8 金属基复合材料的制备与加工
第3章金属基复合材料的制备工艺原理
第3章金属基复合材料的制备工艺原理金属基复合材料是由金属基体和强化相组成的一种新型材料。
其制备
工艺原理涉及到材料选择、制备方法和工艺参数的确定等。
首先，在金属基复合材料的制备中，应选择适合的金属基体和强化相
材料。
金属基体应具有良好的塑性和可加工性，通常选用铝合金、钛合金
等作为基体材料。
强化相可以是颗粒、纤维或板材等形式，常用的强化相
材料有碳纤维、陶瓷颗粒、金属颗粒等。
其次，制备方法是影响金属基复合材料性能的重要因素。
常见的制备
方法有热压、热处理、力学合金化等。
热压是将金属粉末和强化相混合后
在高温高压下进行压制制备的方法。
热处理是通过固溶处理、时效处理等
工艺来调控材料的晶体结构和性能。
力学合金化是在固态或液态条件下通
过机械力使金属基体与强化相达到均匀分散的方法。
最后，工艺参数的确定也是制备金属基复合材料的重要环节。
工艺参
数包括温度、压力、时间和气氛等，对于金属基复合材料的微观结构和性
能有着重要影响。
合理调控工艺参数可以实现金属基复合材料的定向生长、晶体定向、相变控制等。
总体而言，金属基复合材料的制备工艺原理可以简单概括为选择合适
的金属基体和强化相材料，通过适当的制备方法和工艺参数来调控材料的
微观结构和性能。
在制备过程中需注意材料的相容性、界面反应等问题，
以确保金属基复合材料的质量和性能。
同时，也要密切关注环保和节能问题，选择可持续发展的制备工艺，推动金属基复合材料的应用与发展。
金属基复合材料的制备及应用
金属基复合材料的制备及应用一、引言金属基复合材料，是指金属基体中添加其他高性能材料，形成的一种新型复合材料。
金属基复合材料具有高强度、高耐磨性、高温性能和导电性能好等优点。
本文将从制备及其应用两个方面分别进行阐述。
二、制备方法目前，金属基复合材料的制备方法主要分为机械法、粉末冶金法、热等静压法及热处理法等几种方法。
1.机械法机械法是把高性能材料加入到金属水泥（搪瓷）中，将其剪切和挤出，形成具有高强度和高导热性的复合材料。
这种方法操作简单，但是强度相对较低。
现在已经很少应用。
2.粉末冶金法粉末冶金法是将高性能材料的粉末与金属粉末混合，进而放入压制模具内进行压制，最后通过热处理得到金属基复合材料。
其精度高、性能稳定，但制备周期较长。
3.热等静压法热等静压法是将高性能陶瓷、纳米粒子及金属混合制粉末分布于金属粉末中，然后通过等静压加工形成复合材料。
其优点是即使是对一些易反应的材料也能热压成型，并且制品光整度好。
但采用这种方法制备的复合材料的强度与轻便型材相比还存在差距。
4.热处理法热处理法是指将高温稳定性好的有色金属及其合金经过热处理后，再经过冷加工以及添加高强度材料，如 SiC，WC 等制成复合材料。
这种方法制备出的复合材料强度较高，且成本较低。
三、应用领域金属基复合材料在工业生产中占有着重要的地位。
下面列举几个常见的应用领域：1.航空领域金属基复合材料在航空领域中应用最为广泛。
由于其高强度、高温性能以及耐腐蚀性，使得它不仅可以制造一个很轻的结构，还可以提高发动机的效率。
2.制造业金属基复合材料广泛应用于制造业生产中，例如汽车制造、机械制造等。
这是因为它可以提高产品的强度及抗性能，同时减少产品重量，节约原材料。
3.核能领域金属基复合材料在核反应堆内作为结构材料，成为了当前研究的重点方向之一。
它的高温性能以及良好的耐辐射性能为核能领域的发展提供了广阔的空间。
4.电子领域金属基复合材料电导率高，散热性能优良，因此广泛用于电子产品的外壳材料、散热片等方面的制造。
金属基复合材料(MMC)制备工艺课件
VS
详细描述
机械合金化法是一种制备金属基复合材料 的有效方法。在球磨机中，将金属粉末与 增强相（如碳纳米管、陶瓷颗粒等）混合 ，在高能球磨过程中，金属粉末与增强相 在剧烈的机械力作用下发生合金化及复合 。该方法具有制备工艺简单、成本低、可 批量生产的优点。
扩散焊接法
总结词
通过在高温和压力作用下，使金属基体与增 强相之间发生相互扩散，实现冶金结合。
用于制备高尔夫球杆、滑 雪板等轻质、高强度的运 动器材。
05 喷射沉积法制备mmc
喷射沉积法的原理
喷射沉积法是一种制备金属基复合材料 的方法，其原理是将两种或多种材料通 过高速喷射流混合，并在快速凝固条件
下形成复合材料。
在喷射沉积过程中，各种材料的颗粒或 液体在高速运动中相互碰撞、混合和分
散，形成均匀的复合材料。
为了获得均匀分布的增强相， 需要采用合适的分散剂和分散
工艺。
常用的分散剂包括表面活性剂 、偶联剂、高分子聚合物等。
分散工艺可以采用球磨、超声 波振动、搅拌等方式。
压制与烧结
压制是将混合分散后的粉末压制成一 定形状和尺寸的预制件。
烧结是使预制件在高温下致密化的过 程，通过物质迁移和组织转变来实现 。
除了上述两种方法外，还有化学沉积法、物理气相沉 积法、熔融浸渗法等方法制备金属基复合材料。
详细描述
化学沉积法是通过化学反应在金属基体上沉积增强相 ，实现复合。物理气相沉积法是利用物理过程，在金 属基体上沉积增强相，制备金属基复合材料。熔融浸 渗法是将增强相（如碳纤维、陶瓷颗粒等）与金属基 体混合，经过熔融、浸渗后冷却固化，制备出金属基 复合材料。这些方法各有特点，适用范围也不同，可 根据实际需求选择合适的制备方法。
金属基复合材料制备的主要工艺及难点
金属基复合材料制备的主要工艺及难点作者：方华攀来源：《数字化用户》2013年第21期【摘要】本文对金属基复合材料研究背景、特征、制备方法及其原理进行分析，并探索性提出制备的关键技术和难点，最后做出一些展望。
【关键词】金属基复合材料性能关键技术一、背景20世纪60年代，美国航天飞机主舱体的主龙骨的支柱就采用了硼纤维增强铝基复合材料；20世纪80年代初期，逐渐强化对碳纤维增强铝基复合材料制备工艺技术研究力度，如压铸、半固态复合铸造以及喷射沉积和原位金属直接氧化法、反应生成法。
80年中期开始加强对金属基复合材料界面稳定性研究。
二、金属基复合材料特征性能内容高强度、高模量、低密度的增强纤维的加入，使MMC的比强度和比模量成倍地提高；良好的高温稳定性和热冲击性。
金属基体的高温性能比聚合物高很多，加上增强材料主要为无机物，在高温下具有很高的强度和模量，因此MMC比基体金属具有更高的高温性能；热膨胀系数小、尺寸稳定性好；良好的导热性；不吸潮、不老化、气密性好。
三、MMC的制备工艺和制备方法研究金属基复合材料的制备工艺研究主要包含以下几个方面：金属基体和增强物的结合方式和结合性；增强物在金属基体中的混合分布情况；降低成本，复合材料硬度、稳定性的提升；避免连续性纤维在制作中的出现伤损状况。
目前制备方法有固态法，液态法，喷涂喷射沉积，原位复合等。
（一）固态法。
固态法指在制备过程中把纤维、颗粒等与金属基体按照原始设计要求，通过低温、高压条件将二者复合粘结，最终形成金属基复合材料。
该制备方法整个工艺保持在低温环境下、且金属材料和纤维、颗粒等增强物状态呈现为固态、界面反应不严重。
固态法制备工艺包含以下两个方面：1.扩散结合。
扩散结合是指金属材料在一定温度和压强下，把新鲜清洁表面的金属和增强材料，通过表面原子的互相扩散而连接在一起的固态化焊接技术。
如图2.粉末冶金。
粉末冶金（Powder Metallurgy）适应范围广，对于长纤维、短纤维、颗粒性金属基增强材料的制备都适合，粉末冶金制作工艺是将金属材料和增强物（颗粒、纤维等）按照一定要求混合，并经过压制、烧结及后期一系列处理工艺制成金属基复合材料。
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。
金属基复合材料的制作工艺流程
金属基复合材料的制作工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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在进行金属基复合材料的制作之前，需要进行充分的准备。
金属基复合材料固相制备
不同制备参数对复合材料致密度和显微硬度的影响
粉末冶金法制备金属基复合材料实例
不同制备参数对复合材料致密度和显微 硬度的影响
粉末冶金法制备金属基复合材料实例
Ni包覆TiC颗粒增强
H13钢复合材料
H13钢本身具有较好
的高温强度和耐热性 能，但材料的寿命较 短，通过引入强度高、 热膨胀系数低、耐热 性优良的TiC颗粒增 强相，可以提高整体 材料的服役性能。
目录Biblioteka 金属基复合材料固相制备固相制备实例
粉末冶金法制备金属基复合材料实例
Cu /TiB2 复合材料 TiB2具有高熔点、高化学稳定性、高硬度。高模量
和刘昂好的耐腐蚀性，同时具有良好的导电性和整 的电阻温度系数。由于TiB2颗粒的存在，是位错移 动阻力增加，可以实现基体强化，提高强度和硬度。 作为第二相粒子均匀弥散在铜基体中，不损害传导 性能。
金属基复合材料的固相制备
目录
金属基复合材料固相制备
固相制备实例
金属基复合材料加工的特点和难点
制备工艺复杂 加工温度高
合金基体与增强体容易 发生不利的化学反应 合金基体对金属 基的浸润性差，需要进行表面处理和适当的 加压工艺
界面反应控制困难
常用制备工艺概况
金属基复合材料的固相制备法
热压扩散法制备金属基复合材料实例
Ti-Al复合电极材料 Ti是作为金属阳极材料的最佳基体选择，但Ti的电阻
率高，极大程度影响了电极材料的电化学催化性能。
操作：将经过表面处理的Ti板和Al板置于Ar气氛围内的热压扩散焊 接炉中进行焊接处理
热压扩散法制备金属基复合材料实例
Ti-Al复合电极材料与 纯Ti电极具有相似的 极化曲线。当电极电 位大于1.08V时，电极 的交换电流密度都有 较明显的变化，且TiAl电极的电流密度增 强明显更快，电化学 性能明显提高。
金属及金属基复合新材料制备技术
金属及金属基复合新材料制备技术1. 引言嘿，大家好！今天我们来聊聊一个既高大上又有点复杂的话题——金属和金属基复合新材料的制备技术。
听上去有点严肃，其实这背后可是藏着很多有趣的故事呢！你知道吗？在现代工业中，这些材料的应用几乎无处不在，从汽车到飞机，从建筑到电子产品，真是方方面面都离不开它们。
咱们就像在逛超市一样，把这些材料逐一捡出来，看看它们都有什么“特长”吧！2. 金属材料的魅力2.1 金属的特性首先，咱们得知道，金属是个什么东西。
你看，金属材料通常都很结实，像钢铁一样，强度高得让人咋舌。
而且，它们的导电性和导热性也是一流的，像铜和铝就能把电和热“跑”得飞快。
这可不是随便哪个材料都能做到的哦，简直就是材料界的“运动健将”！不过，金属也有它的短板，比如容易生锈、腐蚀，真是让人头疼。
不过，这正是复合材料登场的时机。
2.2 金属基复合材料说到复合材料，简直就像是给金属穿上了一层“保护衣”。
金属基复合材料就是把两种或者多种不同的材料结合在一起，形成一种新型的材料。
这样一来，就能兼顾各家之长，弱点也能被弥补。
举个简单的例子，像把金属和陶瓷结合，这样就能得到更高的强度和更好的耐磨性，简直是金属的“铁哥们”！想想看，这样的搭配，岂不是更酷？3. 制备技术的那些事儿3.1 制备方法说到制备技术，那可真是一门学问。
常见的方法有几种，像铸造、粉末冶金、热压成形等等。
这些技术就像是给材料“做饭”，根据不同的“食材”搭配，做出各种口味的“菜肴”。
比如，铸造就像是把金属融化后倒进模具里，冷却后形成所需的形状，简单直接，谁都能理解。
而粉末冶金则是把金属粉末压制成形，再烧结，这个过程稍微复杂点，但可塑性更强，适合做精细零件。
3.2 技术挑战不过，制作这些复合材料可不是说说而已，技术挑战可不少呢！比如，要保证不同材料之间的结合良好，就像交朋友一样，得磨合。
而且，在加工过程中，要控制好温度、压力等参数，这可是一门技术活！如果把握不好，那可就像做饭时火候掌握不好，糊了就不说，连味道都跑了。
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（3）真空加压铸造法(Vacuum pressure casting)
（4）挤压铸造法（squeeze casting ） （1）预制坯体制造 （2）挤压铸造
（5）连续铸造法
8.2.3
喷雾共沉积法（spray co-deposition）
8.2 金属基复合材料制备与加工 8.2.1 粉末冶金复合法 1.工艺过程
1. 原料：基体金属与强化颗粒均为粉料，且越细越好，但 必须大于1微米，否则易聚难分散； 2. 混合：球磨机混合法； 3. 压粉（压密）：相当于成形工艺； 4. 脱气：为除去粉末、颗粒表面水分与吸附气体，防止烧 结后材料内部气孔（相当于干燥）； 5. 压粉坯的致密化：冷等静压、挤压法； 6. 烧结（固化）：常压、热压、真空热压、热等静压、热 塑性变形烧结； 7. 塑性加工：赋予材料一定形状（热加工温度下变形）。
8.2.4
热浸镀与反向凝固法
8.2.5
扩散粘结法（diffusion bonding）
扩散粘结法要点是金属基体为固态，与增强材料的复
合是在不大的塑性变形情况下，靠较长时间、较高温度和
压力，使组成材料之间接触界面原子间相互扩散粘结而成。 制造时先把增强纤维用不同的方法．如等离子喷涂法、液
态金属浸渍法、化学涂覆法等制成预制品． (1)热压法（Hot Pressing )
适合于分散强化型复合材料（颗粒或纤维强化型）
2.
粉末冶金复合法的特点
1． 优点： 1) 可以自由选择基体金属材料，因为该法在固态下复合， 基体与强化相不易反应； 2) 可以自由选择强化颗粒种类、尺寸，且强化颗粒添加量 范围广； 3) 与铸造法相比，较易实现强化颗粒的均匀分散（微颗粒 除外）。
2． 缺点 1) 工艺较复杂，成本高；
按基体分类
按增强体分类
பைடு நூலகம்
按分散状态分类
3. 金属基复合材料 金属基复合材料具有高强度、高模量、低膨胀系数，能 耐300-500℃或更高的温度。但造价高、密度大、制备工艺 复杂，存在界面反应等缺点。 纤维增强型 颗粒和晶须增强型 交替叠层型
共晶定向凝固
（1）基体
铝、镁、钛及其合金。 （2）增强体
(2)热等静压法（hot isostatic pressing ） (3)热轧法（hot rolling ）
8.2.6
轧制复合法
1. 粉末轧制法
2.块（带）材轧制复合法
(1) 双金属板的成形 热轧复合 冷轧、温轧复合
温轧复合生产线
思考题
1. 金属基复合材料的主要制备方法有哪些？请选一种方法为例， 详细说明工艺过程。
2) 固化方法采用烧结、热压、挤压等方法；
3) 除采用原生复合法外，微细颗粒均匀分散较困难； 4) 强化颗粒表面污染不易除去，使基体与颗粒界面不如 铸造法。
8.2.2 液态金属浸润法(Molten metal infiltration) ---铸造复合法
（1）常压铸造法(conventional casting)
定义：采用物理或化学的方法，使两种或两种以上的材料 在相态（如连续相：基体；不连续体：增强相）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，或互补其缺点，或获得新的性能（或功能）的目的。
2. 复合材料的分类与命名 1．分类 1) 按用途分为结构材料（用于制造受力构件的复合材料） 和功能材料（具有各种特殊性能，如阻尼、导电、导 磁、换能、摩擦、屏蔽等）两类。 2) 按复合材料各成分在材料集散情况，分为三类：分散 （掺和）强化型复合材料、层状（结合型）复合材料、 梯度（功能型）复合材料。 3) 按基体材料类型分：金属基复合材料（MMC）（如铝 基复合材料、钛基复合材料等）；聚合物基复合材料 （PMC）；陶瓷基复合材料（CMC） 4) 按增强原理分为弥散增强型复合材料、晶须增强型复 合材料、纤维增强型复合材料。
第8章 金属基复合材料的制备与加工
8.1 复合材料基础 1. 复合材料的概念与定义 常规材料的优缺点： • • • 金属材料的优点：优良的延展性和可加工性。缺点：强度 相对低，耐热、耐磨、耐蚀性差，如铝； 陶瓷材料的优点：强度高、耐热、耐磨、耐蚀性好，缺点： 很脆，加工性能差。 复合后利用两者的优势互补，提高性能。