现代材料制备技术复合铸造
铸造法制备金属基复合材料的研究现状
收稿日期:2010212203; 修订日期:2011201216作者简介:熊光耀(19622 ),江西南昌人,教授.研究方向:复合材料、表面工程.Em ail :xiongguangyao @Vol.32No.4Apr.2011铸造技术FOUNDR Y TECHNOLO GY铸造法制备金属基复合材料的研究现状熊光耀,郑美珠,赵龙志(华东交通大学载运工具与装备省部共建教育部重点实验室,江西南昌330013)摘要:综述铸造法制备金属基复合材料的各种工艺,如液态浸渗法、搅拌铸造法、离心铸造法、中间合金法、喷射分散法和铸渗法。
指出其仍普遍存在的一些问题,并提出超声波在铸造法制备金属基复合材料中具有重要作用。
随着研究的深入,这种超声复合法必将得到更广泛的应用。
关键词:金属基复合材料;铸造法;制备方法;增强体中图分类号:TB331 文献标识码:A 文章编号:100028365(2011)0420563203Re s e a r c h o n t he Me t al Ma t ri x Co mp os it e s Pr ep a r e d b y Ca s ti n g Pr o c e s sXIONG G uang 2yao ,ZHENG Mei 2zhu ,ZHAO Long 2zhi(K ey Laboratory of Ministry of Education for Conveyance and Equipment ,E ast China Jiaotong U niversity ,N an 2chang 330013,China)Abs t rac t :All kinds of preparation technologie s of metal matrix compo site s by casting such as liquidinfiltration ,stirring casting ,centrifugal casting ,intermediate alloy ,jet 2spread and cast 2infiltration are reviewed.Some problems generally existing in casting are pointed out ,and ultrasonic in preparing metal matrix compo site s by casting plays an important role is put forward.With further re search ,the method of ultrasonic compound will be more widely applied.Ke y w ords :Metal matrix compo site s ;Casting proce ss ;Preparation technology ;Reinforcement 金属基复合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决于材料的制备方法,因此,研究和发展有效地制备方法一直是金属基复合材料研究中的重要问题之一。
复合铸造
包覆层连续铸造法（CPC） 轧钢技术的发展要求轧辊具有更高的强韧性 和耐磨性，因此近年来欧美和日本不断采用新的
轧辊制造工艺，如CPC、Osprey、HIP、CBC、
ESR、CIC等方法，使生产的复合轧辊的强韧性
和耐磨性显著提高。
其中，包覆层连续铸造法(CPC法：Continuous Pouring Process for Cladding)工艺简单， 复合性能好，生产成本低。
外层金属凝固并与芯部金属形
成冶金结合，实现连铸包覆。
充芯连铸法
充芯连铸法(core filling continuous cast，简称CFC) 是一种用于制备高熔点金属包覆低熔点金属的复合材料的 新工艺，是在连铸外层金属管壳中充填芯部金属液体并使 之凝固，以实现两种金属的复合。
充芯连铸法原理
结晶器 9 和芯部金属液 导流管 4 沿引 锭方向配置于同一轴线上；芯部金属液 导流管4的上端紧密与芯部金属控温坩埚 2 连接，下端伸人外层包覆金属控温 坩埚 7 和 结晶器 9 中，形成外层金属凝固的型 芯；结晶器 9上端紧密与外层金属控温坩 埚7连接；控温坩埚2、7通过感应加热器 1、5进行加热和保温，在结晶器9的出口 处设置有二次冷却装置。 连铸复合成形工艺过程为：外层金属由控温坩埚7加热和保温，并注入由
结晶器9和芯部金属液导流管 4构成的铸型中，凝固成外层金属管；芯部金
属由控温坩埚2加热和保温，通过芯部金属液导流管4浇注到外层金属管中与 其熔合并凝固。包覆金属和芯部金属所需的冷却速度由牵引机构的引锭 速度、结晶器9的冷却强度、控温坩埚2和7、二次冷却装置冷却强度控制。
CFC法适合于铜包铝线等一类包覆层金属温度高于芯部金属的复
合材料的成形。铜包铝线主要用于信号传输，如有线电视信号和移动
金属基复合材料的制备方法
金属基复合材料的制备方法
金属基复合材料是由两个或多个成分组成的材料，其中金属是主要组成部分，而其他成分通常是陶瓷、化学物质或其他金属。
这种复合材料具有良好的力学性能、高温抗性和耐腐蚀性能，可以被广泛应用于航空、航天、汽车、建筑等多个领域。
制备金属基复合材料的方法有很多种，下面我们将介绍其中几种：
1.混凝土铸造法
混凝土铸造法是一种简单的制备方法。
首先，选择需要混合的金属和非金属材料，并将它们进行粉碎，然后将粉末混合在一起。
接下来，在混合后的粉末中添加一定量的液相，使其形成可铸造的浆状物。
最后，将浆状物铸入模具中，进行加热和固化，制得所需的金属基复合材料。
2.电弧熔融法
电弧熔融法是一种在高温下将金属和非金属材料融合在一起的制备方法。
首先，在一个熔炉中加入所需的金属和非金属材料，然后通过电弧的作用进行熔化。
在熔融状态下，通过搅拌和浇铸等操作，将金属和非金属材料均匀地混合在一起。
最后，将熔融的金属基复合材料流入模具中，进行冷却和固化，最终得到所需的复合材料。
3.机械合金化法
机械合金化法是通过高能球磨器将金属和非金属粉末进行混合，再在高温下进行烧结，从而制备金属基复合材料的方法。
球磨过程中，金属和非金属粉末不断地被重复压缩和剪切，从而形成了一个均匀的混合。
在烧结过程中，粉末经过高温加热，原子之间将相互扩散和融合，最终形成金属基复合材料。
总之，金属基复合材料的制备方法多种多样，需要根据不同的材料和应用领域选择合适的方法。
未来随着科技的不断发展，金属基复合材料的制备方法也将不断地发展和完善，为各个领域提供更加优质的材料。
金属基碳纤维复合材料及其制造方法
金属基碳纤维复合材料及其制造方法金属基碳纤维复合材料是一种由金属基体和碳纤维增强体组成的新型复合材料。
这种材料具有高强度、高刚性、耐腐蚀、导电性好等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
1. 金属基碳纤维复合材料的制备方法金属基碳纤维复合材料通常是通过将碳纤维与金属基体进行复合而制备得到的。
其制备方法主要包括以下几个步骤：1.1 纤维制备：首先制备碳纤维，可以采用诸如化学气相沉积（CVD）、纺丝、石墨化等方法。
1.2 纤维表面处理：为了提高纤维与金属基体的界面结合性能，需要对碳纤维表面进行预处理，如酸处理、氧化处理、涂层处理等。
1.3 金属基体制备：根据需要，可以选用不同的金属或合金作为基体，如铝、镁、钛、镍等。
1.4 复合制备：将处理过的碳纤维与金属基体进行复合，可以采用热压、挤压、注射等方式进行。
1.5 后处理：为了改善复合材料的性能，可以进行一些后处理操作，如热处理、机械加工等。
2. 碳纤维增强金属基复合材料的制备工艺在制备碳纤维增强金属基复合材料时，需要考虑到工艺参数对材料性能的影响。
常用的制备工艺包括：2.1 搅拌铸造法：通过在熔融的金属液中加入碳纤维，然后进行搅拌，使碳纤维均匀分散在金属液中，最后冷却凝固得到复合材料。
2.2 粉末冶金法：将金属粉末和碳纤维混合均匀，然后进行压制和烧结得到复合材料。
2.3 喷射沉积法：将碳纤维与金属熔体混合，然后通过喷枪喷射到冷却表面上，形成复合材料。
2.4 真空压力浸渍法：将碳纤维放入真空环境中，然后将其浸入金属熔体中，通过加压和冷却得到复合材料。
3. 碳纤维在金属基复合材料中的应用碳纤维在金属基复合材料中具有广泛的应用，主要用于增强和改善材料的力学性能、物理性能和化学性能。
例如，在铝基复合材料中添加碳纤维可以显著提高其强度和刚度；在钛基复合材料中添加碳纤维可以增强其耐磨性和耐腐蚀性；在镍基复合材料中添加碳纤维可以改善其高温性能和抗氧化性能。
分层铸造 金属基复合材料
分层铸造金属基复合材料金属基复合材料（Metal Matrix Composites，简称MMCs）是一种由金属或其合金作为基体，与一种或多种增强材料结合而成的复合材料。
增强材料多为无机非金属，如陶瓷、碳、石墨、硼等，也可以是金属丝。
这种复合材料与聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料以及碳/碳复合材料共同构成了现代复合材料体系。
金属基复合材料按照增强体的类别可分为纤维增强（包括连续和短切）、晶须增强和颗粒增强等。
同时，根据金属或合金基体的不同，金属基复合材料又可以分为铝基、镁基、铜基、钛基、高温合金基、金属间化合物基以及难熔金属基复合材料等。
这些复合材料不仅具有金属基体的特性，而且由于增强材料的加入，还具备了更高的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及更高的热稳定性等特点。
至于分层铸造，这是一种特定的铸造方法，可以应用于多种材料的制造，包括金属基复合材料。
分层铸造的基本思想是将复杂的铸件分解为若干个简单的层，然后逐层铸造，最后将这些层组合在一起形成完整的铸件。
这种方法可以降低铸造难度，提高铸件精度，并有助于控制铸件内部的组织结构。
对于金属基复合材料来说，分层铸造可能涉及到将不同种类的增强材料或不同金属基体逐层叠加，以实现特定的性能要求。
例如，可以通过在某一层中加入高硬度的增强材料来提高铸件的耐磨性，而在另一层中加入高热稳定性的材料来提高铸件的高温性能。
然而，需要注意的是，分层铸造金属基复合材料是一个复杂的过程，需要精确控制每一层的成分、结构和性能，以确保最终铸件的性能达到预期。
此外，还需要考虑各层之间的结合问题，以确保铸件的整体性和稳定性。
总的来说，分层铸造是一种有可能用于制造金属基复合材料的有效方法，但需要在实践中不断优化和完善相关技术和工艺。
铸造技术及复合铸造
析出性气孔 反应性气孔
现代材料制备技术
2.砂型铸造
砂型铸造是指用型砂来制备铸型生产铸件的铸造方法。有 别于砂型铸造的其他铸造方法称为特种铸造。 砂型铸造的生产过程包括技术准备、生产准备和工艺过程 3个环节
铸造工艺设计的内容主要包括确定浇注位置和分型面、加 工余量和收缩量、浇注系统和补缩系统等。
现代材料制备技术
浇注系统设计。浇注系统是铸型中液 态金属流入型腔的通道，通常由浇口 杯、直浇道、横浇道和内浇道等组成。 浇注系统必须确保液态金属能够平稳 而合理地充满型腔。
现代材料制备技术
砂型铸造工艺过程
造型和制芯→合箱→浇注→落砂和清理
现代材料制备技术
三箱造型模拟
现代材料制备技术
3.特种铸造
现代材料制备技术
3.3 压力铸造
压力铸造简称压铸，是指将液态或半液态合金浇入压铸机 的压室内，使之在高压和高速下充填型腔，并在高压下成 形和结晶而获得铸件的一种铸造技术。
压铸最大的特点是生产效率高，铸件质量好。但只适合 用于大批量生产有色合金中小铸件。
现代材料制备技术
3.4 离心铸造
将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下填充 铸型并凝固成形的铸造方法称为离心铸造。
利用这一原理。
现代材料制备技术
浇注条件－铸型条件
铸型的温度越高、导热系数越小、蓄热系数越小则液态金 属的充型能力越好。但是对凝固速度和合金的组织和性能 会产生不利的影响。 此外，充型能力还受到铸件结构（如铸件的薄厚、大小和 复杂程度等）的影响。
现代材料制备技术
凝固过程
金属液注入铸型后，按照传热学 基本规律，与铸型型腔表面相接 触的金属液将首先冷却结晶转变 为固态。此时，金属形态由已结 晶的外层固相区、未结晶的心部 液相区以及两者之间的两相区(即 凝固区)组成。 随着热量不断从铸件中心向铸型 传递，铸件内部温度不断降低， 凝固区不断向液相区延伸，固相 区不断扩大，直至液相全部消失 为止。
复合材料的制备方法与工艺概述
复合材料的制备方法与工艺概述复合材料（composite material）是由两种或两种以上不同类型的材料组合而成的材料，具有比单一材料更优异的性能。
复合材料的制备方法与工艺可以分为以下几个步骤：首先，确定复合材料的纤维类型。
常用的纤维类型包括玻璃纤维、碳纤维、草木纤维等。
选择合适的纤维类型取决于复合材料所需的性能和应用场景。
其次，对纤维进行表面处理。
表面处理的目的是增加纤维与基体之间的粘合力，提高复合材料的强度和韧性。
常用的表面处理方法包括喷涂处理剂、化学处理等。
接下来，制备复合材料的基体。
基体通常由树脂或者金属制成。
树脂基体常用的有环氧树脂、聚酯树脂等，金属基体常用的有铝合金、钛合金等。
然后，将纤维与基体进行组合。
组合方法有多种，常用的有手工层叠法和机械叠放法。
手工层叠法是指将纤维一层层地放置在基体上，然后通过刷涂、挤压等方法使其充分浸润基体。
机械叠放法则是通过机器将纤维与基体进行叠放，并利用胶合剂将其固定在一起。
最后，进行固化和热处理。
固化是使树脂基体硬化的过程，可通过加热或加压等方式进行。
热处理则是将复合材料在高温下进行热处理，以提高其性能。
综上所述，复合材料的制备方法与工艺主要包括纤维的选择和表面处理、基体的制备、纤维与基体的组合、固化和热处理等步骤。
这些步骤的选择与操作将直接影响复合材料的性能和应用领域。
因此，在制备复合材料时需根据实际需求合理选择方法与工艺，以获得最佳的综合性能。
继续写相关内容，1500字：2.1 纤维的选择和表面处理在制备复合材料时，纤维的选择是非常重要的一步。
不同类型的纤维具有不同的性能特点和应用场景。
常用的纤维类型包括玻璃纤维、碳纤维、草木纤维等。
玻璃纤维是最常用的一种纤维，具有良好的抗拉强度和抗化学侵蚀性能。
它在电子、航空航天、建筑等领域得到广泛应用。
碳纤维具有良好的强度和刚度，同时具有重量轻、耐热性好等优点，主要用于航空航天、汽车和体育器材制造等领域。
草木纤维主要通过天然植物纤维，如棉花、麻、竹等，具有良好的生物降解性和可再生性，广泛应用于纺织和包装等领域。
金属陶瓷复合材料
金属陶瓷复合材料
金属陶瓷复合材料是一种由金属基体和陶瓷增强相组成的复合材料，具有金属
的韧性和陶瓷的硬度，因此在工程领域中具有广泛的应用前景。
金属陶瓷复合材料的制备方法多种多样，可以根据不同的工程需求选择合适的制备工艺。
本文将重点介绍金属陶瓷复合材料的制备方法、性能特点及应用领域。
首先，金属陶瓷复合材料的制备方法包括热压法、热等静压法、搅拌铸造法等。
热压法是将金属粉末与陶瓷颗粒混合后，在高温高压下进行压制，通过金属粉末的烧结和陶瓷颗粒的结合来制备复合材料。
热等静压法则是将金属和陶瓷粉末分层堆叠后，进行高温高压下的等静压制备。
搅拌铸造法则是将金属熔体中加入陶瓷颗粒，通过搅拌混合后进行铸造得到复合材料。
其次，金属陶瓷复合材料具有优异的性能特点，包括高强度、硬度大、耐磨性好、抗腐蚀性强等。
金属基体赋予复合材料良好的韧性和延展性，而陶瓷增强相则提供了硬度和耐磨性。
因此，金属陶瓷复合材料在航空航天、汽车制造、机械制造等领域具有广泛的应用。
例如，航空航天领域需要轻质高强度材料，金属陶瓷复合材料正是满足这一需求的理想选择。
最后，金属陶瓷复合材料的应用领域包括但不限于航空航天领域的结构件、汽
车制造领域的发动机零部件、机械制造领域的刀具等。
随着工程技术的不断发展，金属陶瓷复合材料的应用前景将更加广阔。
综上所述，金属陶瓷复合材料具有制备方法多样、性能优异、应用广泛的特点，是一种具有巨大发展潜力的新型复合材料。
随着工程领域对材料性能要求的不断提高，金属陶瓷复合材料必将在未来得到更广泛的应用和发展。