[材料科学]金属基复合材料.ppt

金属基复合材料 近代复合材料的发展从基体上来看，首先发展的是软基体，然后逐渐发展较硬和硬的基体，即从树脂到金属到陶瓷基体。现代复合材料形成了树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料三大类。 金属基复合材料（简称MMC）的性能既优于金属材料，也优于树脂基复合材料。它既有金属的性能，也有树脂基无法达到的使用温度高、剪切强度高、阻燃、不老化、不吸潮、不放气、耐磨损、导电、导热等金属属性，在一些工业领域中有广泛的应用前景。 金属基复合材料起步于60年代初期。当时由于受到增强纤维品种少的限制，仅发展了硼纤维增强铝、钛等少量品种。多沿用树脂基复合材料的成型方法，如铺层工艺和缠绕工艺。生产的复合材料，价格高昂（如硼-铅复合材料的价格约为热轧钢的1860倍），仅限于用在航空航天上。 80年代中期，长纤维增强、短纤维增强、晶须增强、颗粒增强金属基复合材料开始多种增强材料（硼、碳、碳化硅、碳化钛、硼化钛、氧化铝等）、多种基体材料（钢、铝、钛、镁、锌等）、多种复合方法较为全面的发展。 ? 金属基复合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决于材料的制备技术，因此研究和发展有效的制备技术是金属基复合材料研究中最重要的问题之一。 冶金工业中现有的常规技术如粉末冶金、铸造、塑性成型等被用来制造金属基复合材料，但鉴于材料本身的特殊性质和对材料的要求，不同类型的金属基复合材料在其制造技术上存在着很大的差别，有各自的难点，需根据不同情况采用不同措施加以解决。   原位MMC的发展方向 各种制备原位MMC的方法由于其研究时间较短，在工艺及基础研究方面尚存一些有待进一步研究的问题，这些问题主要表现在： a. 增强相原位形成的机制问题 一般存在两种学说：一是原位颗粒的形核-长大机制，二是化学元素的扩散—反应机制。深入该方面的研究，对于有效地控制增强相的形态、大小、分布和数量均有十分重要的意义。 b. 增强相的均化问题 对于金属液来说，形成的增强颗粒在金属液内容易聚结、偏析，而且，在凝固过程中，常偏析于树枝间或晶粒边界。因此，为了获得更理想的组织，必须进一步研究合理的均化工艺。 c. MMC的凝固特点问题 目前对已形成增强颗粒的合金液的流变学特点尚不清楚，而且对这种混合液的凝固特征，如凝固过程、充型能力、颗粒在液固界面前沿的行为以及铸造缺陷产生的机理和防止措施等缺乏全面深入的研究，而这些又是获得优质复合材料的基本保证。 d. 有害化合物的控制问题 在反应生成所需要的增强相的同时，有时在基体中也产生一些有害化合物，如TiAl3,Al4C3,Fe3C等，它们常以会片状割裂基体，使材料性能下降。因此，必须进一步研究能抑制这些化合物产生的各种有效措施。 e. 原位MMC的种类问题 由于受反应条件和工艺条件的限制，目前所制备的原位MMC一般主要为Al或Cu基复合材料，而对其他金属基体（如Mg，Ti, Fe等）的复合材料研究甚少。因此，可利用上述各工艺的基本原理，开发出更多类型的复合材料，以满足实际生产中不同工况的需要。 f. 原位MMC的性能和应用问题 许多文献只报道了原位MMC的制备工艺过程和所得材料的组织特征，而有关材料性能和应用的报道不多，因此，必须进一步完善各种工艺方法，对材料的能，特别是断裂韧性、抗疲劳性能和切削加工性能进行全面的分析和研究，为这些材料在实际生产中的作用提供更全面的技术资料。 金属基原位复合材料由于该领域起步较晚，目前尚存在一些不够成熟的地方。但它具有制备工艺相对简化、生产成本低、材料性能优异等优点，正日益受到人们的重视，随着其基础研究的不断深入及其制备技术的不断完善，各种高性能的原位MMC一定会得到广泛的应用，并取得较大的经济效益和社会效益。 根据我国企业厂家的财力、物力、技术装备的现状，能真正大规模应用于生产金属基复合材料的制备技术中，液态金属搅拌铸造和原位自生成法最为合适，因为这些制备技术所需设备较为简单，生产工艺稳定，生产率高，生产成本低。 比较这两方法，液态金属搅拌法是属于向基体熔体中加外来增强颗粒的方法，虽然已有成熟的实际生产范例，是目前生产复