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1、金属基复合材料的制备工艺金属基复合材料的制备工艺 金属基复合材料制备及金属基复合材料制备及成形工艺成形工艺 v金属基复合材料的性能、应用、成本等在很大程金属基复合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决于制备技术；度上取决于制备技术；v研究和发展有效的制备技术一直是金属基复合材研究和发展有效的制备技术一直是金属基复合材料研究中最重要的问题之一。料研究中最重要的问题之一。复合材料的概念与定复合材料的概念与定义q常规材料的优缺点：常规材料的优缺点：q定义：定义：采用物理或化学的方法，使两种或两种以上的材料在相采用物理或化学的方法，使两种或两种以上的材料在相态（如（如连续相：基体；不相：基体；不连续
2、体：增体：增强相）以性能相互独立的形式下共存于相）以性能相互独立的形式下共存于一体之中，以达到提高材料的某些性能，或互一体之中，以达到提高材料的某些性能，或互补其缺点，或其缺点，或获得新的得新的性能（或功能）的目的。性能（或功能）的目的。金属材料的金属材料的优点：点：优良的延展性和可加工性。缺点：良的延展性和可加工性。缺点：强度相度相对低，耐低，耐热、耐磨、耐、耐磨、耐蚀性差，如性差，如铝；陶瓷材料的陶瓷材料的优点：点：强度高、耐度高、耐热、耐磨、耐、耐磨、耐蚀性好，缺点：很脆，加性好，缺点：很脆，加工性能差。工性能差。复合后利用两者的复合后利用两者的优势互互补，提高性能。，提高性能。金属基复
3、合材料的制备难点金属基复合材料的制备难点v制备温度选择难度大；制备温度选择难度大；v界面反应难以控制；界面反应难以控制；v金属基体与增强材料之间润湿性差，甚至在制金属基体与增强材料之间润湿性差，甚至在制备温度下完全不润湿；备温度下完全不润湿；v将增强材料按照设计要求、方向均匀分布于基将增强材料按照设计要求、方向均匀分布于基体中比较困难。体中比较困难。按基体分类按基体分类按增强体分类按增强体分类按分散状态分类按分散状态分类连续增强相金属基复合材料的制备工艺连续增强相金属基复合材料的制备工艺不连续增强相金属基复合材料的制备工艺 1连续增强相金属基复合材料的制备工艺 2不连续增强相金属基复合材料的制
4、备工艺不连续增强相金属基复合材料的制备工艺 铝合金铝合金固态、液态、原位生长、喷射成型法固态、液态、原位生长、喷射成型法 颗粒颗粒 镁合金镁合金液态法液态法 晶须晶须 钛合金钛合金固态、液态法、原位生长法固态、液态法、原位生长法 短纤维短纤维 高温合金高温合金原位生长法原位生长法 金属间化合物金属间化合物粉末冶金、原位生长法粉末冶金、原位生长法2.1.3 连续增强相金属基复合材料的制备工艺连续增强相金属基复合材料的制备工艺 铝合金铝合金固态、液态法固态、液态法 碳纤维碳纤维 镁合金镁合金 固态、液态法固态、液态法 硼纤维硼纤维 钛合金钛合金 固态法固态法 SiCSiC纤维纤维 高温合金高温合金
5、固态法固态法 氧化铝纤维氧化铝纤维 金属间化合物金属间化合物固态法固态法 2.1金属基复合材料制备工艺的分类：金属基复合材料制备工艺的分类：1）固态法：固态法：粉末冶金法、真空热压扩散结合、粉末冶金法、真空热压扩散结合、热等静压、超塑性成型热等静压、超塑性成型 /扩散结合、模压。扩散结合、模压。2 2）液态法：）液态法：液态浸渗、真空压铸、反压铸造、液态浸渗、真空压铸、反压铸造、半固态铸造。半固态铸造。3 3）喷射成型法：）喷射成型法：等离子喷涂成型、喷射成型。等离子喷涂成型、喷射成型。4 4）原位生长法。）原位生长法。一一.固态法固态法工艺流程工艺流程将金属粉末或金属箔与增强物（纤维、晶须、
6、颗粒）按将金属粉末或金属箔与增强物（纤维、晶须、颗粒）按设计要求以一定的含量、分布、排布在一起；设计要求以一定的含量、分布、排布在一起；加热、加压扩散粘接：将金属与增强物复合在一起，形加热、加压扩散粘接：将金属与增强物复合在一起，形成成MMC。特点：特点：v整个工艺过程处于较低的温度，金属和增强物都处于固整个工艺过程处于较低的温度，金属和增强物都处于固态；界面反应不严重。态；界面反应不严重。类型：粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法、拉类型：粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法、拉拔法。拔法。粉末冶金复合法粉末冶金复合法1.1工工艺过程程1.1.原料：原料：基体金属与基体金属与强化化颗粒均
7、粒均为粉料，且越粉料，且越细越好，但必越好，但必须大于大于1微米，否微米，否则易聚易聚难分散；分散；2.2.混合：混合：球磨机混合法；球磨机混合法；3.3.压粉压粉（压密）：密）：相当于成形工相当于成形工艺；4.4.脱气：脱气：为除去粉末、除去粉末、颗粒表面水分与吸附气体，防止粒表面水分与吸附气体，防止烧结后材料内部气孔后材料内部气孔（相当于干燥）；（相当于干燥）；5.5.压粉坯的致密化：压粉坯的致密化：冷等静冷等静压、挤压法；法；6.6.烧结烧结（固化）：（固化）：常常压、热压、真空、真空热压、热等静等静压、热塑性塑性变形形烧结；7.7.塑性加工：塑性加工：赋予材料一定形状（予材料一定形状（
8、热加工温度下加工温度下变形）。形）。适合于分散强化型复合材料（颗粒或纤维强化型）适合于分散强化型复合材料（颗粒或纤维强化型）1)可以自由可以自由选择基体金属材料，因基体金属材料，因为该法在固法在固态下复合，基体与增下复合，基体与增强相不易反相不易反应；2)可以自由可以自由选择强化化颗粒种粒种类、尺寸，且、尺寸，且强化化颗粒添加量范粒添加量范围广；广；3)与与铸造法相比，造法相比，较易易实现强化化颗粒的均匀分散（微粒的均匀分散（微颗粒除外）。粒除外）。4)4)与液相法相比，制备温度低，界面反应可控；与液相法相比，制备温度低，界面反应可控；5)5)可根据要求设计复合材料的性能；可根据要求设计复合材
9、料的性能；6)6)其组织致密、细化、均匀、内部缺陷明显改善；其组织致密、细化、均匀、内部缺陷明显改善；7)7)利于净成型或近净成型，二次加工性能好。利于净成型或近净成型，二次加工性能好。1 12 2 优点：优点：1)工工艺较复复杂，成本高；，成本高；2)固化方法采用固化方法采用烧结、热压、挤压等方法；等方法；3)除采用原生复合法外，微除采用原生复合法外，微细颗粒均匀分散粒均匀分散较困困难；4)强化化颗粒表面粒表面污染不易除去，使基体与染不易除去，使基体与颗粒界面不如粒界面不如铸造法。造法。1 13 3 缺点缺点 热压法工艺通常要求先将纤维与金属基体制成复热压法工艺通常要求先将纤维与金属基体制成
10、复合材料预制片，然后将预制片按设计要求裁剪成合材料预制片，然后将预制片按设计要求裁剪成所需的形状、叠层排布（纤维方向）将叠层放入所需的形状、叠层排布（纤维方向）将叠层放入模具内，进行加热加压，最终制得复合材料或零模具内，进行加热加压，最终制得复合材料或零件。件。热压法是目前制造直径较粗的热压法是目前制造直径较粗的硼纤维硼纤维和和碳化硅纤碳化硅纤维增强铝基、钛基复合材料维增强铝基、钛基复合材料的主要方法。的主要方法。2.2.真空热压扩散结合真空热压扩散结合 可称为扩散粘结法，或扩散焊接法。可称为扩散粘结法，或扩散焊接法。热压法工艺流程热压法工艺流程在增强材料上铺金属箔在增强材料上铺金属箔裁剪成形
11、裁剪成形冷却取出制品冷却取出制品并加以整理并加以整理抽真空抽真空加热至所需温度加热至所需温度加压与保压加压与保压影响扩散粘结过程的影响扩散粘结过程的主要参数主要参数是：温度、压力和一定温度及压力是：温度、压力和一定温度及压力下维持的时间。另外，气氛对质量也有较大影响。下维持的时间。另外，气氛对质量也有较大影响。扩散粘结过程分为三个阶段：扩散粘结过程分为三个阶段：1.粘结表面的最初接触，由于加热、加压，粘结表面的最初接触，由于加热、加压，使表面发生变形、移动、表面膜（氧化膜）使表面发生变形、移动、表面膜（氧化膜）破坏；破坏；2.随着时间的进行，发生界面扩散和体扩散，随着时间的进行，发生界面扩散和
12、体扩散，使接触面密着粘结；使接触面密着粘结；3.由于热扩散结合界面最终消失，粘由于热扩散结合界面最终消失，粘结过程完成。结过程完成。工艺过程工艺过程：将金属基体（粉或箔）与增强材料：将金属基体（粉或箔）与增强材料（纤维、晶须、颗粒）按照一定比例混合或排布（纤维、晶须、颗粒）按照一定比例混合或排布后，或用预制片叠层后，放入金属包套（或玻璃后，或用预制片叠层后，放入金属包套（或玻璃包套）中，抽气密封后装入热等静压装置中，进包套）中，抽气密封后装入热等静压装置中，进行加热加压，复合成金属基复合材料。行加热加压，复合成金属基复合材料。3.热等静压法热等静压法工艺优缺点工艺优缺点：材质致密、尺寸精度高；
13、但设备投：材质致密、尺寸精度高；但设备投资大，工艺周期长，成本高。资大，工艺周期长，成本高。采用惰性气体加压，工件在各个方向上受到均匀压力的采用惰性气体加压，工件在各个方向上受到均匀压力的作用。作用。模压成型也是扩散结合的一种手段。将纤维模压成型也是扩散结合的一种手段。将纤维/基体基体预制体放置在具有一定形状的模具中进行扩散结合，预制体放置在具有一定形状的模具中进行扩散结合，最终得到一定形状的最终制品。常用这种工艺制备各最终得到一定形状的最终制品。常用这种工艺制备各种型材。种型材。4.4.模压成型模压成型v都是塑性成形热加工方法。都是塑性成形热加工方法。v热轧法主要用来将已经复合好的颗粒、晶须
14、、短热轧法主要用来将已经复合好的颗粒、晶须、短纤维增强金属基复合材料锭坯进一步加工成板材。纤维增强金属基复合材料锭坯进一步加工成板材。v热挤压和热拉主要用于颗粒、晶须、短纤维增强热挤压和热拉主要用于颗粒、晶须、短纤维增强复合材料坯料的进一步加工，制成各种形状的管复合材料坯料的进一步加工，制成各种形状的管材、型材、棒材等。材、型材、棒材等。v经挤压、拉拔后复合材料的组织变得均匀、缺陷经挤压、拉拔后复合材料的组织变得均匀、缺陷较少、性能明显提高，短纤维和晶须还有一定的较少、性能明显提高，短纤维和晶须还有一定的择优取向，轴向抗拉强度提高显著。择优取向，轴向抗拉强度提高显著。5.热轧法、热挤压法和热拉
15、法热轧法、热挤压法和热拉法5.1.粉末粉末轧制法制法5.2 块（带）材）材轧制复合法制复合法5.3 温温轧复合生复合生产线v是利用炸药产生强大脉冲应力，通过使碰撞的材是利用炸药产生强大脉冲应力，通过使碰撞的材料发生塑性变形、粘结处金属的局部扰动以及热料发生塑性变形、粘结处金属的局部扰动以及热过程使材料焊接起来。过程使材料焊接起来。6.爆炸焊接法爆炸焊接法v叠层复合法是先将不同金属板用叠层复合法是先将不同金属板用扩散结合方法扩散结合方法复合，然后复合，然后采用离子溅射或分子束外延方法交替地将不同金属或金属采用离子溅射或分子束外延方法交替地将不同金属或金属与陶瓷薄层叠合在一起构成金属基复合材料。与
16、陶瓷薄层叠合在一起构成金属基复合材料。v这种复合材料性能很好，但工艺复杂难以实用化。这种复合材料性能很好，但工艺复杂难以实用化。v目前这种材料的应用尚不广泛，过去主要少量应用或试用目前这种材料的应用尚不广泛，过去主要少量应用或试用于航空、航天及其它军用设备上，现在正努力向民用方向于航空、航天及其它军用设备上，现在正努力向民用方向转移，特别是在汽车工业上有很好的发展前景。转移，特别是在汽车工业上有很好的发展前景。7.叠层复合法叠层复合法二二.液态金属法液态金属法方法方法：金属基体处于熔融状态下与固体增强物复：金属基体处于熔融状态下与固体增强物复合成材料的方法。工艺过程：液态金属浸渍合成材料的方法
17、。工艺过程：液态金属浸渍 挤压铸造成型。挤压铸造成型。特点特点：制备温度高，易发生严重的界面反应，有：制备温度高，易发生严重的界面反应，有效控制界面反应是液态法的关键。效控制界面反应是液态法的关键。工艺类型工艺类型：挤压铸造法、真空吸铸、液态金属浸：挤压铸造法、真空吸铸、液态金属浸渍法、真空压力浸渍法，搅拌复合法。渍法、真空压力浸渍法，搅拌复合法。液态法主要面临问题缺点液态法主要面临问题缺点1.颗粒与金属熔体的润湿性差，不易进入和均颗粒与金属熔体的润湿性差，不易进入和均匀分散在金属熔体中，产生团聚匀分散在金属熔体中，产生团聚2.强烈的搅拌容易造成金属熔体的氧化和大量强烈的搅拌容易造成金属熔体的
18、氧化和大量的吸入空气。的吸入空气。改善缺点的方法改善缺点的方法 颗粒表面处理颗粒表面处理；增强颗粒表面在使用前往往被各种有机物污染或吸附了水分，及增强颗粒表面在使用前往往被各种有机物污染或吸附了水分，及有害于复合过程的混合、浸润的气体，为此在复合前必须对颗粒有害于复合过程的混合、浸润的气体，为此在复合前必须对颗粒进行处理，去除有害吸附物以改善与金属液的浸润。进行处理，去除有害吸附物以改善与金属液的浸润。比较简单有效的方法是将颗粒进行加热处理，在高温下使有害物比较简单有效的方法是将颗粒进行加热处理，在高温下使有害物质挥发去除，同时在表面形成极薄的氧化层。质挥发去除，同时在表面形成极薄的氧化层。如
19、如SiC颗粒经高温氧化，在表面上形成一层颗粒经高温氧化，在表面上形成一层SiO2层，在复合过程层，在复合过程中与铝液反应改善了中与铝液反应改善了SiO2颗粒与铝熔体的浸润。也有在颗粒表颗粒与铝熔体的浸润。也有在颗粒表面涂覆面涂覆Ni、Cu等金属涂层以改善浸润性，但不经济。等金属涂层以改善浸润性，但不经济。在金属熔体中添加合金元素改善浸润性在金属熔体中添加合金元素改善浸润性；为了降低铝熔液的表面张力，改善与陶瓷颗粒的浸润性，在铝为了降低铝熔液的表面张力，改善与陶瓷颗粒的浸润性，在铝熔体中加入钙、镁、锂等元素可有效的减小熔体表面张力和增熔体中加入钙、镁、锂等元素可有效的减小熔体表面张力和增加与陶瓷
20、颗粒的浸润性，有利于颗粒与铝熔体的复合。加与陶瓷颗粒的浸润性，有利于颗粒与铝熔体的复合。v有效的机械搅拌有效的机械搅拌。在液态金属搅拌铸造法中有效的搅拌是使颗粒与金属液均匀混合在液态金属搅拌铸造法中有效的搅拌是使颗粒与金属液均匀混合和复合的关键措施之一。和复合的关键措施之一。强烈的搅拌和液体金属以高的剪切速度流过颗粒表面，能有效地强烈的搅拌和液体金属以高的剪切速度流过颗粒表面，能有效地改善金属与颗粒之间的浸润。在复合过程中可以通过高速旋转机改善金属与颗粒之间的浸润。在复合过程中可以通过高速旋转机械搅拌或超声波搅拌来完成有效的搅拌复合。械搅拌或超声波搅拌来完成有效的搅拌复合。复合过程的气氛控制复
21、合过程的气氛控制；为了防止液体金属的氧化和吸气，对复合过程的气氛控制十分重为了防止液体金属的氧化和吸气，对复合过程的气氛控制十分重要。要。液体金属氧化生成的氧化膜阻止金属与颗粒的混合和浸润，大量液体金属氧化生成的氧化膜阻止金属与颗粒的混合和浸润，大量气体的吸入又会造成大量的气孔，使复合材料的质量大大下降。气体的吸入又会造成大量的气孔，使复合材料的质量大大下降。一般采用真空、惰性气体保护以及其他有效措施来防止复合过程一般采用真空、惰性气体保护以及其他有效措施来防止复合过程中气体的吸入和金属熔体的氧化。中气体的吸入和金属熔体的氧化。1.挤压铸造法（造法（squeeze casting）（1）预制坯
22、体制造（湿模）制坯体制造（湿模）（2）挤压铸造造铝制模具垫圈混合液SiC颗粒压头多层滤纸铝制多孔底盖湿型法制备预制块示意图湿型法制备预制块示意图 压制成型并保压低温烘干后高温处理浇注及过滤配置溶胶及颗粒清洗添加适量溶胶并震荡搅拌预制块的制备工艺流程图 举例：挤压铸造法-SiCp/Al复合材料 烘干与烧结处理工艺 SiC颗粒预制块 SiCp/Al复合材料 影响复合材料质量的主要因素影响复合材料质量的主要因素 （1）预制块的质量）预制块的质量（均匀、无裂纹、无气泡、一定强度）（均匀、无裂纹、无气泡、一定强度）（2）模具和预制块的预热温度）模具和预制块的预热温度（铝合金约（铝合金约500）（3）浇注
23、温度）浇注温度（一定过热度）（一定过热度）（4）渗流压力）渗流压力（致密度）（致密度）（5）保压时间）保压时间（300s左右）左右）2.真空压力浸渍法真空压力浸渍法v底部压入法底部压入法v顶部注入法顶部注入法v顶部压入法顶部压入法v预制件的制备和预制件的制备和工艺参数的控制工艺参数的控制是得到高性能是得到高性能复合材料的关键。复合材料的关键。v预制件决定复合材料中纤维、颗粒等增强材料预制件决定复合材料中纤维、颗粒等增强材料的含量、分布和排列方向。的含量、分布和排列方向。v分干法和湿法制备两种。分干法和湿法制备两种。真空压力浸渍法工艺过程真空压力浸渍法工艺过程装炉装入预制件真空压力浸渍法工艺过程
24、真空压力浸渍法工艺过程提升坩埚抽真空、熔化真空压力浸渍法工艺过程真空压力浸渍法工艺过程进入模具通高压气体（底部压入法）真空压力浸渍法工艺过程真空压力浸渍法工艺过程凝固浸渍开炉顶部压入法顶部压入法 其中其中预制件预热温度预制件预热温度和和熔体温度熔体温度是影响浸渍是否完是影响浸渍是否完全和界面反应程度最主要的因素。全和界面反应程度最主要的因素。预制件预热温度越高，金属熔体不会因渗入预制件而迅速预制件预热温度越高，金属熔体不会因渗入预制件而迅速冷却凝固，因此浸渍越充分。冷却凝固，因此浸渍越充分。金属熔体温度越高，流动性越好，越容易充填到预制件中。金属熔体温度越高，流动性越好，越容易充填到预制件中。
25、但是，二者温度越高，界面反应越严重，因此需要严格控但是，二者温度越高，界面反应越严重，因此需要严格控制二者温度。制二者温度。工艺参数工艺参数主要包括：预制件预热温度、金属熔体主要包括：预制件预热温度、金属熔体温度、浸渍压力、冷却速度等。温度、浸渍压力、冷却速度等。浸渍压力浸渍压力是制备过程的直接驱动力，压力越高，是制备过程的直接驱动力，压力越高，浸渍能力越强。浸渍能力越强。特点：特点：1.适用面广，可用于多种金属基体和连续纤维、短纤适用面广，可用于多种金属基体和连续纤维、短纤维、晶须和颗粒等增强材料的复合。维、晶须和颗粒等增强材料的复合。2.可直接制成复合材料的零件，特别是形状复杂的零件，可直
26、接制成复合材料的零件，特别是形状复杂的零件，基本上无需进行后续加工。基本上无需进行后续加工。3.浸渍在真空中进行，压力下凝固，无气孔、缩松、浸渍在真空中进行，压力下凝固，无气孔、缩松、疏松等铸造缺陷，组织致密，材料性能高。疏松等铸造缺陷，组织致密，材料性能高。4.工艺简单，参数易于控制，避免严重的界面反应。工艺简单，参数易于控制，避免严重的界面反应。5.该方法设备比较复杂，工艺周期长，制造大尺寸的零该方法设备比较复杂，工艺周期长，制造大尺寸的零件要求大型设备。件要求大型设备。液态金属基体通过特殊的喷嘴，在惰性气体气流的液态金属基体通过特殊的喷嘴，在惰性气体气流的作用下，雾化成细小的液态金属流，
27、喷向衬底，同时将作用下，雾化成细小的液态金属流，喷向衬底，同时将颗粒加入到雾化的金属流中，与金属液滴混合在一起，颗粒加入到雾化的金属流中，与金属液滴混合在一起，并沉积在衬底上，凝固形成复合材料。并沉积在衬底上，凝固形成复合材料。3.共喷沉积法共喷沉积法 凝固的过程比较复杂，与金属的雾化情况、沉积凝凝固的过程比较复杂，与金属的雾化情况、沉积凝固条件或增强体的送入角有关，过早凝固不能复合，过固条件或增强体的送入角有关，过早凝固不能复合，过迟的凝固则使增强体发生上浮下沉而分布不匀。迟的凝固则使增强体发生上浮下沉而分布不匀。缺点缺点：出现原材料被气流带走和沉积在效应器壁上等现象而损出现原材料被气流带走
28、和沉积在效应器壁上等现象而损失较大；失较大；材料中孔隙率较大材料中孔隙率较大以及容易出现的疏松以及容易出现的疏松；液滴容易氧化。液滴容易氧化。优点优点：适用面广：一般基体、增强材料都可采用；适用面广：一般基体、增强材料都可采用；生产工艺简单、效率高；生产工艺简单、效率高；冷却速度快、成分均匀、防偏析、晶粒细小；冷却速度快、成分均匀、防偏析、晶粒细小；有效避免复合材料发生界面反应，增强有效避免复合材料发生界面反应，增强颗粒分布均匀。颗粒分布均匀。强化颗粒共喷沉积法示意图共喷沉积法示意图 圆锭 板 管v指用液态金属连续浸渍长纤维，得到复合材料预指用液态金属连续浸渍长纤维，得到复合材料预制品（带、丝
29、等）的一种方法。制品（带、丝等）的一种方法。v核心工艺核心工艺：是将经过涂覆处理的连续长纤维通过：是将经过涂覆处理的连续长纤维通过熔体，得到复合丝或带。如碳纤维增强铝基、镁熔体，得到复合丝或带。如碳纤维增强铝基、镁基复合材料。基复合材料。v表面涂覆：一般采用化学气相沉积法（表面涂覆：一般采用化学气相沉积法（CVD）。）。v缺点缺点：工艺比较复杂；成本很高，应用受限。：工艺比较复杂；成本很高，应用受限。4.液态金属浸渍法液态金属浸渍法v液态金属浸渍法的液态金属浸渍法的原理原理是通过对碳是通过对碳(或石墨或石墨)纤维表纤维表面进行活化处理，经处理的碳纤维与铝液、镁液相面进行活化处理，经处理的碳纤维
30、与铝液、镁液相互自发浸润。互自发浸润。v当纤维束经过铝熔池时，金属液就自发浸渍到纤维当纤维束经过铝熔池时，金属液就自发浸渍到纤维束中，形成复合丝，以后再进行二次复合成零件。束中，形成复合丝，以后再进行二次复合成零件。对石墨纤维进行对石墨纤维进行Ti-B或（液态）金属钠表面涂层处理可以增加纤维或（液态）金属钠表面涂层处理可以增加纤维与铝液的润湿性，防止过量的脆性相与铝液的润湿性，防止过量的脆性相Al4C3生成。生成。5.5.无压浸渗法无压浸渗法 美国Lanxide公司开发的一种新工艺。将增强材料制成预制体，放置于由氧化铝制成的 容器中。再将基体金属坯料置于增强材料预制体上部 。然后一齐均装入可通
31、入流氮气的加热炉中。通过加 热，基体金属熔化，并自发浸渗入网络状增强材料预 制体中。无压浸渗法制备无压浸渗法制备AlAl2 2O O3 3（f f）/Al/Al复合材料工艺原理示意图复合材料工艺原理示意图 1.3.4 1.3.4 原位（原位（In situIn situ）生长（复合）法）生长（复合）法 增强相从基体中直接生成，生成相的热力学稳定增强相从基体中直接生成，生成相的热力学稳定性好，不存在基体与增强相之间的润湿和界面反性好，不存在基体与增强相之间的润湿和界面反应等问题，基体与增强相结合良好，较好的解决了界应等问题，基体与增强相结合良好，较好的解决了界面相容性问题。面相容性问题。（1 1
32、）共晶合金定向凝固）共晶合金定向凝固 ：共晶合金定向凝固要求合金成分为共晶或接近共晶成分，共晶合金定向凝固要求合金成分为共晶或接近共晶成分，开始为二元合金，后发展为三元单变共晶，以及有包晶开始为二元合金，后发展为三元单变共晶，以及有包晶或偏晶反应的两相结合。定向凝固时，参与共晶反应的或偏晶反应的两相结合。定向凝固时，参与共晶反应的a和和 相同时从液相中生成，其中一相以棒状（纤维状）相同时从液相中生成，其中一相以棒状（纤维状）a或层片状规则排列生成（上图）。或层片状规则排列生成（上图）。定向凝固共晶合金复合材料的原位生长必须满足三个条件：定向凝固共晶合金复合材料的原位生长必须满足三个条件：（1）
33、有温度梯度（）有温度梯度（GL）的加热方式；）的加热方式；（2）满足平面凝固条件；）满足平面凝固条件；GL/VI =mL（CE C0）/DL 式中：式中：GL：液相温度梯度；：液相温度梯度；VI：凝固速度；：凝固速度；mL：液相线斜率；：液相线斜率；CE：共晶成分：共晶成分：C0：合金成分；：合金成分；DL ：溶质在液相中的扩散系数。：溶质在液相中的扩散系数。（3）两相的成核和生长要协调进行。）两相的成核和生长要协调进行。（2 2）反应生长法（）反应生长法（XD TM）该工艺可生成颗粒、晶须或共同增强的金属和金属间该工艺可生成颗粒、晶须或共同增强的金属和金属间化合物基复合材料。根据所选择的原位
34、生长的增强相的类化合物基复合材料。根据所选择的原位生长的增强相的类别或形态，选择基体和增强相生成所需的原材料，如一定别或形态，选择基体和增强相生成所需的原材料，如一定粒度的金属粉末、硼或碳粉，按一定比例混合制成预制体，粒度的金属粉末、硼或碳粉，按一定比例混合制成预制体，并加热到熔化或自蔓延燃烧（并加热到熔化或自蔓延燃烧（SHS）反应发生的温度时，）反应发生的温度时，预制体的组成元素进行放热反应，以生成在基体中弥散的预制体的组成元素进行放热反应，以生成在基体中弥散的微观增强颗粒、晶须和片晶等微观增强颗粒、晶须和片晶等 例如：例如：Al+Ti+B TiB2+Al TiB2/Al Al+Ti+C TiC+Al TiC/Al Fe2O3+Al Al2O3+Fe +850KJ Al2O3/Fe反应生长法（反应生长法（XD TM）工艺原理示意图）工艺原理示意图 制备方法的分类制备方法的分类v其他制备方法，如：其他制备方法，如：物理气相沉积法；物理气相沉积法；化学气相沉积法；化学气相沉积法；化学镀和电镀法；化学镀和电镀法；复合镀法等。复合镀法等。表表5-1 MMC主要制作方法及适用范围主要制作方法及适用范围