1、第第8章章 金屬基復(fù)合材料的制備與加工金屬基復(fù)合材料的制備與加工8.1 8.1 復(fù)合材料基礎(chǔ)復(fù)合材料基礎(chǔ)1. 復(fù)合材料的概念與定義復(fù)合材料的概念與定義q 常規(guī)材料的優(yōu)缺點(diǎn)：常規(guī)材料的優(yōu)缺點(diǎn)：q 定義：定義：采用物理或化學(xué)的方法，使兩種或兩種以上的材料采用物理或化學(xué)的方法，使兩種或兩種以上的材料在相態(tài)（如連續(xù)相：基體；不連續(xù)體：增強(qiáng)相）以性能相在相態(tài)（如連續(xù)相：基體；不連續(xù)體：增強(qiáng)相）以性能相互獨(dú)立的形式下共存于一體之中，以達(dá)到提高材料的某些互獨(dú)立的形式下共存于一體之中，以達(dá)到提高材料的某些性能，或互補(bǔ)其缺點(diǎn)，或獲得新的性能（或功能）的目的。性能，或互補(bǔ)其缺點(diǎn)，或獲得新的性能（或功能）的目的。金

2、屬材料的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的延展性和可加工性。缺點(diǎn)：強(qiáng)度金屬材料的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的延展性和可加工性。缺點(diǎn)：強(qiáng)度相對低，耐熱、耐磨、耐蝕性差，如鋁；相對低，耐熱、耐磨、耐蝕性差，如鋁；陶瓷材料的優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、耐熱、耐磨、耐蝕性好，缺點(diǎn)：陶瓷材料的優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、耐熱、耐磨、耐蝕性好，缺點(diǎn)：很脆，加工性能差。很脆，加工性能差。復(fù)合后利用兩者的優(yōu)勢互補(bǔ)，提高性能。復(fù)合后利用兩者的優(yōu)勢互補(bǔ)，提高性能。2. 復(fù)合材料的分類與命名復(fù)合材料的分類與命名1分類分類按用途分為結(jié)構(gòu)材料（用于制造受力構(gòu)件的復(fù)合材料）按用途分為結(jié)構(gòu)材料（用于制造受力構(gòu)件的復(fù)合材料）和功能材料（具有各種特殊性能，如阻尼、導(dǎo)電、導(dǎo)和功能材料（具有各種

3、特殊性能，如阻尼、導(dǎo)電、導(dǎo)磁、換能、摩擦、屏蔽等）兩類。磁、換能、摩擦、屏蔽等）兩類。按復(fù)合材料各成分在材料集散情況，分為三類：分散按復(fù)合材料各成分在材料集散情況，分為三類：分散（摻和）強(qiáng)化型復(fù)合材料、層狀（結(jié)合型）復(fù)合材料、（摻和）強(qiáng)化型復(fù)合材料、層狀（結(jié)合型）復(fù)合材料、梯度（功能型）復(fù)合材料。梯度（功能型）復(fù)合材料。按基體材料類型分：金屬基復(fù)合材料（按基體材料類型分：金屬基復(fù)合材料（MMC）（如鋁）（如鋁基復(fù)合材料、鈦基復(fù)合材料等）；聚合物基復(fù)合材料基復(fù)合材料、鈦基復(fù)合材料等）；聚合物基復(fù)合材料（PMC）；陶瓷基復(fù)合材料（）；陶瓷基復(fù)合材料（CMC）按增強(qiáng)原理分為彌散增強(qiáng)型復(fù)合材料、晶須增

4、強(qiáng)型復(fù)按增強(qiáng)原理分為彌散增強(qiáng)型復(fù)合材料、晶須增強(qiáng)型復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料。合材料、纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料。按基體分類按基體分類按增強(qiáng)體分類按增強(qiáng)體分類按分散狀態(tài)分類按分散狀態(tài)分類3. 金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料 金屬基復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高模量、低膨脹系數(shù)，能金屬基復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高模量、低膨脹系數(shù)，能耐耐300-500或更高的溫度。但造價高、密度大、制備工藝或更高的溫度。但造價高、密度大、制備工藝復(fù)雜，存在界面反應(yīng)等缺點(diǎn)。復(fù)雜，存在界面反應(yīng)等缺點(diǎn)。q 纖維增強(qiáng)型纖維增強(qiáng)型q 顆粒和晶須增強(qiáng)型顆粒和晶須增強(qiáng)型q 交替疊層型交替疊層型q 共晶定向凝固共晶定向凝固（1 1）基體）基體鋁、鎂

5、、鈦及其合金。鋁、鎂、鈦及其合金。（2 2）增強(qiáng)體）增強(qiáng)體8.2 8.2 金屬基復(fù)合材料制備與加工金屬基復(fù)合材料制備與加工 1.1.工藝過程工藝過程原料：原料：基體金屬與強(qiáng)化顆粒均為粉料，且越細(xì)越好，但基體金屬與強(qiáng)化顆粒均為粉料，且越細(xì)越好，但必須大于必須大于1 1微米，否則易聚難分散；微米，否則易聚難分散；混合：混合：球磨機(jī)混合法；球磨機(jī)混合法；壓粉壓粉（壓密）：相當(dāng)于成形工藝；（壓密）：相當(dāng)于成形工藝；脫氣：脫氣：為除去粉末、顆粒表面水分與吸附氣體，防止燒為除去粉末、顆粒表面水分與吸附氣體，防止燒結(jié)后材料內(nèi)部氣孔（相當(dāng)于干燥）；結(jié)后材料內(nèi)部氣孔（相當(dāng)于干燥）；壓粉坯的致密化：壓粉坯的致密化

6、：冷等靜壓、擠壓法；冷等靜壓、擠壓法；燒結(jié)燒結(jié)（固化）：常壓、熱壓、真空熱壓、熱等靜壓、熱（固化）：常壓、熱壓、真空熱壓、熱等靜壓、熱塑性變形燒結(jié)；塑性變形燒結(jié)；塑性加工：塑性加工：賦予材料一定形狀（熱加工溫度下變形）。賦予材料一定形狀（熱加工溫度下變形）。適合于分散強(qiáng)化型復(fù)合材料（顆粒或纖維強(qiáng)化型）適合于分散強(qiáng)化型復(fù)合材料（顆粒或纖維強(qiáng)化型）可以自由選擇基體金屬材料，因?yàn)樵摲ㄔ诠虘B(tài)下復(fù)合，可以自由選擇基體金屬材料，因?yàn)樵摲ㄔ诠虘B(tài)下復(fù)合，基體與強(qiáng)化相不易反應(yīng)；基體與強(qiáng)化相不易反應(yīng)；可以自由選擇強(qiáng)化顆粒種類、尺寸，且強(qiáng)化顆粒添加量可以自由選擇強(qiáng)化顆粒種類、尺寸，且強(qiáng)化顆粒添加量范圍廣；范圍廣；與

7、鑄造法相比，較易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化顆粒的均勻分散（微顆粒與鑄造法相比，較易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化顆粒的均勻分散（微顆粒除外）。除外）。1 1 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：2. 2. 粉末冶金復(fù)合法的特點(diǎn)粉末冶金復(fù)合法的特點(diǎn)工藝較復(fù)雜，成本高；工藝較復(fù)雜，成本高；固化方法采用燒結(jié)、熱壓、擠壓等方法；固化方法采用燒結(jié)、熱壓、擠壓等方法；除采用原生復(fù)合法外，微細(xì)顆粒均勻分散較困難；除采用原生復(fù)合法外，微細(xì)顆粒均勻分散較困難；強(qiáng)化顆粒表面污染不易除去，使基體與顆粒界面不如強(qiáng)化顆粒表面污染不易除去，使基體與顆粒界面不如鑄造法。鑄造法。2 2 缺點(diǎn)缺點(diǎn) - -鑄造復(fù)合法鑄造復(fù)合法（1 1）常壓鑄造法）常壓鑄造法(conventional cas

8、ting)(conventional casting)（2 2）液體金屬攪拌法）液體金屬攪拌法(Molten metal stirring)(Molten metal stirring)（3 3）真空加壓鑄造法）真空加壓鑄造法(Vacuum pressure casting)(Vacuum pressure casting)（4 4）擠壓鑄造法（）擠壓鑄造法（squeeze casting squeeze casting ）（1 1）預(yù)制坯體制造）預(yù)制坯體制造（2 2）擠壓鑄造）擠壓鑄造（5 5）連續(xù)鑄造法）連續(xù)鑄造法噴霧共沉積法（噴霧共沉積法（spray co-depositionspray

9、 co-deposition） 擴(kuò)散粘結(jié)法要點(diǎn)是金屬基體為固態(tài)，與增強(qiáng)材料的復(fù)擴(kuò)散粘結(jié)法要點(diǎn)是金屬基體為固態(tài)，與增強(qiáng)材料的復(fù)合是在不大的塑性變形情況下，靠較長時間、較高溫度和合是在不大的塑性變形情況下，靠較長時間、較高溫度和壓力，使組成材料之間接觸界面原子間相互擴(kuò)散粘結(jié)而成。壓力，使組成材料之間接觸界面原子間相互擴(kuò)散粘結(jié)而成。制造時先把增強(qiáng)纖維用不同的方法如等離子噴涂法、液制造時先把增強(qiáng)纖維用不同的方法如等離子噴涂法、液態(tài)金屬浸漬法、化學(xué)涂覆法等制成預(yù)制品態(tài)金屬浸漬法、化學(xué)涂覆法等制成預(yù)制品熱壓法（熱壓法（Hot Pressing )Hot Pressing )熱等靜壓法（熱等靜壓法（hot isostatic pressing hot isostatic pressing ）熱軋法（熱軋法（hot rolling hot rolli