纤维无规排列时,能获得基本各向同性的复合材料;均一方向的纤维使材料具有明显的各向异性;纤维采用正交编织,相互垂直的方向均具有好的性能;纤维采用三维编织,可获得各方向力学性能均优的材料。
1.纤维增强的树脂基复合材料,7.3.3聚合物基复合材料(PMC),28,
(1)玻璃纤维及其增强的树脂基复合材料,玻璃纤维的性能特点:
抗拉强度很高。
纤维越细,强度越高。
耐热性低。
化学稳定性高。
脆性较大。
玻璃纤维,玻璃脆性很大,但是将熔融态玻璃以极快的速度拉制成纤维,就具有一定的柔韧性,可纺织成纱或各种形式的玻璃布。
7.3.3聚合物基复合材料(PMC),29,玻璃纤维增强树脂基复合材料,7.3.3聚合物基复合材料(PMC),密度低:
1.62.0g/cm3;比强度高:
较最高强度的合金钢还高3倍;,耐腐蚀,突出特点:
耐烧蚀,航空航天工业:
如雷达罩、机舱门、燃料箱、行李架和地板等。
火箭:
发动机壳体、喷管。
汽车工业:
如汽车车身、保险杠、车门、挡泥板、内部装饰件等。
石油化工工业:
如玻璃钢贮罐、容器、管道、洗涤器、冷却塔等。
应用:
玻璃钢,30,7.3.3聚合物基复合材料(PMC),玻璃钢型材,31,7.3.3聚合物基复合材料(PMC),32,碳纤维的特点:
密度低,弹性模量高和强度高。
高温、低温力学性能好。
具有高的耐蚀性、导电性以及低的摩擦系数。
它的主要缺点是脆性大,表面光滑,与树脂结合力比玻璃纤维的还差,常需要表面处理来改善与基体的结合力。
(1)碳纤维及其增强的树脂基复合材料,碳纤维,碳纤维由有机纤维经高温碳化而成,工业广泛应用聚烯腈纤维、黏胶纤维和沥青纤维制造的碳纤维。
7.3.3聚合物基复合材料(PMC),碳纤维丝,33,碳纤维增强的树脂基复合材料(CFRP),7.3.3聚合物基复合材料(PMC),航天工业:
如航天飞机有效载荷门、副翼、垂直尾翼、主起落架门、内部压力容器等;空间站大型结构桁架及太阳能电池支架。
汽车工业:
F1方程式赛车车身体育用品:
网球拍、高尔夫球杆、钓鱼杆。
突出特点:
应用:
34,7.3.3聚合物基复合材料(PMC),35,芳纶刹车片,高温构件碳纤维增强聚酰亚胺复合材料制航空发动机,7.3.3聚合物基复合材料(PMC),36,晶须晶须有金属晶须、陶瓷晶须和高分子晶须。
铁晶须已投入生产;陶瓷晶须强度极高,此外还有密度低、弹性模量高、耐热性能好等特点,是极有发展前途的增强晶须。
高分子晶须与环氧树脂的复合工艺还在研究中。
晶须增强的树脂基复合材料晶须价格昂贵,主要用于金属基复合材料,在树脂基复合材料中应用不多。
3.晶须及其增强的树脂基复合材料,7.3.3聚合物基复合材料(PMC),37,4.颗粒增强树脂基复合材料,树脂中加入非纤维状增强颗粒的复合材料,强度、弹性模量等力学性能比用纤维增强稍差,但仍然可使增强的树脂具有各种独特性能,这些颗粒还具有改性作用。
按用途可将这类增强颗粒分为合成木材、耐磨材料和功能材料。
7.3.3聚合物基复合材料(PMC),38,钙塑材料定义:
它是以热塑性树脂为基体,由无机颗粒增强(改性),加入碳酸钙等分散介质制得的复合材料。
特性:
不仅能代替木材,钙塑材料的吸水率比木材的低515,耐腐蚀,还具有保温、吸音、抗震等性能,成本较低。
种类:
主要有种,即聚乙烯钙塑材料、聚丙烯钙塑材料、聚氯乙烯钙塑材料,此外还有用ABS树脂、低压聚乙烯作为基体的钙塑材料。
应用:
用于制作地板、墙板、家具,以及车辆、船舶、房屋等内装饰材料,此外还可制成保温板、隔音板等。
(1)合成木材,7.3.3聚合物基复合材料(PMC),39,新型合成木材定义:
以热固性或热塑性树脂为基体,以有机填料木粉、木屑、稻壳粉、稻草屑为分散介质的颗粒增强塑料应运而生。
特性:
这类材料的特点是填料量大,树脂量少,密度低,价格便宜,保温性能好,同时具有防火、防蛀、防腐蚀等性能。
应用:
目前广泛应用于制作门芯板、天花板、家具和车、船的隔板。
7.3.3聚合物基复合材料(PMC),40,定义:
以热固性酚醛树脂与合成橡胶为基体,以石棉、铁粉、石墨、硫酸钡、氧化铝非分散介质的复合材料。
特性:
它的摩擦系数高,耐磨性好,使用寿命长。
应用:
可用于飞机、汽车、地铁车辆的刹车片、摩擦垫板和离合器等耐磨件。
(2)耐磨材料,7.3.3聚合物基复合材料(PMC),41,7.3.4原位复合材料,什么是原位复合材料?
采用定向凝固方法,使液态金属和合金在有规则的温度梯度场中进行冷却凝固,金属基体自身析出晶须或颗粒而得到的复合材料。
原位复合材料的特点:
增强相在结晶凝固过程中析出,故界面结合牢固、强度高,同时避免了人工复合时润湿、化学反应、相容性等问题。
由于两相是在高温接近热平衡条件下缓慢生成的,因而具有良好的热稳定性。
材料易加工,能直接铸成所需结构。
7.3常用复合材料,42,主要起粘结作用,某些情况下也起功能作用。
复合材料的功能特性。
不同特性的功能体特性各异的功能复合材料。
功能体:
特点:
磁功能、电功能、光功能、热功能、摩擦功能、阻尼功能、防弹功能、辐射功能等。
按功能特性分类:
应用面宽,研制周期短,附加值高,小批量,多品种,适于特殊用途,7.3.5功能复合材料,基体:
7.3常用复合材料,43,7.3.6层状复合材料,7.3常用复合材料,层状复合材料是指在基体中含有多重层片状高强高模量增强物的复合材料。
这种材料是各向异性的(层内两维同性)。
如碳化硼片增强钛、胶合板等。
层状陶瓷复合材料断口形貌,层状复合,44,双金属、表面涂层等也是层状复合材料。
结构层状材料根据材质不同,分别用于飞机制造、运输及包装等。
有TiN涂层的高尔夫球头,铝合金蜂窝夹层板,泡沫铝,7.3.6层状复合材料,45,复合材料的制备工艺:
7.4复合材料的制备(成型),复合材料的制备工艺特点:
将两种或两种以上不同性质的材料组合在一起而采用的“适当方法”。
(1)材料的形成与制品的成型同时完成。
复合材料的生产过程也就是复合材料制品的生产过程。
复合材料的工艺水平直接影响材料或制品的性能。
(2)复合材料的成型比较方便。
一种复合材料制品可以用多种方法成型,有选择余地。
46,7.4.1聚合物基复合材料的制备工艺,聚合物基复合材料的性能在纤维与树脂体系确定后,主要决定于成型工艺。
成型工艺主要包括以下两个方面:
一是成型,即将预浸料按产品的要求,铺置成一定的形状,一般就是产品的形状;二是固化,即把已铺置成一定形状的叠层预浸料,在温度、时间和压力等因素影响下使形状固定下来,并能达到预期的性能要求。
聚合物基复合材料的原材料,纤维等增强体聚合物基体材料,7.4复合材料的制备(成型),47,手糊成型工艺喷射成型工艺铺层工艺模压成型工艺缠绕成型工艺挤拉成型工艺,聚合物基复合材料的成型工艺:
7.4.1聚合物基复合材料的制备工艺,48,1.手糊成型工艺,用手工工具将纤维布或纤维毡浸上树脂胶液,铺糊在敞开模具上,经室温固化和脱模获得制品的工艺方法。
7.4.1聚合物基复合材料的制备工艺,49,手糊成型工艺的特点:
优点:
形状任意、复杂设备简单、投资小、折旧低工艺简单可任意添补树脂量高,耐腐蚀,缺点:
效率低下工作环境差产品质量不稳产品力学性能不好批量小,7.4.1聚合物基复合材料的制备工艺,50,2.喷射成型工艺,
(1)利用高压空气将树脂系统(固化剂、引发剂、促进剂等)和短纤维从喷枪上不同喷嘴同时喷出并均匀沉积到模具上。
(2)待沉积到一定厚度,用手辊滚压,使纤维浸透树脂,压实并除去气泡,室温固化成型得到产品。
7.4.1聚合物基复合材料的制备工艺,51,喷射成型工艺特点:
优点:
效率高成本低整体性(无缝)产品壁厚可调节,缺点:
污染大树脂用量大制品强度低(短切),喷射法使用的模具与手糊法类似,而生产效率可提高数倍,劳动强度降低,能够制作大尺寸制品。
7.4.1聚合物基复合材料的制备工艺,52,3.铺层工艺,指用手工铺叠方式,将预浸材料(无纬布、无纬带、编织物等)按预定方向和顺序在模具内逐层铺贴直至所需的厚度,经加温加压固化、脱模、修整而获得制品的过程。
制品强度较高,可根据不同方向的受力情况制成强度各向异性的产品。
7.4.1聚合物基复合材料的制备工艺,53,4.模压成型工艺,将一定量的模压料放入金属对模中,在一定的温度和压力作用下,使模塑料在模腔内受热塑化、受压流动并充满模腔成型固化而获得制品的一种方法。
7.4.1聚合物基复合材料的制备工艺,54,5.缠绕成型工艺,将浸过树脂胶液的连续玻璃纤维或布带,按照一定规律缠绕到芯模上,然后固化脱模成为增强材料制品的工艺过程。
三大过程:
预浸;缠绕;固化脱模。
7.4.1聚合物基复合材料的制备工艺,55,三维编织纤维结构,管、容器的螺旋缠绕平面缠绕线型,几种编制物的结构,7.4.1聚合物基复合材料的制备工艺,管,容器,56,6.注射成型工艺,注射成型是将粒状或粉状的纤维-树脂混合料从注射机的料斗送入机筒内,加热熔化后,由柱塞或螺杆加压,通过喷嘴注入闭合模内,经冷却定型后,脱模得到制品。
这是一种间歇式操作过程,适用于热塑性和热固性复合材料。
7.4.1聚合物基复合材料的制备工艺,57,注射成型工艺的特点:
优点:
成型周期短;热耗量少;闭模成型;复杂产品一次成型,防变形或位移;生产效率好,成本低。
缺点:
不适用于长纤维的产品;模具质量要求高。
7.4.1聚合物基复合材料的制备工艺,58,7.挤拉成型工艺,借助旋转螺杆的推挤,使处在一定温度和压力下呈熔融流动状态的热塑性物料连续地通过一个口模,然后降低温度,硬化定型,得到口模所限定的形状的复合材料性材料(杆、管、角材等)。
挤出成型工艺特点:
7.4.1聚合物基复合材料的制备工艺,59,一般情况下,只将预制品在成型模中加热到预固化的程度,最后固化是在加热箱中完成的。
卧式拉挤成型过程原理图,制品,切割,纤维,树脂槽,挤胶器,预成型,拉拢,热模,7.4.1聚合物基复合材料的制备工艺,60,经拉挤工艺生产出型材:
7.4.1聚合物基复合材料的制备工艺,61,8.连续成型工艺,指从添加原材料到制成玻璃钢制品的整个过程都是在连续不断的进行。
种类:
连续制管;连续制板;拉挤成型;复合管生产。
连续制管连续管效率高,投资大,品种少连续复合管品质高,高强,高性能,多用途连续制板浸胶毡定形固化而成。
连续拉挤生产型材离心法制管低成本玻璃钢管,四种连续工艺:
连续化定制长度一芯即可工艺稳定结构多样,工艺特点:
7.4.1聚合物基复合材料的制备工艺,62,7.4.2金属基复合材料的制备工艺,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:
固态法;液态法;其他方法。
7.4复合材料的制备(成型),63,1.固态制造技术,固态法是指在金属基复合材料中基体处于固态下制造金属基复合材料的方法。
金属粉末或铝箔,增强体,+,加热,加压,复合黏结在一起,工艺过程:
在整个过程中金属基体和增强体均处于固体状态。
固态法包括:
粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法和挤压法等。
7.4.2金属基复合材料的制备工艺,64,粉末冶金成型主要包括:
混合、压制和固化三个过程。
基体合金粉末和颗粒的混合均匀程度以及如何防止基体粉末的氧化问题是整个工艺过程的关键。
(1)粉末冶金法,7.4.2金属基复合材料的制备工艺,65,固态扩散结合法,固态扩散法是将固态的纤维与金属适当地组合,在加压、加热条件下,使它们相互扩散结合成为复合材料的方法。
扩散黏结法,变形法,热压扩散法,热等静压法,热轧法,热拉和热挤压,
(2)固态扩散结合法,7.4.2金属基复合材料的制备工艺,66,在较长时间高温及其塑性变形不大的作用下,利用金属粉末之间和基体粉末与增强体之间接触部位的原子在高温下相互扩散,进而使纤维与基体金属结合到一起的复合方法。
扩散粘结法,7.4.2金属基复合材料的制备工艺,67,热压扩散法,特点:
利用静压力使金属基体产生塑性变形、通过扩散而焊合,并将增强纤维固结在其中而成为一体。
7.4.2金属基复合材料的制备工艺,68,热等静压法,工艺过程:
将金属基体和增强材料混合排列,放入金属包套中,抽气密封后,7.4.2金属基复合材料的制备工艺,69,变形法就是利用金属具有塑性成型工艺特点,通过热轧、热拉、热挤压等加工手段,使复合好的的颗粒、晶须、短纤维增强金属基复合材料进一步加工成型。
变形压力加工法,7.4.2金属基复合材料的制备工艺,热轧法,热轧法主要用来将已用粉末冶金或热压工艺复合的颗粒晶须、短纤维增强金属基复合材料锭坯进一步加工成板材,或直接将纤维与金属箔材热轧成复合材料。
热拉和热挤压,热拉和热挤压主要用于颗粒、晶须、短纤维增强金属基复合材料的进一步加工制成各种形状的管材、型材、棒材等。
70,液态法是指在金属基复合材料制造过程中,金属基体处于熔融状态下与固体增强物复合的方法。
液态法,铸造法,熔铸复合法,熔融金属浸渍法,真空压力浸渍法,喷射沉积法,2.液态制造技术,7.4.2金属基复合材料的制备工艺,71,高压凝固铸造法,高压凝固铸造法是将纤维与黏结剂制成的预制件放在模具中加热到一定温度,再将熔融金属注入模具中,迅速合模加压,使液态金属以一定的速度浸透到预制件中,而其中的黏结剂受热分解除去,经冷却后得到复合材料制品。
7.4.2金属基复合材料的制备工艺,72,真空吸铸法,真空吸铸法是我国设计出的一种制造碳化硅纤维增强铝基复合材料的新工艺。
它是在铸型内形成一定负压条件,使液态金属或颗粒增强金属基复合材料自上而下吸入型腔凝固后形成固件的工艺方法。
7.4.2金属基复合材料的制备工艺,73,基本原理:
在压力作用下,将液态金属浸入增强体预制块中,制成复合材料坯锭,再进行二次加工。
压力铸造法,7.4.2金属基复合材料的制备工艺,74,搅拌铸造法,基本原理:
在一定条件下,对处于熔化和半熔化状态的金属液,施加强烈的机械搅拌,使其能形成高速流动的旋涡,使颗粒随旋涡进入基体金属液中,当在搅拌力作用下增强颗粒弥散分布后浇注成型。
7.4.2金属基复合材料的制备工艺,75,喷射沉积法,喷射沉积法是一种将金属熔体与增强颗粒在惰性气体的推动下,通过快速凝固制备颗粒增强金属基复合材料的方法。
基本原理:
在高速惰性气体流的作用下,将液态合金雾化,分散成极细小的金属液滴,同时通过一个或几个喷嘴向雾化的金属液滴流中喷入增强颗粒,使金属液滴和增强颗粒同时沉积在水冷基板上形成复合材料。
7.4.2金属基复合材料的制备工艺,76,喷射沉积工艺过程包括基体金属熔化、液态金属雾化、颗粒加入及其与金属雾化流的混合、沉积和凝固。
7.4.2金属基复合材料的制备工艺,77,雾化金属液滴与颗粒共沉积示意图,7.4.2金属基复合材料的制备工艺,78,原位自生成法等离子喷涂法电镀法,3.其他制造方法,7.4.2金属基复合材料的制备工艺,79,在金属基复合材料制备过程中,往往会遇到两个问题:
一是增强体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
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