复合材料研究进展讲述
聚合物-纳米碳酸钙复合材料研究进展

聚合物/纳米碳酸钙复合材料研究进展摘要: 综述了表面处理对聚合物/纳米碳酸钙复合材料力学性能的影响、纳米碳酸钙在聚合物基体中的分散机理和对聚合物结晶行为的影响,并展望了聚合物/纳米碳酸钙复合材料的发展方向和前景。
关键词:聚合物基复合材料纳米碳酸钙表面处理分散机理结晶行为聚合物的填充改性已经有很长的历史了。
其最初的目的只是为了增量,以降低成本;后来发展到增韧增强基体树脂以代替某些工程塑料,从注重力学性能的提高进而开发功能性填充塑料。
大量的研究表明,在相同的填充条件下,超细填充体系的力学性能明显高于普通填料填充体系,即超细填料的填充改性效果更好、效率更高。
近年来,纳米材料的制备技术已经有了很大的突破,特别是纳米材料与常规材料相比具有一些特有的效应,如小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等,因此其宏观理化性能将明显不同于且在许多特性上优于常规粒状或块状材料。
正因为如此,有学者预测以无机纳米粒子填充聚合物对于新型功能复合材料的开发和聚合物的填充改性具有重要意义;同时也是目前乃至今后几十年的研究热点之一[1]。
但是纳米粒子具有粒径小、粒子比表面积大、孔隙率大和表面能很高的特点,因此纳米粒子本身极易团聚,用通常的熔融共混方法想得到真正的纳米复合材料几乎是不可能的。
所以,在聚合物基纳米复合材料的研究中,主要采用插层聚合[2-4]、溶胶-凝胶法[5-6]等方法,将纳米粒子以纳米尺度均匀分散于聚合物基体中。
但是,这些方法都不利于实现工业化生产。
如果在纳米粒子表面覆盖一层单分子的界面活性剂就可以防止它们凝聚,使其在树脂基体中以原生粒子形态均匀分散成为可能,就可以采用常规的熔融共混法来制备聚合物/无机纳米粒子复合材料。
如果填料在聚合物基体中的分散程度达到了纳米尺度(<100nm),聚合物和填料之间的界面积将非常大,会产生很强的界面相互作用;这样,就有可能将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、可加工性和介电性能等完美的结合起来,获得综合性能优异的纳米复合材料。
难熔金属基复合材料的研究进展

难熔金属基复合材料的研究进展难熔金属基复合材料是一种具有卓越性能和广泛应用潜力的材料。
它由高熔点金属基体和分散相组成,具有高温强度、耐腐蚀性、耐磨损性和导电性等优点。
难熔金属基复合材料的研究已经取得了显著的进展,并在航空航天、能源、汽车和冶金等领域得到广泛应用。
难熔金属基复合材料的研究主要涉及材料的制备技术、性能优化和应用研究。
目前,常用的制备技术包括粉末冶金、熔融混合、机械合金化和表面改性等方法。
其中,粉末冶金是一种常用的制备难熔金属基复合材料的方法。
通过粉末冶金技术可以得到具有均匀分散相的复合材料,从而提高材料的力学性能和耐热性能。
难熔金属基复合材料的性能优化主要通过合金化和微结构控制实现。
通过合金化可以改变金属基体的组成,调整材料的力学性能和导热性能。
通过微结构控制可以调控分散相的尺寸、形状和分布,进一步提高材料的力学性能和耐热性能。
此外,难熔金属基复合材料的表面改性也是一种常用的性能优化手段。
通过在金属基体的表面引入功能性涂层,可以提高材料的表面硬度、耐磨损性和耐腐蚀性。
难熔金属基复合材料在航空航天领域具有广泛的应用前景。
在航空发动机中,难熔金属基复合材料可以作为高温结构材料使用,用于制造涡轮叶片、燃烧室和燃气轮机等部件。
难熔金属基复合材料具有出色的高温强度和耐热性能,可以提高发动机的工作效率和可靠性。
此外,在航天航空热保护系统中,难熔金属基复合材料也可以作为热隔断材料使用,有效减少空气动力热、压力热和辐射热对航天器的影响。
在能源领域,难熔金属基复合材料可以用于制造高温燃料电池和核能反应堆等设备。
难熔金属基复合材料具有优异的导电性能和耐腐蚀性,可以提高燃料电池和核能反应堆的运行效率和安全性。
此外,难熔金属基复合材料还可以用于制造高温储能设备,用于储存太阳能和风能等可再生能源。
在汽车领域,难熔金属基复合材料可以用于制造发动机和制动系统等关键部件。
难熔金属基复合材料具有出色的耐磨损性和耐高温性能,可以提高发动机和制动系统的性能和寿命。
高导热金刚石Cu复合材料研究进展

高导热金刚石Cu复合材料研究进展
高导热金刚石/铜(Diamond/Copper)复合材料是一种具有高导热性能的材料,由金刚石颗粒和铜基体组成。
这种复合材料结合了金刚石的优异导热性和铜的良好导电性,具有广泛的应用前景。
以下是关于高导热金刚石/铜复合材料研究的一些进展:
1. 制备技术:制备高导热金刚石/铜复合材料的主要方法包括电化学沉积法、热压法、高压高温法和黏结剂法等。
这些方法可以在金刚石颗粒和铜基体之间形成牢固的结合,并实现优异的导热性能。
2. 导热性能:高导热金刚石/铜复合材料具有出色的导热性能,可以达到甚至超过单晶金刚石。
金刚石颗粒的高导热性能和铜基体的良好导电性使这种复合材料能够有效传导热量,具有广泛的热管理应用潜力。
3. 界面热阻:金刚石颗粒和铜基体之间的界面热阻是影响高导热金刚石/铜复合材料导热性能的重要因素。
研究者通过界面改性、介入层和界面强化等方法来减小界面热阻,以提高导热性能。
4. 织构控制:研究者通过优化工艺和添加适当的添加剂,以控制金刚石颗粒在铜基体中的分布和方向,从而改善复合材料的导热性能。
例如,添加剂可以调节金刚石颗粒的尺寸、形状和分散性,以实现更均匀的导热路径。
5. 应用领域:高导热金刚石/铜复合材料在热管理领域有广泛的应用前景,例如半导体封装材料、电子器件散热器、高功率电子器件、激光器冷却器和热电模块等。
总体而言,高导热金刚石/铜复合材料的研究一直是一个活跃的领域。
通过不断优化制备工艺和界面控制技术,希望能够进一步提高复合材料的导热性能,扩大其在热管理应用中的应用范围和效果。
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展

石墨烯增强铝基复合材料的研究进展石墨烯增强铝基复合材料的制备方法主要有湿法悬浮液制备、机械合金法和浸涂法等。
湿法悬浮液制备是通过在铝基复合材料悬浮液中加入石墨烯来制备的,可以获得高度均匀的石墨烯分散体系,但是制备工艺相对复杂。
机械合金法是通过高能球磨、热压等方法将石墨烯与铝粉混合制备的,可以获得较高的石墨烯含量,但是制备工艺相对耗能。
浸涂法是将石墨烯溶液浸渍在铝基材料上制备的,可以获得均匀一致的石墨烯涂层,但是石墨烯含量较低。
石墨烯增强铝基复合材料的力学性能主要通过石墨烯增强效应和界面反应效应来提高。
石墨烯具有优异的力学性能,可以有效增强铝基复合材料的强度和刚度,提高材料的抗拉强度、屈服强度和硬度等。
石墨烯与铝基材料之间存在界面反应效应,可以有效增强两者之间的结合强度,提高材料的力学性能。
石墨烯增强铝基复合材料的导电性能主要通过石墨烯的导电性来提高。
石墨烯具有高导电性能和低电阻率,可以使得铝基复合材料具有优良的导电性能。
石墨烯增强铝基复合材料可以应用于导电材料领域,例如电池集电极、导电接触材料等。
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展已经取得了一定的成果。
一方面,研究人员通过不断优化制备工艺,提高石墨烯的分散度和含量,从而获得更好的力学性能和导电性能。
通过优化湿法悬浮液制备工艺,可以获得更好的石墨烯分散性和相互作用性,提高材料的力学性能;通过优化机械合金法制备工艺,可以获得更高的石墨烯含量,提高材料的导电性能。
研究人员还对石墨烯增强铝基复合材料的性能进行了深入研究。
通过力学性能测试和电学性能测试等方法,研究了石墨烯增强铝基复合材料力学性能和导电性能的变化规律,为进一步优化材料的性能提供了理论基础。
石墨烯增强铝基复合材料具有广阔的应用前景,在结构材料、导电材料等方面具有重要的研究价值。
通过不断深入研究石墨烯增强铝基复合材料的制备方法和性能调控机制,可以进一步提高材料的力学性能和导电性能,推动其在实际应用中的广泛应用。
纳米复合含能材料的研究进展

纳米复合含能材料的研究进展纳米复合含能材料是近年来材料科学领域中的研究热点之一,其研究旨在开发出具有高能量密度、高热稳定性和安全性的含能材料。
本文将对纳米复合含能材料的研究进展进行综述。
一、纳米复合含能材料的定义和分类纳米复合含能材料是指将纳米材料与含能物质粒子相互结合形成的一种新型材料。
根据纳米材料的种类和含能物质的类型,纳米复合含能材料可以分为纳米金属-含能物质复合材料、纳米氧化物-含能物质复合材料和纳米化学燃料-含能物质复合材料等。
二、纳米复合含能材料的制备方法纳米复合含能材料的制备方法多种多样,主要包括物理方法和化学方法两类。
1.物理方法物理方法包括球磨法、熔融法、气相沉积法等。
球磨法是将纳米金属粉末和含能物质粉末一起放入球磨罐中,在高速球磨的作用下,两者发生摩擦碰撞,形成纳米复合含能材料。
熔融法是将金属和含能物质一起加热熔融,然后迅速冷却得到纳米复合含能材料。
气相沉积法是利用高温气相反应将纳米金属颗粒和含能物质分子在气相中反应生成纳米复合含能材料。
2.化学方法化学方法包括溶液法、凝胶法、共沉淀法等。
溶液法是将金属盐和含能物质在溶剂中溶解,然后通过控制反应条件,使得纳米材料和含能物质分子发生反应生成纳米复合含能材料。
凝胶法是将金属盐和含能物质溶解在溶胶中,通过溶胶-凝胶过程得到纳米复合含能材料。
共沉淀法是将金属盐和含能物质一起加入反应溶液中,通过添加共沉淀剂或调节反应条件使得纳米复合含能材料沉淀出来。
三、纳米复合含能材料的性能纳米复合含能材料具有许多优异的性能,主要包括高能量密度、高热稳定性和安全性。
1.高能量密度纳米材料的特殊结构使得纳米复合含能材料具有高能量密度。
纳米材料具有较大的比表面积和较小的颗粒尺寸,有利于提高含能物质的氧化还原反应速率,从而提高能量输出效果。
2.高热稳定性纳米复合含能材料具有较好的热稳定性,能够抵抗高温条件下的热分解、氧化或爆炸。
纳米材料的高表面能和界面作用使得其能够吸收和释放能量,从而对抗高温下的热分解。
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展

石墨烯增强铝基复合材料的研究进展1. 引言1.1 石墨烯增强铝基复合材料的研究进展本文将就石墨烯在铝基复合材料中的应用、石墨烯增强铝基复合材料的制备方法、石墨烯增强铝基复合材料的性能研究、石墨烯增强铝基复合材料在航空航天领域的应用以及石墨烯增强铝基复合材料的未来发展方向进行探讨。
通过对这些方面的研究和分析,可以更全面地了解石墨烯增强铝基复合材料的研究进展,为未来该领域的研究提供重要参考。
2. 正文2.1 石墨烯在铝基复合材料中的应用石墨烯在铝基复合材料中的应用可以增强材料的力学性能。
石墨烯具有极高的强度和刚度,能够显著提高铝基复合材料的抗拉强度和硬度,使其在高强度要求的领域有更广泛的应用。
石墨烯还能有效提高铝基复合材料的耐磨性和耐腐蚀性能,延长材料的使用寿命。
石墨烯在铝基复合材料中的应用还可以提高材料的热导率。
石墨烯具有极好的热导性,能够有效提高铝基复合材料的导热性能,使其在高温应用环境中表现更优异。
石墨烯在铝基复合材料中的应用对材料的力学性能和热导率都有显著的提升作用,为铝基复合材料的性能优化和应用拓展提供了新的思路和方法。
2.2 石墨烯增强铝基复合材料的制备方法石墨烯增强铝基复合材料的制备方法是研究该材料的关键步骤之一。
目前常见的制备方法包括机械合金化、化学气相沉积、热压和挤压等技术。
机械合金化是较为简单的一种方法,通过球磨或搅拌等机械方法将石墨烯加入到铝粉中,并随后进行热压或挤压,使其形成均匀的复合材料。
化学气相沉积是将石墨烯在气相中沉积到铝基物质表面,通过化学反应形成复合结构。
这种方法可以控制石墨烯的厚度和分布,从而调控复合材料的性能。
热压和挤压技术是将经过预处理的石墨烯和铝粉放入模具中,经过高温高压条件下进行压制,使其形成致密均匀的复合材料。
这种方法可大规模生产高质量的复合材料。
不同的制备方法对于石墨烯增强铝基复合材料的性能会产生不同的影响,因此在选择制备方法时需要根据具体要求和应用场景进行合理选择,并不断优化和改进制备工艺,以提高复合材料的性能和应用性。
纳米复合含能材料的研究进展

纳米复合含能材料的研究进展纳米复合含能材料是近年来在含能材料领域取得较大突破的一种新型材料。
它将纳米技术与含能材料相结合,通过调控纳米结构和界面效应,实现热力学性能的提升、能量密度的增加和安全性能的改善。
纳米复合含能材料因其独特的结构和性能优势,被广泛应用于火箭发动机、炸药、聚能器等领域。
本文将对纳米复合含能材料的研究进展进行综述。
纳米复合含能材料的制备方法主要有两种:直接方法和间接方法。
直接方法是将纳米粒子与含能物质直接结合,常见的直接合成方法有共沉淀法、溶胶凝胶法和溅射法等。
间接方法是将纳米材料与含能物质通过物理或化学方法进行复合,常见的间接合成方法有择优吸附法、共沉淀法和激光烧结法等。
这些方法制备的纳米复合含能材料具有较高的能量密度、较低的热释放速率和优异的力学性能。
首先是纳米复合含能材料的能量密度提升。
纳米材料具有较高的比表面积和界面能,能够有效提高含能材料的能量密度。
研究者通过控制纳米粒子的大小和形状,以及复合材料的结构和界面效应,提高复合含能材料的能量密度。
将Al和Fe2O3纳米颗粒复合制备的含能材料,其能量密度相比传统含能材料提高了20%以上。
其次是纳米复合含能材料的安全性能改善。
传统含能材料在受到外界刺激时容易发生剧烈爆炸,安全性能较差。
纳米复合含能材料由于具有较小的尺寸和较高的比表面积,使得燃烧速率变慢,能够有效减轻爆炸能量的释放,提高材料的安全性能。
通过添加可燃和不可燃纳米材料,还可以进一步提高材料的安全性能,增加材料的自熄性能,减轻爆炸伤害。
再次是纳米复合含能材料的燃烧机理研究。
纳米复合含能材料具有特殊的燃烧特性和反应动力学行为,研究其燃烧机理对于揭示纳米复合含能材料的燃烧过程和优化材料性能具有重要意义。
研究者通过表征材料的燃烧产物和燃烧反应过程,揭示了纳米复合含能材料的燃烧动力学与热力学特性,并提出了相应的动力学模型,为纳米复合含能材料的设计和开发提供了理论指导。
最后是纳米复合含能材料在火箭发动机和炸药等领域的应用。
复合材料的研究报告

复合材料的研究报告摘要本研究报告旨在探讨复合材料在工程领域中的应用和研究进展。
复合材料是由两种或多种不同材料组合而成的材料,具有优异的性能和广泛的应用前景。
本报告将重点介绍复合材料的种类、制备方法、性能以及应用领域,并对未来的研究方向进行展望。
1. 引言复合材料是由两种或多种不同材料组合而成的材料,通过不同材料之间的相互作用,使得复合材料具有优异的性能。
相对于传统的单一材料,复合材料具有更高的强度、刚度、耐腐蚀性和耐磨性等特点,因此在航空航天、汽车、建筑和电子等领域得到广泛应用。
2. 复合材料的种类根据复合材料的组成和结构,可以将其分为无机复合材料和有机复合材料两大类。
无机复合材料主要包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳基复合材料等;有机复合材料主要包括聚合物基复合材料和纤维增强复合材料等。
不同种类的复合材料具有不同的特性和应用领域。
3. 复合材料的制备方法复合材料的制备方法多种多样,常见的方法包括层叠法、浸渍法、注射法和挤出法等。
层叠法是将不同材料层叠在一起形成复合结构;浸渍法是将基材浸泡在浸渍液中,使其吸附复合材料的材料;注射法是将复合材料注入到模具中,通过固化形成所需形状;挤出法是将复合材料挤出成型。
不同的制备方法适用于不同的复合材料和应用场景。
4. 复合材料的性能复合材料具有优异的性能,主要体现在以下几个方面:首先,复合材料具有较高的强度和刚度,能够承受较大的载荷;其次,复合材料具有良好的热稳定性和耐腐蚀性,适用于高温和恶劣环境;再次,复合材料具有较低的密度,能够减轻结构的重量;最后,复合材料具有良好的电磁性能和导热性能,可应用于电子和导热领域。
5. 复合材料的应用领域复合材料在工程领域中有广泛的应用。
在航空航天领域,复合材料被广泛应用于飞机机身、翼面和发动机等部件,以提高飞机的性能和降低重量。
在汽车领域,复合材料被应用于车身、底盘和内饰等部件,以提高车辆的安全性和燃油效率。
在建筑领域,复合材料被应用于结构材料、隔热材料和装饰材料等,以提高建筑物的耐久性和节能性。
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铝基复合材料的制备和增强技术的研究进展摘要本文简单介绍了铝基复合材料的一些基本的制备方法。
对于纳米相和碳化硅颗粒增强的铝基复合材料,它们也有不同的制备方法。
关键词铝基复合材料纳米相碳化硅颗粒0前言复合材料是应现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命力的材料,它由两种或两种以上性质不同的材料通过各种工艺手段复合而成。
金属基复合材料基体主要是铝、镍、镁、钛等。
铝在制作复合材料上有许多特点,如质量轻、密度小、可塑性好,铝基复合技术容易掌握,易于加工等。
此外,铝基复合材料比强度和比刚度高,高温性能好,更耐疲劳和更耐磨。
同其他复合材料一样,它能组合特定的力学和物理性能,以满足产品的需要。
因此,铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。
本文主要讲述铝基复合材料的制备方法以及增强技术的发展情况。
1 铝基复合材料的制备工艺1.1 无压浸渗法无压浸渗法是Aghaianian 等于1989 年在直接金属氧化工艺的基础上发展而来的一种制备复合材料的新工艺[1],将基体合金放在可控气氛的加热炉中加热到基体合金液相线以上温度,在不加压力和没有助渗剂的参与下,液态铝或其合金借自身的重力作用自动浸渗到颗粒层或预制块中,最终形成所需的复合材料。
Aghajanian 等[2]撰文指出,要使自发渗透得以进行,需具备两个必要条件:①铝合金中一定含有Mg元素;②气氛为N2环境。
影响该工艺的主要因素为:浸渗温度、颗粒大小和环境气氛种类。
无压渗透工艺的本质是实现自润湿作用,通过适当控制工艺条件,如合金成分、温度、保温时间和助渗剂等,可取得良好的润湿,使自发浸渗得以进行。
1.2 粉末真空包套热挤压法采用快速凝固技术与粉末冶金技术相结合制备高硅含量铝基复合材料。
由于Al 活性很高,在快速凝固制粉时不可避免地会形成一层氧化膜,导致在致密化过程中合金元素的相互扩散受到阻碍,难以形成冶金粘结。
因此,采用了粉末真空包套热挤压这一特殊的致密化工艺[3]。
1.3 喷射沉积法喷射沉积技术是一种新的金属成形工艺,由Singer 教授于1968 年提出,后经发展逐步形成了Osprey工艺、液体动态压实技术和受控喷射沉积工艺等。
喷射沉积的基本原理是:熔融金属或合金经导流管流出,被雾化喷嘴出口的高速高压惰性气体气流破碎,雾化为细小弥散的熔滴射流;雾化熔滴射流在高速气流动量作用下加速,并与气流进行强烈的热交换;到达沉积表面以前,小于某一临界尺寸的熔滴凝固成为固体颗粒,较大尺寸的仍然为液态,而中间尺寸的熔滴则为含有一定比例液相的半凝固颗粒,这些大大小小凝固程度不同的熔滴高速撞击接收体表面,并在沉积表面附着、铺展、堆积、熔合形成一个薄的半液态层后顺序凝固结晶,逐步沉积生长成为一个大块致密的沉积坯[4]。
液态金属在喷雾沉积过程中的冷却分为3个阶段:金属液雾化过程中的冷却;雾化后液滴在冷却介质中飞行时的冷却;半固态的液滴沉积到基底上以后的冷却。
在喷射沉积过程中,增加雾化气体压力也可以细化喷雾沉积材料的组织,由于雾化气体同时又作为冷却介质,增大雾化气体压力相应地增加了冷却介质的流率及其传热能力,这两方面的结果势必会造成金属液在雾化及其飞行中的冷速增大,从而细化组织[5]。
由于喷射沉积所制备的铸锭存在一定的空隙度,给材料性能带来了不利影响,必须经过后续加工工艺,如热锻、热挤压、热等静压等方法来提高其致密度。
2铝基复合材料的增强技术采用不同的增强体制备复合材料时,制备的工艺方法有所不同,接下来简单介绍不同增强体铝基复合材料的制备方法。
2.1 纳米相增强铝基复合材料制备技术由于纳米相增强铝基复合材料的制备方法和工艺过程的不同对其结构、性能和应用具有重要的影响,所以,纳米相增强铝基复合材料的制备方法探索在铝基纳米复合材料科学研究中占有举足轻重的地位。
2.1.1原位反应合成法原位反应合成法制备纳米相增强铝基复合材料的基本原理是通过元素间或化合物间的化学反应,在铝基体内原位生成一种或几种高硬度、高弹性模量的陶瓷材料增强相,从而达到增强铝基体的目的[6]。
首先,由于原位反应合成技术基本上能克服其它工艺通常出现的一系列问题,如克服基体与增强体浸润不良,界面反应产生脆性层,增强相分布不均匀,特别是纳米级增强相极难进行复合问题等;其次,在基体中反应生成的增强相热力学稳定,具有优良的力学性能。
董晟全和郭永春[7]等利用原位反应合成法制备出纳米AlN颗粒增强铝基复合材料。
由于原位增强体纳米颗粒AlN的产生,复合材料与基体相比,其拉伸强度和伸长率都有所提高,室温强度由250 MPa增至280 MPa,伸长率也提高了1.81%。
2.1.2 快速凝固工艺快速凝固(RS,Rapid Solidification)[8]对晶粒细化有着显著的效果,利用RS工艺可以获得与传统材料性能迥异的新型材料。
仝兴存[9]等将Rs工艺与热挤压成型技术相结合,成功地制备出TiC/A1原位复合材料,与常规熔铸工艺相比,其室温拉伸强度增加了100 MPa 左右,并表现出良好的高温力学性能。
2.1.3 大塑性变形法大塑性变形法(SPD,Severe plastic defornlation)[10]是近年来逐步发展起来的一种独特的纳米粒子铝及铝合金材料制备工艺。
它是指铝及铝合金材料处于较低的温度(通常低于0.4Tm)环境中,在大的外部压力作用下发生严重塑性变形,从而将材料的晶粒尺寸细化到纳米量级。
Alexandmv等[11]利用SPTS压实微米级的铝和纳米级的陶瓷混合粉末制备出相对密度大于98%的Al-5%Al2O3的高强度、高热稳定性的纳米相增强铝基复合材料,力学性能测试结果表明,在Al-5%Al2O3复合材料样品中发现了超塑性现象(400℃、塑性应变率为10-4s-1的拉伸实验显示,样品失效前的延伸率几乎高达200%,塑性应变率灵敏度为0.35)。
2.1.4 高能球磨法高能球磨法(high energy ball milling)[12]是利用球磨机的高速转动或振动,使研磨介质对增强体进行强烈的撞击、研磨和搅拌,将其粉碎为纳米级微粒的方法。
K.D.Woo与D.L.Zhang[13]合作采用高能球磨法成功得到纳米SiC颗粒增强A1-7%Si-0.4%Mg(质量分数)复合材料。
由于高能球磨过程中提高了混合粉末的扩散速率,引起烧结过程中粉末的烧结率也加快了,烧结后的显微结构表明:其颗粒尺寸与用混合粉末直接烧结的颗粒相比明显变小,同时烧结体的硬度也大大提高了。
C.Goujon 与P.Goeuriot[14]在低温条件下采用球磨+热压的方法制取了纳米陶瓷颗粒分布均匀且力学性能优良的铝基复合材料,所得到的纳米颗粒尺寸均匀、显微结构稳定。
2.1.5 溅射法溅射(sputtering)法[15]是采用高能粒子撞击靶材的表面,与靶材表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到铝基片上形成纳米相增强铝基复合材料。
等离子溅射法[16]是一种改进的溅射法,它利用等离子区的高温将增强相熔融,再把熔融的增强相快速引向旋转的铝基体并在铝基体上沉积、冷却,最后得到纳米相增强铝基复合材料。
T.Laha与A.Agarual[16]等利用等离子溅射法在铝基上成功溅射了碳纳米管并对这种复合材料进行了研究分析。
研究结果表明:碳纳米管紧密黏附在铝基体中;在高温溅射过程中,碳纳米管性能十分稳定,没有生成氧化物;铝基复合材料的硬度有了显著提高。
2.1.6 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶(sol-Gel)法[17]是20世纪60年代发展起来的一种制备玻璃、陶瓷等无机材料的新工艺,近年来许多人用此法制备纳米微粒来增强铝基复合材料。
其基本原理是:将醇盐或无机盐经水解,然后使溶质聚合凝胶化,再经凝胶干燥、煅烧,最后得到纳米微粒,sol-Gel 法的优点是:①化学均匀性好,由于溶胶-凝胶过程中,溶胶由溶液制得,故胶粒内及胶粒间化学成分完全一致。
②纯度高,粉体(特别是多组分粉体)制备过程中无须机械混合。
③颗粒细,缺点是原料价格高、有机溶剂的毒性以及在高温下作热处理时会使颗粒快速团聚等[18-19]。
2.2 碳化硅颗粒增强铝基复合材料2.2.1 粉末冶金技术粉末冶金技术又称固态金属扩散技术,此方法是将固态金属粉末和增强颗粒机械均匀混合,在一定的温度和压力条件下制造成型。
粉末冶金技术具有一些独特的特点,如制造温度较低,减轻了和增强颗粒之间的界面反应,减少了界面上硬质化合物的生成,增强颗粒的体积分数比较高,而且分布均匀。
但粉末冶金技术也存在着一些弊端,如之间的大小和形状受到一定限制,工艺程序多,制备周期长,成本高。
美国著名的DWA复合材料专业公司就用粉末冶金法制得了碳化硅颗粒增强铝基复合材料自行车车架,设备支撑架等产品,并已达到商品化。
另外,美国ARCO公司、英国BP公司也在碳化硅颗粒增强铝基复合材料方面取得了显著的成果[20]。
2.2.2 铸造技术铸造技术是目前制备金属基复合材料的主要方法,主要有液态搅拌法、半固态复合铸造法、挤压铸造法、真空压力渗透法、无压力渗透法、铸造渗透法、超声波法、中间合金法、喷射分散法、离心铸造法等多种工艺。
目前,人们使用较多的是挤压铸造法,其具体方法是:预先把碳化硅颗粒增强相用适当的粘接剂粘接,制成预制块,放入压型,浇入精炼的铝基体金属溶液,然后立即加压,使熔融的铝基金属溶液浸渗到预制块中,凝固后就得到所需的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
这种工艺的优点是:工艺及设备简单,组织致密,无气孔,材料质量稳定,已工业化生产。
丰田汽车公司曾用这种工艺制成了碳化硅颗粒局部增强铝基复合材料汽车发动机活塞[21]。
2.2.3 熔渗技术熔渗技术是指金属液体与多孔性固体外表面相接触,靠毛细管力将金属液体吸引到固体内部。
熔渗技术又分为压力熔渗和无压熔渗两种。
压力熔渗是预先把增强体用适当的粘结剂粘结,做成相应形状的预制件,放在金属压型内的适当位置,浇注金属液。
并加压使金属液掺入预制件间隙,凝固后就得到所要求的金属基复合材料。
所加压力可采用液体压力(挤压铸造)和气体压力两种。
这种方法可排除对增强物与金属液结合有重要影响的润湿性、反应性、比重差等重要因素的干扰作用。
在预制件制造得好以及熔渗时温度、压力等参数控制得当的情况下,可成功地制取满意的复合材料[22]。
Laxide 公司提出了无压熔渗工艺[23]。
该工艺使基体合金放在可控气氛的加热炉中加热至基体合金液相线以上的温度,在不加压的情况下使合金熔体自发熔渗到颗粒层或预制块中。
因在无压力作用下,熔渗模具的选择容易。
但受熔渗温度、环境气体种类及颗粒大小等因素影响,使该法受到一定局限。
无压渗透法以其设备简单、操作方便、成本低廉等特点近年来得到了普遍应用。