顆粒增強鋁基復(fù)合材料

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1、顆粒增強鋁基復(fù)合材料1.復(fù)合材料1.1復(fù)合材料的概述材料是社會進步的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，是人類進步的里程碑。在許多方面，傳統(tǒng)的單一材料已不能滿足實際需要，這些都促進人們對材料的研究逐步擺脫過去單純靠經(jīng)驗的摸索方法，向預(yù)定性能設(shè)計新材料的研究方展發(fā)展。復(fù)合材料(CompositeMaterials)一詞大約出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代，隨之也出現(xiàn)復(fù)合材料較為嚴(yán)格的定義。復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和純學(xué)性質(zhì)不固的物質(zhì)組合兩成的一種多相固體材料[1]。復(fù)合材料的組分材料雖然保持其相對的獨立性，但復(fù)合材料的性能卻不是組分材料的簡單加和，兩是有著重要的改進。復(fù)合材料中，通常有一相為連續(xù)相，

2、稱為基體；另一相為分散相，稱為增強材料。分散相是以獨立的形態(tài)分布在整個連續(xù)相中，兩相之間存在著相界面。分教相可以是增強纖維，也可以是顆粒狀或彌散的填料。自上世界40年代美國誕生了玻璃纖維增強塑料(俗稱玻璃鋼)以來，新型增強材料不斷出現(xiàn)，到目前為止，聚合物基、金屬基、陶瓷基、混凝土基復(fù)合材料和碳，碳復(fù)合材料正以前所未有的速度發(fā)展。隨著航天航空技術(shù)的發(fā)展，對結(jié)構(gòu)材料的比強度、比模量、韌性、耐熱、抗環(huán)境能力和加工提出了新的要求。高強度、高模量的耐熱纖維和顆粒與金屬復(fù)合，特別是輕金屬復(fù)合焉成的金屬基復(fù)合材料，克服了樹脂基復(fù)合材料耐熱性差和不導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能低等不足，加上增強體不僅提高

3、了材料的強度，還可以保持密度變純不大甚至降低。此外，這種材料還具有耐疲勞、耐磨耗、高阻尼、不吸潮放氣等特點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用予尖端技術(shù)領(lǐng)域，是理想的結(jié)構(gòu)材料。2l世紀(jì)我們面臨筋將是復(fù)合材料迅猛發(fā)展和更廣泛應(yīng)用的時代[2-4]。1.2顆粒增強鋁基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料(MetalMatrixComposite，簡稱MMC)是以金屬及其合金為基體，與一種或幾種金屬或非金屬增強相人工結(jié)合成的復(fù)合材料。其增強材料大多為無機非金屬，如陶瓷、碳、石墨及硼等，也可以用金屬絲。在結(jié)構(gòu)材料方面，不但要求強度高，還要求重量輕，在航天領(lǐng)域尤其如此。金屬基復(fù)合材料正是為滿足上述要求而誕生的。與傳統(tǒng)的金

4、屬材料相比，它具有優(yōu)良的導(dǎo)電性與耐熱性，與陶瓷材料相比，它具有高韌性和高沖擊性能。這些優(yōu)良的性能決定了它成為新材料中重要一員，已經(jīng)在一些領(lǐng)域得到應(yīng)用并且應(yīng)用領(lǐng)域正在逐步擴大。鋁基復(fù)合材料是金屬基復(fù)合材料的一種，具有密度低、基體合金選擇范圍廣、可熱處理性好、制備工藝靈活等優(yōu)點，成為金屬基復(fù)合材料研究和發(fā)展的主流。根據(jù)材料使用性能要求，來選擇基體金屬、增強相和制備方法。純鋁和鋁合金均可用作基體，鋁合金基體主要選用AI—Cu-Mg系、A1-Mg-Si系和m．Zn．Mg系：增強相主要為SiC、Al2O3；常用制備方法有粉末冶金法、液態(tài)金屬浸滲法、攪拌鑄造法與原位復(fù)合法等[5]。按增

5、強體不同，鋁基復(fù)合材料分為纖維增強和顆粒增強鋁基復(fù)合材料。顆粒增強鋁基復(fù)合材料的增強體主要有SiC、TiC、A12O3和石墨顆粒，解決了纖維增強鋁基復(fù)合材料增強纖維制備成本昂貴的問題。而且這類復(fù)合材料各向同性，克服了制備過程中出現(xiàn)諸如纖維損傷、微觀組織不均勻、纖維與纖維相互接觸、反應(yīng)帶過大等影響材料性能的許多缺點。顆粒增強鋁基復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、汽車、電子、體育用品等。隨著增強體與基體結(jié)合理論的進一步研究，成本更低的增強體和制備工藝的不斷開發(fā)，成本將更加低廉，使其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V[6]。顆粒增強鋁基復(fù)合材料作為先進的材料，具有優(yōu)異的性能，同時原材料資源豐富

6、，相對成本較低，在各經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，已受到普遍重視。我國相關(guān)領(lǐng)域也應(yīng)大力開展這方面研究，包括基礎(chǔ)理論研究，如強化相，基體對材料性能影響的機理等。還應(yīng)重點加強對材料制備工藝及其對材料性能影響的研究，積極開拓顆粒增強鋁基復(fù)合材料在眾多領(lǐng)域中的應(yīng)用，使其在國防和國民經(jīng)濟中發(fā)揮更大作用[7]。1.顆粒增強鋁基復(fù)合材料制備顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備方法對材料的性能影響很大，其成本也取決于材料的制造工藝，因此研究和發(fā)展有效的制造工藝一直是鋁基復(fù)合材料的重要研究內(nèi)容。2.1固態(tài)法金屬基復(fù)合材料的固態(tài)制備工藝主要為固態(tài)擴散法和粉末冶金法兩種方法。(1)粉末冶金法(powderm

7、etallurgy)是將金屬粉末充滿在排列規(guī)整或無規(guī)取向的短纖維或晶須中，然后進行燒結(jié)或擠壓成型。在制造短纖維復(fù)合材料中，粉末冶金方法用的最多，大致上分為兩種，熱壓法和冷壓成型、燒結(jié)法。采用此種方法制備SiCp/AL復(fù)合材料具有一些獨特的優(yōu)點[8~11]：1)粉末冶金法所使用的溫度較低，可有效減輕增強體與基體間的有害界面反應(yīng)，制得的復(fù)合材料具有較好的力學(xué)性能；2)顆?；蚓ы毰c基體混合較均勻，偏聚或團聚現(xiàn)象不太嚴(yán)重；3)增強體的加入量可以任意調(diào)節(jié)，體積分?jǐn)?shù)控制方便，成分比例準(zhǔn)確；4)此法能夠制備其它方法所不能制備的鋁