2022年矿物材料作为金属基复合材料填料研究报告进展 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用非金属材料作为金属基复合材料填料的讨论进展李杰中国矿业高校材料科学与工程学院江苏 徐州）摘要 ：介绍了金属基复合材料讨论及应用的现状,介绍了哪些非金属被用作金属基复合材料的填料,填充的是哪些金属,填充工艺有哪些关键词 ：非金属填料金属基复合材料填充工艺金属基复合材料具有高比强度、高比模量、耐磨、耐热、导电、导热、不 吸潮、抗辐射、低热膨胀系数等优良性能,并作为先进复合材料将逐步取代部 分传统的金属材料而应用于航天航空、汽车工业、电子工业等领域,以满意特 殊场合对材料的比强度、比刚度、比模量、高温性能、低热膨胀系数等性能

2、的 要求；金属基复合材料 Metal MatrixComposite）,简称 MMC ,是以金属及其合 金为基体,与一种或几种金属或非金属增强相人工合成的复合材料；它与聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料以及碳 系；/碳复合材料一起构成现代复合材料体其品种繁多,按增强体类型可分为连续纤维增强和非连续增强两大类,后一类 又分为颗粒增强、晶须增强、短纤维增强等；按基体可分为铝基、镁基、铜 基、钛基复合材料等,其中铝基复合材料的讨论和应用最为广泛；现代科学技术对现代新型材料的强韧性,导电、导热性,耐高温性,耐磨 性等性能都提出了越来越高的要求；为了保证构件具有肯定的强度与刚度,同 时减轻重量,就要求材料

3、具有更高的比强度与比模量；纤维增强聚合物基复合 材料具有比强度、比模量高等优良性能,但由于聚合物本身的性质所打算,他 们不能在 300以上的温度下工作,且耐磨性差,不导电、不导热,在使用期间 逐步老化、变质,尺寸不够稳固；而金属基复合材料就不存在这些缺点,作为 结构材料不但具有一系列与其基体金属或合金相像的特点,而且在比强度、比 模量及耐高温性能方面甚至超过其基体金属及合金；1讨论及应用现状现代金属基复合材料是从 20 世纪 60 岁月初进展起来的； 60 岁月初分别以 美苏为首的两大阵营在宇宙空间开展的竞争推动了航空航天技术的进展,促进 了定向凝固复合材料、难熔金属丝增强高温合金材料的讨论与

4、开发；由于硼纤 维的研制胜利,并应用于环氧树脂基复合材料,因此显现了硼纤维增强铝基复 合材料,并得到胜利的应用；在70 岁月中期,由于价格低于硼纤维的碳纤维的开发和快速进展,使金属 基复合材料的讨论工作主要集中于碳纤维增强铝基复合材料,虽然碳或石墨纤 维与铝的润湿性不好,但由于在碳或石墨纤维表面涂覆与浸渍涂层的液钠法和Ti-B 工艺的讨论胜利,解决了纤维与铝液的浸润问题,从而使纤维增强铝基复 合材料的研制及应用取得了较大进展；自70 岁月末开头,对金属基和增强材料的讨论不断深化,先后显现了碳化 硅单根粗纤维 CVDSiC 纤维）、束丝细纤维 Nicalon SiC 纤维）、晶须、颗粒 和氧化铝

5、长纤维 FP Al2O3纤维）、短纤维 Saffil 纤维）增强铝、增强钛等多种 金属基复合材料,并且开头向不同金属基体与不同类型的外形的增强材料与增 强形式的多样化进展,也促进了金属基复材料向多品种进展,逐步形成了金属 基复合材料体系；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用由于金属基复合材料制备成本高,除航空航天等高技术领域之外不易得到 广泛应用,因此人们自 80 岁月初开头重视对其制备工艺技术的讨论；各种液态 法制备颗粒和晶须增强金属基复合材料工艺相继问世,促进了颗粒、晶须增强 金属基复合材

6、料的进展,使复合材料的成本不断下降,从而使金属基复合材料 从面对航空航天工业与军工逐步也转向民用,如在汽车工业的应用,进而又促 进了金属基复合材料的进展；近年来,由于材料成本的降低,制备工艺的逐步完善,金属基复合材料尤 其是颗粒增强铝基复合材料出现出特别乐观的商业前景；毫无疑问,复合材料已经成为当代材料领域中一个重要进展方向,位置越 来越重要；到 20 世纪90 岁月初,先进复合材料的世界总产量已经达到 300 万 吨,在很多领域特殊是航空航天领域显示了极其重要的位置；西方国家把先进 复合材料列为战略材料列入为数有限的国家重点讨论和进展工程,列入不准许 输出的新材料；2. 复合体系和性质金属基

7、复合材料使用金属或者非金属为增强组分,最主要的基体材料是 铝、钛、镁及其合金；当前最常见到的复合体系包括用硼、碳化硅、石墨和氧 化铝等连续纤维增强的铝基和钛基材料,及用不连续的碳化硅晶须曾强的铝基 材料 2大类；对于颗粒增强金属基复合材料目前应用最广泛的增强材料有：碳化物,如 SiC、TiC、B4C；氮化物,如 Si3N4、AlN ；氧化物,如 Al 2O3、SiO2；以及 C、Si 等；对目前国内外的大多数金属基复合材料制造公司和讨论机构来说,以 颗粒增强的金属基复合材料占绝大多数；SiC 国外硼纤维增强铝复合材料的讨论工作始于60 岁月初,是历史最长、最成熟的一种金属基复合材料；曾制造过多

8、种飞行器和发动机零件,并胜利的应用 于美国航天飞机的骨架 243 根硼 / 铝管材,总重 150 kg ）,使其减重 44；虽然近来关于硼纤维增强铝复合材料的讨论进展方面报道较少,但是在以后 1020 年里硼纤维增强铝复合材料仍将是首选的高性能金属基复合材料,航材所 在硼纤维立足本所的情形下,自 70 岁月初开头了硼纤维增强铝复合材料的讨论 工作,进行过多种工艺的探求和研制,取得了一些成果；北京航空材料讨论所 是国内较早的进行硼纤维增强铝复合材料研制的单位,并有较强的基础理论和 研制体会2；美国在各类合金钢中用适当工艺加入TiC , 称之为 TiC2铁基复合材料 , 前苏联称这类复合材料为碳化

9、物钢；这类材料的特点是重量轻、尺寸稳固、硬度高、摩擦系数小；依据不同基钢 , 可使复合材料具有耐蚀、耐磨、耐热性能 , 也可做成无磁材料；特殊是工具、模具钢、高温合金、夹具和耐磨件 , 采纳这类复合材料能有效提高寿命和性能, 日本和前苏联将用粉末冶金制取得这类材料称为新型硬质合金；用 Al 2O3或SiC 晶须或纤维强化的复合材料 , 由于耐高温顺高强度, 可用于发动机和泵的叶轮 , 也可加工成模具；假如工程机械用刮板及铲斗和冶金行业用磨损件由一般耐磨钢改为陶瓷复合材料, 就可明显提高材料使用寿命；在汽车制造行业中 ,20 60 %的零件可以用碳纤维复合材料制造 , 一般可减轻40-80%1

10、；氧化铝增强铝合金已胜利地制成镶圈 , 用于活塞环槽及顶部 , 以代替含镍奥氏体铸铁 , 不仅耐磨性相当 , 而且仍可以减轻重量 , 简化工艺和降低成本；另外 , 发动机钢套、连杆、连销、刹车盘等也在使用金属基复合材料制造；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用其他方面 , 如运动器材、自行车架、各种型材以及装甲车履带、轻质防弹装甲车 等也初步应用复合材料；碳化硅纤维由于具有抗氧化和耐高温等优点而成为金属基复合材料的增强体；目前连续碳化硅纤维有两种生产方法：化学气象沉积法 CVD）和纺丝法；化学

11、气象沉积碳化硅纤维的直径为100 m 或140 m 的单丝,密度为 3.05 g/ cm3 碳芯纤维）或 3.4 g/ c与碳 此种工艺是在 DIMOX TM 法和喷射工艺的基础上进展起来的,利用一个特殊的 液体喷射分散装置,在氧化性气氛中,将铝液分散成大量细小的液滴,使其表 面氧化成 Al2O3 膜,这些带有 Al2O3 膜的液滴在沉积过程中,相互碰撞使 Al2O3 膜 破裂分散,同时内部的铝液快速冷却凝固,从而形成具有弥散分布的 Al2O3 粒子 增强的铝基复合材料；假如将喷射室抽真空后,再通过等离子气体 如Ar、He、H2 等）和反应气体 CH4、N2、O2 等）,并利用等离子弧发生器使

12、室内气体加热 和电离,这样,在这种高能等离子体的轰击碰撞下,反应气体和喷射金属液滴 吸取能量而相互反应,生成相应的陶瓷颗粒,再与剩余的金属液滴一起沉积后 即得到这种陶瓷颗粒增强的金属基复合材料；RAD 工艺将金属的熔化、陶瓷增 强颗粒的反应合成以及快速凝固等工艺结合在一起,既得到基体金属的晶粒细 小和增强颗粒的匀称分布,也保证了增强颗粒与基体的坚固结合；因此,所制 得的复合材料可望有较高的性能,有着很好的进展和应用前景 7 ；3. 2. 2 溅射沉积法使熔料雾化,将熔化的金属通过喷咀使其溅射成小液滴,并在基片上收集 半固体液滴,通过引入增强剂到金属溅射物中,铸造成金属复合材料锭；必需 严格掌握

13、进给条件,以保证粒子的匀称分布 8 ；3. 2. 3 化学气象沉积法化学气象沉积法是目前制备硼纤维的唯独工艺方法,其工艺原理是将炙热的 细钨丝通过三氯化硼和氢气的混合气体,使其发生化学反应,生成的硼沉积在 钨丝上；为防止硼纤维与金属基体之间在复合过程中产生有害的化学反应,在 纤维表面一般涂有碳化硼或碳化硅爱护层 9 ；3. 3 液相法液相法主要是将纤维在液态基体中浸渗,然后将基体和纤维在基体熔点以 上温度压型,并使共晶合金 法是最早开发制备 PRMMCs 的工艺之一 , 一般包括混粉、冷 压、除气、热压和挤压过程；它的优点是任何金属都可以作为基体材料；答应 使用有种类的增强相 ；可以使用非平稳

14、合金 , 如快凝合金和快淬粉末可以制备大体积分的复合材料 ；最大限度地提高材料的弹性模量, 降低热膨胀系数；但是它也存在很多缺点 , 如需要储备大量具有高反应性和易爆炸的微细粉末 , 复杂的生产过程 , 产品的外形受到限制 , 生产成本很高等 , 使得这种方法很难在生产中获得广泛的应用；高能高速工艺实质上也是一种PM 工艺；它通过在短时间内利用高电能和械能快速固结金属-陶瓷混合物 , 短时快速加热可以掌握相转变和显微结 构粗化 , 这是通常 PM 工艺不能达到的；3.5.2XD 技术这是由 Martin Marietta 公司开发的专利技术 , 利用金属 2金属之间或金属 2化合名师归纳总结

15、物之间发生的放热反应在金属熔体中原位产生新的所期望获得的金属间化合物2第 5 页,共 8 页陶瓷增强相 , 例如 :2B + Ti + Al TiB2 + Al 3B2O3 + 3TiO2 + 10Al 3TiB2 + 5Al2O3 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 3SiO2 + 4Al 2Al2O3 + 3Si 个人资料整理仅限学习使用C + Ti + Al TiC + Al 另外一种原位反应合成方法是向金属液中喷入氨气或含碳气体而成 : N2 气体 + Al AlN + Al C含碳气体 + Ti + Al TiC + Al 原位反应产生的增强相

16、颗粒尺寸一般为0.2 1 m , 也有报道在 0.25 1.5 m 范畴内；采纳此工艺技术制备复合材料 , 增强相被液态金属润湿 , 界面结合坚固 , 因而特别具有吸引力 , 成为当前复合材料讨论的一个热点；但过于细小的颗粒会显著增加熔体的粘度 , 难以进一步铸造成型；用于 PRMMCs 的制备技术有各种各样 , 这里仅就几种较为先进的, 有可能转化为产业生产的制备技术进行了介绍；铸造法同其它工艺相比 , 制备简洁 , 可实现近净成型 , 制备成本最低 , 因而铸造法是最有可能转化为产业化的技术；目前最趋于产业化生产的是 Duralcan 工艺； Duralcan 工艺供应的复合材料锭的价格为

17、6 美元/ kg ；但真正实现产业化仍需要解决增强相与金属基体之间的界面反应与掌握、颗粒微观分布匀称性问题、组织与性能的再现性、进一步降低生产成本 互影响的； 4. 终止语文, 而这些问题又是相互关联相综上所述,国内外在金属基复合材料研制和开发方面取得了特殊的进展,在开发高性能材料方面获得重大突破,极大丰富了材料市场；但由于金属基复合材料在讨论和生产过程中,涉及到很多相关技术,包括复合材料制造技术和使用技术等,要把这些技术综合在一起,是一个相当复杂的讨论过程；因此,在金属基复合材料的讨论和开发过程中仍有很多工作要做,如要进一步对复合材料的性能与增强体的性能、增强体各自体积分数、基体合金性质及性

18、能等之间的关系以及增强体之间的相互作用规律进行探讨；在金属基复合材料中引入三维连续网络结构增强相的讨论；降低材料成本等；我们信任随着技术的不断进展和完善,金属基复合材料必将在航空、航天、汽车、通讯、民用工业等领域可以得到广泛应用；参考文献：1 侯印鸣 , 李德成 , 孔宪正 , 陈素菊 . 综合电子战 M. 北京 : 国防工业出版社 ,2000. 2 陈况 . 金属基复合材料国家重点试验室建立 J. 科技报 ,1992,5:10-12. 3 蒋正行 . 金属基复合材料 J. 现代科技译丛 ,1999,2:50-52 4 于琨 . 金属基复合材料的讨论进展 J. 材料工程 ,1991,2:37-

19、39. 5 杨遇春 . 金属基复合材料的进呈现状和趋势 J. 稀有金属 ,19914:289-295 6 吴人洁 . 金属基复合材料的现状与展望 J. 金属学报 ,1997,331 ）:78-82. 7 严有为 , 魏伯廉 , 林汉同,等 . 金属基原位复合材料的讨论现状及进展趋势 :48-50.8 杜军 , 刘耀辉 , 于思荣 . 铸造混杂增强金属基复合材料的讨论进展 J. 特种铸造及有色冶金 , 2002,6:19-22.9 陈况 . 金属基复合材料国家重点试验室建立 J. 科技导报 ,1992,5:10-12. 10 吴人杰 1992年前金属基复合材料国际讨论及应用进展 稀有材料与工程1

20、993.22 2022 ：34-37名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 12 刘志伟,鲍崇高个人资料整理仅限学习使用多孔 SiC 陶瓷增强金属基复合材料的制备稀有金属材料与工程2007.36 增刊 1）： 852-85513 石文勇 冯义成 张玉华 万泉 王广越 混杂增强金属基复合材料增强相预制块的讨论进展 材料导报 2007.21p/Cu金属基复合材料组织和成形性能的影响 金属学报 2007.439）:968-97615 刘德健 陈彦宾 李福泉 李俐群 激光熔注法制备 WC 颗粒增强金属基复合材料层中国激光 2022

21、.357）： 1083-108616 范晋平 , 张永忠 , 刘红梅 , 高珊 , 赵浩峰 用钛酸钡陶瓷颗粒制备金属基复合材料铸造设备讨论 2004.1）： 25-2717 王周成 , 倪永金 , 唐 毅 电化学方法制备金属基复合材料讨论进展 电化学方法制备金属基复合材料讨论进展 2006.207） :51-5718 田保红徐滨士马世宁李诗卓 电弧喷涂金属基复合材料涂层 洛阳工学院学报1999.204 ）： 12-1619 王振廷陈华辉碳化钨颗粒增强金属基复合材料涂层组织及其摩擦磨损性能摩擦学学报 Vo l 2005.253）:203-206学术文集功能20 耿浩然王守仁崔峰网状结构 Si3N

22、4陶瓷增强金属基复合材料的讨论材料信息 71-76 21 范同祥施忠良张荻吴人结金属复合材料再生与回收现状材料导报1999.135 ）： 49-5122 吴伸庆 闫延华 金属基复合材料制备技术的进展 2006 中国铸造活动周论文集 62-66 23 洪小英 金属基复合材料半固态加工的讨论及应用现状 中国科技信息 2022.23 ：37-3824 吕一中 崔岩曲敬信金属基复合材料在航空航天领域的应用 北京工业职业技术学院学报 2007.63）： 1-425 赵浩峰 薛更 金属基复合材料液态成型技术的讨论及进展 材料导报1997.112 ） :56-6026 徐九华 , 范炯, 林祥丰金属基复合材

23、料激光诱发反应焊接讨论航空学报1999.206 ） :573-57627 李凤平 金属基复合材料的进展与讨论现状 玻璃钢 / 复合材料 2004.1： 48-5228 陶进长 那顺桑 杨海霞 金属基复合材料的进呈现状及展望 2007 年河北省轧钢技术与学术年会论文集 20-2329 吕一中 金属基复合材料的进展趋势 防灾技术高等专科学校学报 2006.82）:109-11130 韩海军 金属基复合材料的讨论现状 科技情报开发与经济 2005.1519）:171-17231 高玉红 李运刚 技术及复合材料的讨论进展 河北化工 2006.296）:51-54 32 姚战军 倪新华 郑 坚 陈志伟 陶瓷颗粒增强金属基复合材料的细观强度分析应用力学学报 2007.243）： 443-44633 董小磊 高国富 马星辉 颗粒增强金属基复合材料加工表面质量的讨论 工具技术2022.4212 ）:22-2534 田治宇颗粒增强金属基复合材料的讨论及应用金属材料与冶金工程2022.36：871-873名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 个人资料整理仅限学习使用第 8 页,共 8 页- - - - - - -