顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝

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1、顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復

2、合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝２００８年２７卷第７期稀有金屬快報１顆粒強化金屬基復合材料的原位合成工藝艾桃桃（陜西理工學院，陜西漢中）７２３００３摘要：介紹了顆粒強化金屬基復合材料（ＭＭＣｓ）的原位合成工藝，工藝主要可分為：固－液、固－固、液－液、氣－液和氣－固反應５類，并分別對各類合成工藝的合成方法、優(yōu)缺點、研究進展進行了詳細的闡述。最后對目前原位合成顆粒增強ＭＭＣｓ存在的問題作了歸納總結。關鍵詞：原位合成；ＭＭＣｓ；增強相中圖法分類號：ＴＢ３３３文獻標識碼：Ａ文章編號：１００８－５９３

3、９（２００８）０７－００１－０６金屬基復合材料（ＭＭＣｓ）是將堅硬的陶瓷增強體復合到韌性的金屬或合金基體內(nèi)，使金屬的塑性和韌性與陶瓷的高強度和高模量有效結合，因此，具有高的剪切和壓縮變形強度以及高的高溫服役能力。ＭＭＣｓ的性能受增強體的尺寸、分布、體積分數(shù)以及增強體和基體界面的本質特征所控制［１，２］。從外界引入增強相或以攪拌方式直接將增強顆粒加入反應熔體時，增強體的尺寸多在幾微米至幾十微米量級，很少小于１．０μｍ［１］。此外，增強體與基體間的界面反應以及由于增強體的表面易受污染從而導致它與基體之間的潤濕性差等問題還難解決［３］。近年來，原位合成顆粒強化ＭＭＣｓ成為研究的新熱點。其增強

4、體是兩種或多種元素或化合物在基體內(nèi)通過化學反應生成的。優(yōu)點為：①增強體在基體內(nèi)具有熱力學穩(wěn)定性，利于高溫服役工況；等人按反應物進行分類［５］。Ｔｊｏｎｇ和Ｍａ按合成過程中金屬基體和反應物的溫度進行分類［１］。本文將原位顆粒強化ＭＭＣｓ的合成工藝分為：固－液、固－固、液－液、氣－液和氣－固反應法。１．１固－液反應法固－液反應法是指反應物在金屬熔體內(nèi)以元素或化合物的形式通過原位化學反應形成增強體，或者元素或化合物直接與液相里的組元反應形成原位增強體。該反應過程是一個溶劑輔助反應過程，增強體通過擴散反應形成。具體可分為５種方法。（１）自蔓延高溫合成Ｍｅｒｚｈａｎｏｖ等［６］發(fā)現(xiàn)了自蔓延高溫合

5、成（ＳＨＳ）現(xiàn)象。這種方法利用反應時的化學反應熱以自加熱和自傳導作用，點燃粉末壓坯發(fā)生化學反應，其生成熱又使鄰近的粉末溫度驟然升高，引發(fā)化學反應并以燃燒波的形式蔓延通過整個反應物，當燃燒波推行前移時反應物轉變成產(chǎn)物。通常以氬氣或氮氣為保護氣氛。傳統(tǒng)觀點認為，要使ＳＨＳ能夠自發(fā)維持，必須滿足３個條件［１］：①反應必須是高放熱反應，利用前期反應釋放的熱量進行預熱，從而有利于維持燃燒波向前推進；②反應物之一必須是液相或氣相，從而有利于反應物在燃燒波前沿的擴散；③反應體系的放熱速度必須②增強體與基體的界面干凈，潤濕性好，故界面的結合強度高；③增強體尺寸細小，分布均勻，增強效果顯著提高；④工藝簡

6、單且成本低。１原位合成工藝分類目前，原位合成工藝的分類存在不同的觀點。Ｋｏｃｚａｋ和Ｐｒｅｍｋｕｍａｒ按起始相進行分類［４］。Ｄａｎｉｅｌ收稿日期：２００８－０４－０９作者簡介：艾桃桃，男，１９８１年生，講師，碩士，陜西理工學院材料科學與工程學院，陜西電話：１５６０９１６５１４５，Ｅ－ｍａｉｌ：ａｉｔａｏｔａｏ０１１６＠１２６．ｃｏｍ漢中７２３００３，２綜合評述大于熱量向環(huán)境的散失速度，否則ＳＨＳ反應將會熄滅。ＳＨＳ法已被廣泛地用于陶瓷基體復合材料（ＣＭＣｓ）［７］或金屬間化合物基體復合材料（ＩＭＣｓ）［８］的制備。然而，用于制備原位ＭＭＣｓ的報道卻相對較少。與ＣＭＣｓ和ＩＭＣｓ相比，

7、采用ＳＨＳ制備ＭＭＣｓ的難度相對較大，是因為對于前者，生成增強體和基體的反應都是放熱的，而對于后者，惰性的基體合金作為一種稀釋劑會使燃燒波熄滅，從而導致反應不徹底［９］。因此，只有對具有高反應放熱的陶瓷增強體才適合于ＳＨＳ制備原位ＭＭＣｓ。此外，陶瓷增強體必須具有較高的體積分數(shù)以維持ＳＨＳ燃燒波的進行，因此，金屬的體積分數(shù)要相應地降低。Ｇｏｔｍａｎ等［１０］分別利用Ａｌ－Ｔｉ－Ｃ，Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ，Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ４Ｃ，Ａｌ－Ｔｉ－Ｃ－Ｂ體系壓坯的