材料制备方法

材料制备方法固态扩散法这是制造连续纤维增强铝基复合材料的传统方法。该方法主要有二步，第一步是先把纤维或经过预浸处理因而包覆有铝的复合丝与基体合金的箔片细丝有规则地排列和堆叠起来。第二步是通过加热加压使他们紧密地扩散结合成为整体。为了防止铝合金在加热加压过程中氧化，热压必须在真空或保护气氛下进行。方法工艺复杂，纤维的排列堆叠要很精细而繁重的手工操作，热压过程又要求很严格的工艺参数控制和环境条件。所以用这方法进行生产，难度较大，成本很高，有很大的局限性。粉末冶金法该工艺过程是先将增强物(通常是SiC、A12O3等材质的颗粒、晶须或短纤维)和激冷微晶铝合金粉用机械手段均匀混合，进行冷压实，然后加热去气、在液相线与固相线之间进行真空烧结，就得到了复合材料坯料，再将坯料进行热挤压等热压力加工就可制成所需要的零件。或者取消对混合粉料的热压，把混合粉料密封于铝包套内，直接进行热挤压，也可成功地制造出致密的铝基复合材料。用粉末冶金法制成的铝基复合材料机械性能比较高；可使基体晶粒充分细微化(平均粒径达40-50pm)，提高基体性能；可根据材料的性能要求任意调整增强物的加入量。但该工艺比较复杂，受温度、压力及二次加工工艺和设备的限制，不宜做过大和形状复杂的零件，制备成本较高而且必须在密封、真空或保护气氛下进行，设备及生产成本较高，所以还只能用于航空航天和军事用途，不能在民用工业推广应用。预制件浸渗法该工艺是预先把增强物用适当的粘结剂粘结，做成预制件，放入压型，浇入铝熔液后立即加压，使铝液渗入预制件的间隙。其特点是可以排除润湿性、反应性、比重差等因素的影响。但本方法不适用于颗粒增强的材料，因体积组份调整等问题不好解决。搅拌法在用搅棒高速搅动的铝熔液中逐渐加入颗粒等增强物，待增强物得到润湿、分散均匀后，浇入金属型，用挤压铸造等方法加压成型。其工艺和所需设备都很简单，不论颗粒还是晶须、短纤维都可得到分散，制得各种不同体积组份的铝基复合材料。但本方法在搅拌过程中不可避免有气体和夹杂物卷入，偏析和“结团”现象亦难以完全避免。把整个复合材料的制造过程自始至终都在真空环境下进行，把搅棒叶片改成用多级倾斜叶片组成的搅棒，并把转速提高到2500转/分。消除了复合材料中的气体、夹杂和颗粒结团、分布不匀等缺陷，质量和性能都得到明显提高。半固态复合铸造法半固态复合铸造法就是将金属液温度控制在液相线和固相线之间进行搅拌，这时熔液含有一定组份的固相粒子，增强物加进去，即使润湿不好，由于固相粒子的阻挡和滞留，增强物也不会结集和偏聚，仍能得到较好的分散。1974年美国的Mehrabian等人首次发表了半固态复合铸造法的研究，之后人们又对它做了多方面的试验探索。研究证明，对任何增强颗粒，半固态都比全液态分散得好，可以说用半固态复合铸造法比用搅拌法更容易得到分散均匀的颗粒复合材料。但此法不适用于以晶须或短纤维增强的复合材料，因为它们有结团和缠结倾向，很难在半固态浆液中分散。中间合金法把颗粒等增强物和基体合金粉末以一定比例混合，压制成中间合金块，投入基体合金溶液，很快金属粉末熔化，中间合金块崩散，增强物乃进入熔液，此时稍加搅拌，它就均匀分散，浇铸凝固后就获得复合材料铸件(或铸锭)。这种方法的优点是简单方便，但常有中间合金块压入后长期不崩散的问题。复合材料就是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强体。分散相分布在整个连续相中。两相之间存在着相界面。分散相可以是纤维状、颗粒状或是弥散的填料。复合材料中各个组分虽然保持其相对独立性，但复合材料的性质不是各个组分性能的简单叠加，而是在保持各个组分材料某些特点的基础上，具有组分间协同作用所产生的综合性能。当前存在的主要问题在于：（1）纳米微粒容易发生团聚现象；纳米级SiC的比表面积很大，表面很容易吸附气体，在压制过程中形成气孔，烧结时会形成空洞，影响材料的致密度；同时纳米SiCp/Al复合材料在烧结过程中物质迁移的滑移阻力特别大易造成材料致密化速率非常慢；（2）纳米SiCp表面活性很高，高温下极易与Al发子形成四面体(16个)。每个镁原子有4个近邻镁原子和12个近邻铜原子；每个铜原子有6个近邻的铜原子和6个近邻的镁原子。②MgZn2型属六方晶系，A原子形成硫锌矿结构,B原子形成四面体。每个A原子有4个近邻A原子；12个近邻B原子。每个B原子有6个近邻B原子和6