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铝基复合原料的制ppt

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  铝基复合材料的制备及其应用 一.铝基复合材料制备技术 先进铝合金材料包括高强高韧性铝合金材料、半固态铸造成型铝合金材料和耐腐蚀铝合金材料等。 当前铝基复合材料的研究几种在两个方面: 1.采用连续纤维增强的具有优异性能的复合材料,其应用范围几种在很特殊的领域,如航空航天领域; 2.采用不连续增强体增强的具有优良性能的复合材料,其应用范围相当广泛。 相对来说,后者具有制备工艺简单、增强体成本低廉等优点,实现工业化大批量生产的潜力更大,因此成为当前铝基复合材料的研究重点。 1.纤维增强铝基复合材料的制造方法 为获得无纤维损伤、无空隙、高性能的致密复合材料,必须考虑增强纤维与铝及铝合金间的润湿性好坏和反应性大小、增强纤维的分布状态和高温下的损伤老化程度及界面稳定性等。纤维增强铝基复合材料的制造方法主要有熔融浸润法、加压铸造法扩散粘接法和粉末冶金法等。 1.1 熔融浸润法 熔融浸润法是用液态铝及铝合金浸润纤维束,或将纤维束通过液态铝及铝合金熔池,使每根纤维被熔融金属润湿后除去多余的金属面得到复合丝,再经挤压而制得复合材料。其缺点是当纤维很容易被浸润时,熔融铝及铝合金可能会对纤维性能造成损伤利用增强纤维表面涂层处理技术,可有效地改善纤维与金属间的浸润性和控制界面反应。目前熔融浸(Al—Mg)等纤维增强铝基复合材料的制造。 1.2 加压铸造法 加压铸造法是使熔融铝及铝合金强制压入内置纤维预制件的固定模腔,压力一直施加到凝固结束。加压铸造法因高压改善了金属熔体的浸润性,所制得复合材料的增强纤维与铝及铝合金间的反应最小,没有孔隙和缩孔等常规铸造缺陷。铸造压力和增强纤维含量对铝基复合材料的性能有较大影响。加压铸造法成功地用于制造B/AI,SiC/A1,A1 Od(Al—Li),A1 OJ(A1一Mg)等铝基复合材料。 1.3 扩散粘接法 扩散粘接法主要是指铝箔与经表面处理后浸润铝液的纤维丝或复合丝或单层板按规定的次序叠层,在真空或惰性气体条件下经高温加压扩散粘接成型以得到铝基复合材料的制造方法。此外,扩散粘接法还包括常压烧结法、热压法、高温挤拉法。目前采用扩散粘接法制造的纤维增强铝基复合材料有C/A1,B/A1,SiC/A1等。 1.4 粉末冶金法 粉末冶金法是传统的粉末冶金工艺在新的工程材料制备上的发展。随着制粉工艺的发展和分散工艺方法的完善,人们已经利用粉末冶金法成功制备了大量性能优异的铝基复合材料。它们不仅具有高比强、高比模、低膨胀、高抗磨的特点,而且可以随意调整工艺路线。这种方法制备的铝基复合材料中增强相分布均匀,界面反应易于控制,在性能和稳定性上大大优于其它工艺方法制备的材料。 2颗粒增强铝基复合材料的制备方法 2.1 液态金属浸渗 2.2 弥散混合工艺 2.3 原位复合工艺 2.4 粉末冶金 2.5 喷射沉积工艺 2.1 液态金属浸渗 1 ) 挤压铸造 挤压铸造是目前制造金属基复合材料较成熟的一种方法。首次在工业上应用的铝基复合材料制件即13 本丰田公司制造的铝基A 1 ,O , 晶须增强汽车活塞就是用挤压铸造方法获得的。挤压铸造是在液体压力作用下将液态金属渗入增强相预制块中。在制造过程中, 为了防止熔体过早冷却,需要对压模和预制块进行预热处理, 预热温度一般低于基体合金的液相线 ) 气压铸造 用气体压力取代挤压铸造的液体压力。就形成了气压浸渗制造复合材料工艺。气压浸渗工艺一般都施加真空作用, 所需要的浸渗压力较低, 大都在十几M P a 以下。目前, 已经出现了多种气压浸渗工艺技术。 2.2 弥散混合工艺 弥散混合工艺是用机械力作用使颗粒和熔体混合, 然后浇注成铸锭或复合材料制件。该工艺研究开始于6 0 年代。由于大多数类型的颗粒和铝合金熔体之间具有不润湿特点, 因此为了使得颗粒和熔体之间完全结合, 必须施加外力作用以克服热力学表面障碍和黏滞阻力。该工艺主要包括: 搅拌铸造、流变铸造、螺旋挤压、喷射分散、团块分散等方法。 2.3 原位复合工艺 原位复合工艺是由加入到基体金属熔体中的粉末或其它材料与基体反应生成一定的增强相而制得复合材料的一种工艺。主要包括自蔓延合成工艺、X D 52 艺和气液反应工艺。这些工艺的主要优点为: 陶瓷颗粒表面无污染, 与基体界面相容性好, 颗粒细小, 因而材料增强效果好, 是研究和开发复合材料很有效的方法” M a r i e t t a 公司开发的专利复合材料制造X D T M 技术。该技术是向有溶解能力的金属(如A 1)中加入某几种物质使其发生化合反应放热生成需要的增强体。以T i B , 颗粒在A l 基体中的形成为例, T i 、B 和A l以元素粉末的形成或以A l — T i 、A l — B 合金的形式混合并加热至足够高的温度形成熔融的A l 介质, T i 或B 在其中扩散析出T i B , 。 典型的做法是先制备含高体积分数(5 0 v 0 1% 以上)的母合金, 再加入到金属基体中制得含所需体积分数的复合材料。该技术可产生的陶瓷颗粒包括硼化物、碳化物、氮化物和硅化物等。 2.4 粉末冶金 粉末冶金是制备高熔点难成型金属材料的传统工艺。它是将快速凝固金属粉末和增强陶瓷颗粒等经筛分、混合、冷压固结、除气、热压烧结, 以及压力加工制得复合材料的一种工艺。研究结果表明, 用粉末冶金工艺生产的颗粒增强金属基复合材料的综合强度水平比用熔融金属工艺生产的同种材料高, 伸长率也较高, 材料微观组织结构有所改善。但是这种工艺及设备复杂, 金属粉末与陶瓷颗粒混合时会因颗粒分布不均, 除气不完全而导致材料内部出现气孔, 温度选择不当易造成汗析。另外, 制得的复合材料坯件一般还需要二次成型。这种设备不适用于生产较大型件,所以对铝基复合材料的工业规模生产有所限制。 2.5 喷射沉积工艺 喷射沉积工艺是由英国S i n g e r 教授首创并干1 9 7 0 年正式公布。这一工艺早期应用于一些金属半成品的生产和制备, 后来加利福尼亚大学L a v e r n i a E J 等人开始利用这一技术制备颗粒增强金属基复合材料。 二.材料的特点分析 对于小型空间红外遥感器来说,结构部分不仅要满足高刚度、高强度和尺寸稳定性的要求,而且应该尽量减轻质量。本文研究的空间红外遥感器镜筒材料采用了石墨纤维增强铝基复合材料(以下简称铝基复合材料),这种材料属于长纤维增强(连续强化)金属基复合材料,由哈尔滨工业大学金属基复合材料研究所自主研制。 与金属材料相比,铝基复合材料具有如下优点:耐高温、高比强、高比模、热膨胀系数小、尺寸稳定性好、对缺口不敏感且抗磨损。与聚合物基复合材料相比铝基复合材料具有如下优点:耐高低温、防燃、尺寸稳定、抗氧化、抗辐照、抗电磁脉冲、无气化和导热、导电、剪切强度高、热膨胀系数低、可直接加工螺纹和圆孔。 三.材料的加工和处理工艺 铝基复合材料是一种设计性很强的材料,可以按照设计者的要求进行石墨纤维的铺层、缠绕、毛坯件的精密成型,这样既可以提高材料性能,又可以节约昂贵的石墨纤维,降低成本。设计人员也可以根据材料纤维铺层和缠绕的特性,在结构上设计合理的过渡与连接,充分利用材料特点,使零部件获得更好的力学性能和尺寸稳定性。这种材料还可以直接加工圆孔和螺纹,不需要安装预埋件,较之树脂基复合材料使用起来更加方便。 * * 材料是人类赖以生存的必需品,是社会发展的基础,是现代文明的重要支柱。而先进材料对人类生活质量的提高,对社会的发展,对其他技术的发展都起着重要的促进作用。 先进材料是新材料和具有高性能的传统材料的总称,既包括具有优良性能的新材料,又包括具有高性能的传统材料 汽车工业是一个国家的支柱产业,汽车工业是大型的、综合性的加工产业,它可以带动和促进系列相关工业和相关社会服务行业的发展。相关的工业有冶金、石油化工、机械、电子电器、轻工、纺织等。相关的服务行业有交通运输、保险、维修、商业等。这些工业和服务行业所涉及的经济效益和社会效益十分巨大。 铝合金及镁合金轮毂等 铝基复合材料汽车架 随着现代汽车向轻量化、节能、环保、安全舒适方向发展,需用传统材料提高性能,同时需要具有高性能的新型材料代替部分传统材料。 在材料方面,汽车工业需用11大类材料,分别为钢板、特种钢、结构用塑料和复合材料、非结构用塑料和复合材料、橡胶、涂料、有色金属合金(主要为铝合金材料)、铸件、陶瓷和玻璃、金属基复合材料。汽车工业对材料的需求很大,仅美国每年需用6000万吨以上。 例如,采用IF钢板和抗拉强度超过400MPa的超级钢做汽车钢板,可以减薄,减轻汽车车体质量;采用新型的铝基复合材料代替铸铁件,用深冲铝合金板代替钢板,都显著减轻汽车质量。自20世纪60年代以后,塑料件在汽车中的应用逐渐增多,以工程塑料和复合材料为主,目前,在单台轿车上的塑料件用量已接近120Kg。由于先进材料的发展,汽车上使用的原材料结构组成比逐年发生变化。 先进复合材料的兴起,克服了均一材质材料的不具有多种性能的弱点,在汽车上应用,既有利于减轻汽车自身质量,又有利于提高性能 用PCD道具钻加工20%SiCp的铝基复合材料 3 ) 无压浸渗 无压浸渗工艺是1 9 8 9 年L a n x i d e 公司:提出的专利技术, 也称为L a n x i d e 5 2 艺。在该工艺中, 基体合金放在可控制气氛的加热炉中加热到基体合金液相线以上温度,在不加压力的情况下合金熔体自发浸渗到 颗粒层或预制块中。利用该方法可制造出近终形态的复合材料制品。因为没有压力作用, 浸渗模具材料选择很容易, 如可选用透气性好的耐火材料和烧结陶瓷材料。 影响该工艺的主要因素为: 浸渗温度、颗粒大小和环境气体种类。无压浸渗工艺本质是实现自润湿作用。 目前该工艺只能在一定条件下才能实现, 合金含镁和氮气环境是两个前提条件, 因此无压浸渗工艺具有局限性。 上表比较了常用航天材料的主要性能参数,从中可以看出,铝基复合材料(Gr/A1)的密度比铝小,但是弹性模量比钛大。铝基复合材料的比刚度很大,仅次于铍,但它的生产过程不会像铍一样产生剧毒和污染。它的线O。C多次循环下,结构尺寸稳定,可以很好地满足光学系统对温度和结构尺寸稳定性的要求。 比刚度和比强度高、线膨胀系数小、尺寸稳定性好是铝基复合材料的突出特点,这些特点决定了它是一种制造空问相机镜筒的理想材料。

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