自生復(fù)合材料1

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1、自生復(fù)合材料?1自生復(fù)合材料及其理論基礎(chǔ)?2自生復(fù)合材料制備方法?3自生復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能1?自生復(fù)合材料及其理論基礎(chǔ)1.1自生復(fù)合材料(In-SituComposites)依靠人工復(fù)合方法制備的復(fù)合材料都有可能存在界血強(qiáng)度不合理，界面穩(wěn)定性差的界面問題。自生復(fù)合材料在液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變過程中基體和增強(qiáng)體是共生的，因而不存在界面不穩(wěn)定的問題(界面自適應(yīng))?共晶復(fù)合材料(EutecticComposites)共晶組織：正常組織：片狀，平行于生長(zhǎng)方向纖維狀，分布于連續(xù)基體中有一定的結(jié)品學(xué)關(guān)系(二相間)。Composition(wt.%)JavierLL

2、orca,ProgressinMaterialsScience51(2006)711-809?液固界面結(jié)構(gòu)共晶組織形態(tài)取決于兩相的熔融爛：ocaAASf/Ra界而粗糙度(Jacksoninterfaceroughnessparameter)A結(jié)晶學(xué)參數(shù)E,ASf熔化爛R氣體常數(shù)a<2,固■液界面為原子粗糙界面，非小面界面狀形成，生長(zhǎng)不受形核率限制。a>2,固■液界面為原子光滑界面，小面界面狀形成，生長(zhǎng)受形核率限制。b)圖6?9固/裁界面的微觀結(jié)構(gòu)示意圖a)平帯型界面b)粗造型界面界面圖6?13平潛界面的臺(tái)階方式生長(zhǎng)粗糙界面（微觀粗糙、宏觀平整一金

3、屬或合金材料的界面）：垂直長(zhǎng)大。光滑界面（微觀光滑、宏觀粗糙一無(wú)機(jī)化合物或亞金屬材料的界面）：橫向長(zhǎng)大：二維晶核長(zhǎng)大、依靠缺陷長(zhǎng)大。共晶相界而關(guān)系兩相間的關(guān)系有三種：非小晶面/非小品面共品規(guī)則層片狀或棒狀（粗糙■粗糙界面）alv2,a2<2兩者都小于2非小晶面/小晶面共晶不規(guī)則共晶組織（粗糙■光滑界面）alora2>2其中之一大于2小晶面/小晶面共晶組織相互獨(dú)立（光滑■光滑界面）al>2,a2>2兩者都大于2共晶組織形態(tài)…-按組成相的a值大小分類:金屬■金屬型（粗糙■粗糙界面）金屬■非金屬型（粗糙■光滑界面）?非金屬?非金屬型（光滑?光滑界面）?

4、定向凝固（DirectionalSolidiiication）由于第二相要生長(zhǎng)為長(zhǎng)徑比很大的纖維狀，第二相晶體在某一生長(zhǎng)方向的速度必須很大。因lit,必須在定向凝固條件下的定向生長(zhǎng)，才能獲得自生復(fù)合材料。每個(gè)固相排斥另一相Growthdirectionrh于定向凝固是在一定的溫度梯度下進(jìn)行的，而溫度梯度只能是一個(gè)方向，因此口生復(fù)合材料只能是單向的。在單一方向熱流的溫度場(chǎng)中共晶自生復(fù)合材料中兩相共生生長(zhǎng)的條件：-是合適的結(jié)品前沿溶質(zhì)場(chǎng)和界面過冷度二是兩相共同生長(zhǎng)時(shí)界面必須匹配，也即小的界面張力時(shí)自生復(fù)合材料易于按平界面穩(wěn)定生長(zhǎng)的條件生長(zhǎng)在強(qiáng)制凝固的

5、條件下，滿足以上兩個(gè)條件，一些非規(guī)則共晶可以按規(guī)則共晶組織的生長(zhǎng)方向生長(zhǎng)。?定向凝固過冷度：成分過冷A,=-mtCcACy-qY固液界面能曲率過冷ASm單位體積熔化嫡動(dòng)力學(xué)過冷V尖端生長(zhǎng)速度卩界面動(dòng)力學(xué)系數(shù)r曲率半徑動(dòng)力學(xué)過冷隨著生長(zhǎng)速度的增加而增加，在金屬體系中可忽略，但在具有高熔化嬌的氧化物陶瓷體系即使生長(zhǎng)速度低也不可忽略共晶復(fù)合材料的相間距和界而共晶體的相間距可以用凝固速度來改變自生復(fù)合材料的界面：①共晶生長(zhǎng)滿足界面能最低的條件，因而界面是穩(wěn)定的，相容的，無(wú)擴(kuò)散化學(xué)反應(yīng)和熱物理不相容等問題②二相間存在一定的位相關(guān)系，最小界面能方向是優(yōu)先生

6、長(zhǎng)的取向。片狀共品復(fù)合材料的形成條件規(guī)則結(jié)構(gòu)（棒狀或片層狀）形成條件兩相都有低熔融爛ASAS/Rg<2Rg氣體常數(shù)一般當(dāng)兩共熔相的體積分散相近（0.3

7、以重新形核生長(zhǎng)，這在凝固過程中是經(jīng)常出現(xiàn)的，出現(xiàn)枝晶后增加了側(cè)向性能也使工藝條件變得容易實(shí)現(xiàn)了。?自生復(fù)合材料的分類金屬基自生復(fù)合材料和陶瓷基自生復(fù)合材料①?gòu)V義地講，共晶材料都是白生復(fù)合材料。②金屬共晶材料只有當(dāng)?shù)诙喑蔀殚L(zhǎng)徑比很大的纖維狀吋才稱為自生金屬基復(fù)合材料。③陶瓷基無(wú)論是共品或非共品材料，笫二相以棒狀、片狀或品須狀存在時(shí)稱為自韌陶瓷。④陶瓷共晶材料，當(dāng)?shù)诙喑蔀殚L(zhǎng)徑比很大的纖維狀時(shí)，稱為口生陶瓷基復(fù)合材料。⑤只有定向凝固條件下才能獲得自生復(fù)合材料2?自生復(fù)合材料的制備方法2.1共晶復(fù)合材料制備技術(shù)途徑：從工藝角度講，獲得均勻微結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵

8、是生長(zhǎng)過程中保持平固/液界面，這需要在凝固方向具有大溫度梯度1970Bridgman法＜102K/cm新方法＞103?104K/cmA*