2004年11月 重庆大学学报(自然科学版) Nov.2004 第27卷第11期 Journal of Cmngging University(Natural Science Edition) Vol 27 No. 11 文章编号:1000-582X(2004)11-0151-06 金属基复合材料固/液反应制备技术的研究进展 汤爱涛汪凌云,潘复生 (重庆大学材料科学与工程学院,重庆40000 摘要:金属基复合材料固/液反应制备技术是最有发展潜力的原位反应合成技术之一,近年来发展迅速。 文中对放热弥散复合技术、接触反应涂层制备技术、液相接触反应合成技术熔体浸渍技术和固/液反应喷射沉积 复合技术等几种典型的固/液反应制备技术的研究进展进行了综述,重点总结和分析了放热弥散复合技术、接触 反应涂层制备技术和液相接触反应合成技术的研究现状,讨论了各种固/液反应制备技术的工艺特点和存在的问 题 关键词金属基复合材料;反应合成;固/液反应;原位合成 中图分类号:TB33 文献标识码:A 在复合材料的快速发展中,金属基复合材料(MM应、固-固反应等反应类型进行归类。对以ⅥS技术 Cs)因其特有的高强度、高硬度、耐磨及耐高温等优良为代表的气-液反应合成技术和以SHS技术为代表 性能,引起国内外材料科学工作者的普遍关注,现已发的固-固反应合成技术,有关文献已进行了较多的分 展成为先进复合材料的一个重要分支。但工艺复杂、析和讨论,文中着重就近年来发展最快的固-液反应 成本昂贵增强体易偏聚、性能不稳定等问题依然没有合成技术进行总结、分析和讨论。 很好解决。针对这些情况而发展的金属基复合材料反 应合成( Reactive Synthesis)技术在近十多年来有了重要 放热弥散复合技术(XD技术) 进展。 放热弥散复合技术( Exothermic Dispersion)的基本 在复合材料的制备技术中,反应合成技术有时又原理是将增强相反应物料与金属基粉末按一定的比例 称原位生成复合法,最早出现于1967年前用SHS法均匀混合,冷压或热压成型,制成坯块,以一定的加热 合成TB∥Cu功能梯度材料的研究中凹。金属基复合速率加热,在一定的温度下(通常是高于基体的熔点而 材料的反应合成法是指借助化学反应,在一定条件下低于增强相的熔点)保温,使增强相各组分之间进行放 在基体金属内原位生成一种或几种热力学稳定的增强热化学反应,生成增强相。增强相尺寸细小,呈弥散分 相的一种复合方法。这种增强相一般为具有高硬度、布。其工艺关键是控制金属基复合材料中增强相尺寸 高弹性模量和高温强度的陶瓷颗粒,即氧化物、碳化大小、形状及体积分数等。该技术具有很多优点:1)可 物、氮化物、硼化物、甚至硅化物,它们往往与传统的金合成的增强相种类多,包括硼化物、碳化物、硅化物等 属材料,如AMg、T、Fe、u等金属及其合金,或(N-2)增强相粒子的体积百分比可以通过控制增强相组分 T)、(A1)等金属间化合物复合,从而得到具有优良性物料的比例和含量加以控制;3)增强相粒子的大小可 能的结构材料或功能材料3 以通过调节加热温度加以控制;4)可以制备各种 金属基复合材料的反应合成技术分类较为复杂,MMC和MC;5)由于反应是在融熔状态下进行,可以 从反应原料的状态出发,可按气-液反应,固-液反进一步近终形成型 *收稿日期2004-06-27 基金项目:国家“863”项目(715-009-0170和2003AA3210);国家自然科学基金项目(59871067);全国高校博士基金 (200020611008) 作者简介:汤爱涛(1963-),女,四川渠县人,副教授,重庆大学博士研究生,主要从事复合材料方向研究。 201994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://n.cnki.net© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 2004 年 11 月 重 庆 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) Nov. 2004 第 27 卷第 11 期 Journal of Chongqing University(Natural Science Edition) Vol. 27 No. 11 文章编号 :1000 - 582X(2004) 11 - 0151 - 06 金属基复合材料固/ 液反应制备技术的研究进展 Ξ 汤 爱 涛 ,汪 凌 云 ,潘 复 生 (重庆大学 材料科学与工程学院 ,重庆 400030) 摘 要 :金属基复合材料固/ 液反应制备技术是最有发展潜力的原位反应合成技术之一 ,近年来发展迅速。 文中对放热弥散复合技术、接触反应涂层制备技术、液相接触反应合成技术、熔体浸渍技术和固/ 液反应喷射沉积 复合技术等几种典型的固/ 液反应制备技术的研究进展进行了综述 ,重点总结和分析了放热弥散复合技术、接触 反应涂层制备技术和液相接触反应合成技术的研究现状 ,讨论了各种固/ 液反应制备技术的工艺特点和存在的问 题。 关键词 :金属基复合材料 ;反应合成 ;固/ 液反应 ;原位合成 中图分类号 :TB33 文献标识码 :A 在复合材料的快速发展中 ,金属基复合材料(MM2 Cs) 因其特有的高强度、高硬度、耐磨及耐高温等优良 性能 ,引起国内外材料科学工作者的普遍关注 ,现已发 展成为先进复合材料的一个重要分支。但工艺复杂、 成本昂贵、增强体易偏聚、性能不稳定等问题依然没有 很好解决。针对这些情况而发展的金属基复合材料反 应合成(Reactive Synthesis) 技术在近十多年来有了重要 进展。 在复合材料的制备技术中 ,反应合成技术有时又 称原位生成复合法[1 ] ,最早出现于 1967 年前用 SHS 法 合成 TiB2/ Cu 功能梯度材料的研究中[2 ] 。金属基复合 材料的反应合成法是指借助化学反应 ,在一定条件下 在基体金属内原位生成一种或几种热力学稳定的增强 相的一种复合方法。这种增强相一般为具有高硬度、 高弹性模量和高温强度的陶瓷颗粒 ,即氧化物、碳化 物、氮化物、硼化物、甚至硅化物 ,它们往往与传统的金 属材料 ,如 Al、Mg、Ti、Fe、Cu 等金属及其合金 ,或 (Ni2 Ti) 、(AlTi) 等金属间化合物复合 ,从而得到具有优良性 能的结构材料或功能材料[3 ] 。 金属基复合材料的反应合成技术分类较为复杂 , 从反应原料的状态出发 ,可按气 - 液反应 ,固 - 液反 应、固 - 固反应等反应类型进行归类。对以 VLS 技术 为代表的气 - 液反应合成技术和以 SHS 技术为代表 的固 - 固反应合成技术 ,有关文献已进行了较多的分 析和讨论 ,文中着重就近年来发展最快的固 - 液反应 合成技术进行总结、分析和讨论。 1 放热弥散复合技术(XD 技术) 放热弥散复合技术 ( Exothermic Dispersion) 的基本 原理是将增强相反应物料与金属基粉末按一定的比例 均匀混合 ,冷压或热压成型 ,制成坯块 ,以一定的加热 速率加热 ,在一定的温度下(通常是高于基体的熔点而 低于增强相的熔点) 保温 ,使增强相各组分之间进行放 热化学反应 ,生成增强相。增强相尺寸细小 ,呈弥散分 布。其工艺关键是控制金属基复合材料中增强相尺寸 大小、形状及体积分数等。该技术具有很多优点 :1) 可 合成的增强相种类多 ,包括硼化物、碳化物、硅化物等 ; 2) 增强相粒子的体积百分比可以通过控制增强相组分 物料的比例和含量加以控制 ;3) 增强相粒子的大小可 以通过调节加热温度加以控制 ; 4) 可以制备各种 MMCp和 IMCp ;5) 由于反应是在融熔状态下进行 ,可以 进一步近终形成型。 Ξ 收稿日期 :2004 - 06 - 27 基金项目 :国家“863”项目 (715 - 009 - 0170 和 2003AA33X210) ;国家自然科学基金项目 (59871067) ;全国高校博士基金 (200020611008) 作者简介 :汤爱涛(1963 - ) ,女 ,四川渠县人 ,副教授 ,重庆大学博士研究生 ,主要从事复合材料方向研究