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金屬基復合材料的研究現狀與發展(編輯修改稿)

2026-02-12 10:25 本頁面

　

【文章內容簡介】在實際生產中受到限制。（ 3）原位生成法原位復合的概念原于原位結晶。原位 MMC及其制備技術已成為材料科學工作者普遍關注的研究課題。根據參與合成增強體的兩反應組分存在的狀態不同，可將該技術分為氣 — 液、固 — 液、液 —液和固 — 固等各種相應模式。氣液反應法 a . VLS法這種方法由。其工藝是將含有 C或 N的氣體通入高溫合金液中，使氣體中的 C或 N與合金液中的個別組分反應，在合金基體中形成穩定的高硬度、高彈性模量的碳化物或氮化物，冷卻凝固后即獲得這種陶瓷顆粒增強的金屬基復合材料。該工藝一般包括如下兩個過程：（ a）氣體的分解，如 CH 4（ g） — C（ s） +2H2(g) (b) 氣體與合金的化學反應及增強顆粒的形成，如 C（ s） +AlTi(1) — Al（ 1） +TiC(s) N2(g) +AlTi(1) — Al（ 1） +TiN(s)+AlN(s) b. Lanxide法美國 Lanxide公司開發的 Lanxide法利用了上述氣液反應的原理，它由金屬直接氧化法（ DLMOXTM）和金屬無壓浸滲法（ PRLMEXTM）兩者組成：（ a） DLMOXTM法讓高溫金屬液（如 Al、 Ti、 Zr等）暴露于空氣中，使其表面首先氧化生成一層氧化膜（如 Al2OTiO ZrO2等），里層金屬再通過氧化層逐漸向表層擴散，暴露空氣中后又被氧化，如此反復，最終形成金屬氧化物增強的 MMC或金屬增韌的陶瓷基復合材料（ CMC）。（ b） PRLMEXTM法在此工藝中，同時發生兩個過程：（ 1）液態金屬在環境氣氛的作用下向陶瓷預制件中的滲透；（ 2）液態金屬與周圍氣體的反應而生成新的增強粒子，例如，將含有 3%~10%Mg的 Al錠和 Al2O3陶瓷預制件一起放入（ N2+Ar）混合氣氛爐中，加熱到 900℃ 以上并保溫一段時間后，上述兩個過程同時發生，冷卻后即獲得了原位形成的 AlN粒子與預制件中原有的 Al2O3粒子復合增強的 Al基復合材料。目前，利用 Lanxide法主要用于制備 Al基復合材料或陶瓷基復合材料，其制品已在汽車、燃氣渦輪機和熱交換機上得到一定的應用。 c. 反應噴射沉積法（ RAD）該工藝是在 DLMOXTM法和噴射沉積工藝的基礎上發展起來的。它是利用一個特殊的液體噴射分散裝置，在氧化性氣氛中，將鋁液分散成大量細小的液滴，使其表面氧化生成 Al2O3膜，這些帶有 Al2O3膜的液滴在沉積過程中，相互碰撞使表層 Al2O3膜破碎分散，同時內部 Al液迅速冷卻凝固，從而形成具有彌散分布的 Al2O3粒子增強的 Al基復合材料。 RAD工藝將金屬的熔化、陶瓷增強顆粒的反應合成以及快速凝固等工藝結合在一起，既使得基體金屬的晶粒細小和增強顆粒的分布均勻，也保證了增強顆粒與基體的牢固結合，因此，所制得的復合材料可望有較高的性能。固液反應法 a. 直接反應法將固態碳粉或硼粉直接加入到高溫合金熔體中，使 C或 B同合金液中的個別組元反應，在基體中形成了碳化物或硼化物的增強粒子，，將碳粉與熔體中的 Ti不斷發生反應生成了 TiC，使得熔體表面的 C粉逐漸減少，直到完全消失，攪拌澆注后即獲得了 TiC/Cu復合材料。人從理論上計算和分析了 AlSiC三元系中原位生成 SiC顆粒的熱力學條件，并在 1200℃ 保溫一段時間后，使 Al30%Si與加入的碳粉完全反應，生成了原位 SiC顆粒增強的鋁基復合材料。 TiC/Fe復合材料。還原反應法利用了化學上的還原反應的原理，即將不穩定的化合物加入到合金熔體中，使合金熔體中的組元與加入的化合物發生熱還原反應，生成所需要的更加穩定的陶瓷增強顆粒。日本的小橋真等人將 CuO,、 ZnO,、 SnO,、Cr2O3和 SiO2等氧化物加入到 1000℃ 左右的 Al液中，探討了制備原位生長的 Al2O3粒子增強 Al基復合材料的可能性，結果表明 . CuOAl的反應最為強烈，生成的 Al2O3顆粒細小且分布均勻，而 Cr2O3Al的反應困難。國內寇生中等人對 CuOAl反應體系也進行了低溫（ 1000 ℃ ）反應合成 Al2O3/Al復合材料的研究。 MMC的還原反應法，由于原材料來源廣泛且成本低，正逐漸引起人們的重視。擠壓反應鑄造法該工藝將合金液擠壓滲透到預制件中，使合金液中的合金元素在高溫作用下與預制件中的某一組元發生化學反應，產生新的增強相，從而達強化基體的目的。在此工藝中，由于增強相的形成與液態金屬的擠壓成形同時進行，因此，材料組織致密

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