Martin公司的 Brupbacher等人发明并申请专利,其关键 B组:含有选用 元素的母合金 A组:元素粉 技术是;控制了金属基复合材料中增强相尺寸大小、形 状及体积分数等。一般说来,粉末冶金法、压铸法、搅 拌铸造法制取颗粒增强金属基复合材料时,增强相表面 上有污染且形状不规则,影响复合材料的力学性能,利 用XD制备颗粒增强型复合材料,正好克服了上述问 题,且获得颗粒尺寸能在1,0m以下,降低了复合材料 的制造成本,为金属基复合材料的应用和发展开辟了新 基体金屑 的前景 在用XD法制备金属基复合材料的过程中,其增强 相的形成有三种反应模型,一是元素粉末与元素粉末之 间的反应,把几种粉末按照一定比例混合均匀,加热使 溶剂辅助反应 其中两种能反应的元素固溶到其它粉末元素中,并发生 化学反应生成细小的颗粒,弥散地分布在合金基体中; 粗大组分分解 二是合金中的元素与合金中的元素之间反应,将两种分 别含有第一反应元素和含有第二反应元素的合金粉末 按照一定比例混合均匀,在加热过程中,由于浓度差的 作用,使第一反应元素向另一种粉末合金中扩散,同时 第二种反应元素也向含第一种反应元素的合金粉末中 陶瓷TB 复合材料 扩散,在扩散过程中,两种能起反应的元素原子相互碰 撞发生化学反应生成硬质相颗粒,均匀弥散地分布在合 图1XD法制备金属基复合材料原理示意图3 金基体中,三是元素与合金中元素发生反应。把元素粉 引入气体 末与合金粉末按照一定比例混合均匀,加热过程中,元 素向合金粉末中扩散发生化学反应生成增强相颗粒.三 种反应模型的基本要点是:固溶有助于反应。图1给出 了XD法制备复合材料的原理示意图。利用XD法可以 制取A/TB2、Cu/riB2、NA/TB2、TiAl/TiB2等金属基 石墨基壳 及金属间化合物复合材料。 合金液 LS法由 Kozak和 Kumat在1989年发明并申请专 利,这种方法的要点是:在高温下,用气体分解得到某 1Q聊详。的 气体起泡器 种元素,此种元素能与合金液中某种元素起反应生成硬 质相颗粒,从而制备了金属基复合材料,其装置示意图 图2VLS法制备复合材料简图5 如图2所示。具体工艺过程为:将合金如A-T合金等 放在坩埚中,升温至1200后,把CH等气体通入合金2.3sHs法 液中,这时,CH气体在高温下分解生成碳元素,进入 SHS法即自蔓延高温合成法,是在70年代由苏联 合金液中,与合金液中的T元素发生化学反应生成TC Merzhanov等人10发明,并相继获得了美国、日本、法国 颗粒,其反应式为: 英国等国的专利。这种方法起初用于合成微细颗粒,如 CH4→C+2H2 合成TC、TB2、NbC、TaC、TiSi2、TiN等,其总反应式 可以表示为 [c]+[]→Tc 合画x+点bY→2 3) 由于TC颗粒与金属铝液润湿,不会随气体而上 浮,这样就可得到TC颗粒增强铝基复合材料,这种方 式中X为:Ti,z,Hf,v,Nb,Ta,Mo,W等,为Y 法可使T颗粒尺寸在0.1~2,0μm范围,随着温度的·B(z为硼化物)、C(Z为碳化物),N(z为氮化物) 升高,TC颗粒尺寸还可以 的减小。 Si(Z为硅化物),S(z为硫化物)等 材料工程 o1994-2014ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.alLrightsreservedhttp://www.cnki.netM ar tin 公 司 的 Br 叩ba ch er 等 人 发 明并 申请 专 利 , 其 关 键 技术 是 : 控制 了 金 属基 复合 材料 中增 强 相 尺 寸大 小 、 形 状 及 体 积 分 数等 。 一 般 说 来 . 粉 末 冶金法 、 压铸 法 、 搅 拌 铸造 法制取 颗 粒 增强 金属 基复 合材 料 时 , 增 强 相表 面 上 有污 染且形 状 不规则 , 影 响复 合材 料 的力学 性 能 , 利 用 X D 制 备 颗粒 增 强 型 复 合 材料 , 正 好 克 服 了 上 述 问 题 , 且 获得颗 粒尺 寸能 在 1 . 伽m 以 下 , 降低 了 复 合材 料 的 制造 成本 , 为金 属基复 合材 料 的应 用 和 发展 开辟 了新 的 前景 。 在用 x D 法 制备 金属 基 复合 材 料的 过 程 中 , 其 增 强 相 的形 成有 三 种反 应 模 型 , 一 是元 素 粉末 与元 素粉 末 之 间的反 应 , 把几 种 粉末按 照 一 定 比 例 混 合 均 匀 , 加热 使 其 中两 种能反 应的 元素 固 溶到 其 它粉 末 元 素 中 , 并 发 生 化学 反应 生成 细小 的颗 粒 , 弥散 地分 布 在合 金基 体 中 ; 二是 合金 中 的元素 与合 金 中的元 素之 间反 应 , 将两 种分 别 含 有第 一 反 应元 素 和 含 有 第 二 反 应 元 素 的 合 金 粉 末 按照 一 定 比例 混合均 匀 , 在加 热过 程 中 , 由于 浓 度 差 的 作用 , 使 第一 反 应元 素 向另 一 种粉 末 合金 中扩 散 , 同 时 第 二 种 反 应 元 素也 向含 第 一 种反 应 元 素 的 合 金 粉 末 中 扩散 , 在扩 散过 程 中 , 两 种能起 反 应 的元 素原 子相 互碰 撞发 生化学 反 应 生成 硬质 相颗 粒 , 均 匀 弥 散 地分 布 在合 金基 体 中 , 三 是 元素 与合 金 中元素 发 生反 应 。 把 元 素 粉 末与 合金 粉末按 照 一 定 比 例混 合均 匀 , 加 热过 程 中 , 元 素 向合金粉 末 中扩散 发生 化学 反 应 生 成增 强 相 顺 粒 。 三 种反 应模 型 的基 本要 点是 : 固 溶有 助 于 反 应 。 图 l 给 出 了 x D 法制 备复 合材料 的 原理 示 意 图 。 利 用 x D 法 可 以 制取 A I / T IB : 、 C u / T 田: 、 N 认l / T IB : 、 T IA I/ T IB : 等 金 属基 及金属 间化 合物 复合 材料 。 2 . Z v 峪 法 v LS 法 由 K oc zak 和 K u m ar 在 1 9 8 9 年 发 明 并 申请 专 利 . 这 种方 法的要 点是 : 在高 温 下 , 用 气体 分解 得 到某 种元 素 , 此 种元 素能与 合金 液 中某种 元 素起 反应 生成 硬 质相 颗粒 , 从而 制备 了 金属 基复 合 材料 , 其 装置 示意 图 如 图 2 所 示 。 具体 工艺 过程 为 : 将 合金 如 Al 一 Ti 合金 等 放 在 增 涡 中 , 升温 至 1 2 0 0 ℃ 后 , 把 c H ; 等 气体 通 入合 金 液 中 , 这 时 , C H ; 气体 在 高 温 下分 解 生成 碳元 素 , 进 入 合 金 液 中 , 与合金 液 中的 Ti 元 素发 生 化 学反 应 生成 Ti c 颗 粒 , 其反 应式 为 : H 组 含有选用 元素的毋 合金 A 组 : 元素粉 未 八一, T i 等 、 溶剂辅助反应 巴互一 时l 日」 粗大组分 分解 细 相沉淀 金属 陶瓷 复合材 料 基体 陶瓷 T IB Z 图 1 x D 法 制备 金 属 基 复 合 材 料 原 理 示 意 图 叫 引人气 体 增锅 石单 基 壳 合金 液 含 碳i包 气体起泡器 一 蘸 旨 圈 口 胭 颐口沈 伽坛;谈 图 2 v LS 法 制 备复 合 材料 简 图[5: C H ‘ ~ C + 2 H 2 ( l ) c ~ [ C 〕 2 . 3 S H S 法 S HS 法 即 自蔓 延 高温 合成法 , 是 在 70 年 代 由苏 联 M e r z h a n o v 等 人 [ , 。习发 明 , 并 相继 获 得 T 美 国 、 日本 、 法 国 、 英 国等 国的 专利 。 这 种方 法起 初 用于 合成微 细颗 粒 , 如 合 成 T ie 、 T IB : 、 N 比 、 几e 、 T ‘i : 、 T 创 等 , 其 总反应 式 可 以 表 示 为 : 〔e 〕 + [ T i〕~ T IC ( 2 ) 又‘ 、 、洲 自 a , X . + ‘曰 b JY J ~ Z (3 ) 由于 TI C 颗 粒 与金 属 铝 液 润 湿 , 不 会 随 气 体 而 上 浮 , 这样 就可 得到 TI C 颗 粒增 强 铝 基复 合材 料 , 这 种 方 法可 使 TI C 颗 粒尺 寸在 0 . 1 ~ 2 . 0 件m 范 围 , 随着温 度 的 升高 , TI C 颗 粒尺 寸还 可 以 进 一 步 的减 小 。 材料 〔程 式 中 x 为 : Ti , z r , : B (z 为硼 化物 ) 、 5 1 (z 为硅 化物 ) , H r , v , N b , T a , M o , W 等 , 为 Y o c (Z 为碳 化物 ) , N (z 为 氮化 物 ) , s (z 为硫 化物 ) 等