第24卷第3期 江苏大学学报(自然科学版 VoL 24 No. 3 2003年5月 M ay 200 反应生成金属基复合材料制备方法的研究进展 王庆平,姚明,陈刚 (江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013) 摘要]综述了反应生成金属基复合材料的国内外研究现状·根据参与合成增强体的两饭应 组分的状态不同,现有的反应制备工艺可分为固-固、气一液、液-液、固-液四种反应模式,并详 细介绍了各种反应模式所包含的方法和技术.笔者对各种工艺的优缺点分别进行了讨论,并分析 了存在的问题和今后的发展方向 [关键词金属基复合材料,反应生成;制备方法 [中图分类号]TG22[文献标识码]A[文章编号]1671-77(2003)03-0057-05 金属基复合材料( Metal matriⅸ Composites)是去了第二相的预合成,简化了工艺降低了原材料成 由增强体和基体金属材料通过一定的方法复合而本;另外,原位复合还能够实现材料的特殊显微结构 成·金属基复合材料按増强特点,可分为使用连续设计并获得特殊性能,同时避免因传统工艺制备材 长纤维增强的连续增强型和使用颗粒、晶须、短纤维料时可能遇到的第二相分散不均匀,界面结合不牢 增强的非连续增强型两大类.前者由于纤维是主固以及因物理、化学反应使组成物相丧失预计性能 要承力组元因此具有很高的比强度和比刚度,在单等不足的问题.正是因为原位合成法有望解决常规 向增强的情况下具有很强的各向异性.由于原材料非原位合成的复合材料中颗粒基体界面问题,因而 纤维价格昂贵,制造工艺技术十分复杂,因而成本很发展很快.但原位合成也有诸多不足:增强颗粒只 高,影响了它们的实际应用;后者由于金属基体仍起限于特定基体中的热力学稳定的粒子;颗粒大小、形 到主导作用,其强度与基体相近,增强体的加入主要状受形核、长大过程的动力学控制,而且工艺性差, 是弥补基体材料某些欠缺,如提高刚度、耐磨性、高制备成本比现有工艺高,不适于规模化生产.显然, 温性能、热物理性能等.它们的制造工艺技术相对原位合成技术实现产业化的关键是优化工艺、降低 较为简单,可以在现有的冶金加工设备基础上进行生产成本 工业化生产,因而成本较低,有利于大规模应用 近年来,利用原位反应技术制备颗粒增强金属 MMCs的制备工艺可分为如下两种 基复合材料受到了广泛的关注.通过放热反应各元 (1)外加增强颗粒复合法. 素或是组元之间原位生成细小颗粒.这些细小的增 如搅拌铸造法是利用机械搅拌形成的涡流使外强颗粒可以是氧化物、硼化物、氮化物、碳化物、金属 加颗粒直接分散于金属中的方法,该工艺简单,适间化合物或者是它们的任何组合 合于制备一定尺寸、形状的构件,但是,由于外加的 增强颗粒与基体相容性不良或存在严重的界面反应1原位反应生成方法研究现状 等原因,其增强效果不够理想 根据参与合成增强体的两个反应组分的状态不 (2)原位(in-siu反应复合法 同,可将该方法分为固-固、气-固、液-固、液一液 首先,相对于非原位合成工艺,原位合成的第二等四种反应模式 相与基体间的界面无杂质污染,两者之间有理想的1.1固-固反应 原位匹配,能显著改善材料中两相界面的结合状况,1.1.1SHS粉末技术 使材料具有优良的热力学稳定性;其次,原位复合省 燃烧合成是利用燃烧反应放热,原位合成 收稿日期]2002-11 基金项目]江苏省教育厅自然科学基金资助项目(01KJD43000 作煮b再庆节1979c男,装界,w生击果从命展梧某合材的研iIrightsreserved.htp/www.cnkinet第 24 卷第 3 期 2003 年 5 月 江 苏 大 学 学 报( 自 然 科 学 版) Journal o f Jiang su University( Natural Science Edition) Vol. 24 No. 3 May 2003 反应生成金属基复合材料制备方法的研究进展 王庆平, 姚 明, 陈 刚 ( 江苏大学材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212013) [ 摘 要] 综述了反应生成金属基复合材料的国内外研究现状
根据参与合成增强体的两个反应 组分的状态不同, 现有的反应制备工艺可分为固- 固、气- 液、液- 液、固- 液四种反应模式, 并详 细介绍了各种反应模式所包含的方法和技术
笔者对各种工艺的优缺点分别进行了讨论, 并分析 了存在的问题和今后的发展方向
[ 关键词] 金属基复合材料; 反应生成; 制备方法 [ 中图分类号] TG22 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1671- 7775( 2003) 03- 0057- 05 金属基复合材料( Metal Matrix Composites) 是 由增强体和基体金属材料通过一定的方法复合而 成
金属基复合材料按增强特点, 可分为使用连续 长纤维增强的连续增强型和使用颗粒、晶须、短纤维 增强的非连续增强型两大类 [ 1]
前者由于纤维是主 要承力组元, 因此具有很高的比强度和比刚度, 在单 向增强的情况下具有很强的各向异性
由于原材料 纤维价格昂贵, 制造工艺技术十分复杂, 因而成本很 高, 影响了它们的实际应用; 后者由于金属基体仍起 到主导作用, 其强度与基体相近, 增强体的加入主要 是弥补基体材料某些欠缺, 如提高刚度、耐磨性、高 温性能、热物理性能等
它们的制造工艺技术相对 较为简单, 可以在现有的冶金加工设备基础上进行 工业化生产, 因而成本较低, 有利于大规模应用
M MCs 的制备工艺可分为如下两种: ( 1) 外加增强颗粒复合法. 如搅拌铸造法是利用机械搅拌形成的涡流使外 加颗粒直接分散于金属中的方法
该工艺简单, 适 合于制备一定尺寸、形状的构件, 但是, 由于外加的 增强颗粒与基体相容性不良或存在严重的界面反应 等原因, 其增强效果不够理想
( 2) 原位( in- situ) 反应复合法. 首先, 相对于非原位合成工艺, 原位合成的第二 相与基体间的界面无杂质污染, 两者之间有理想的 原位匹配, 能显著改善材料中两相界面的结合状况, 使材料具有优良的热力学稳定性; 其次, 原位复合省 去了第二相的预合成, 简化了工艺, 降低了原材料成 本; 另外, 原位复合还能够实现材料的特殊显微结构 设计并获得特殊性能, 同时避免因传统工艺制备材 料时可能遇到的第二相分散不均匀, 界面结合不牢 固以及因物理、化学反应使组成物相丧失预计性能 等不足的问题
正是因为原位合成法有望解决常规 非原位合成的复合材料中颗粒
基体界面问题, 因而 发展很快
但原位合成也有诸多不足: 增强颗粒只 限于特定基体中的热力学稳定的粒子; 颗粒大小、形 状受形核、长大过程的动力学控制, 而且工艺性差, 制备成本比现有工艺高, 不适于规模化生产
显然, 原位合成技术实现产业化的关键是优化工艺、降低 生产成本
近年来, 利用原位反应技术制备颗粒增强金属 基复合材料受到了广泛的关注
通过放热反应各元 素或是组元之间原位生成细小颗粒
这些细小的增 强颗粒可以是氧化物、硼化物、氮化物、碳化物、金属 间化合物或者是它们的任何组合
1 原位反应生成方法研究现状 根据参与合成增强体的两个反应组分的状态不 同, 可将该方法分为固- 固、气- 固、液- 固、液- 液 等四种反应模式
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1 固- 固反应 1
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1 SHS 粉末技术 燃 烧合成是利用燃烧反应放热, 原位合成 [ 收稿日期] 2002- 11- 22 [ 基金项目] 江苏省教育厅自然科学基金资助项目( 01KJD430006) [ 作者简介] 王庆平( 1979- ) , 男, 安徽萧县人, 硕士生, 主要从事金属基复合材料的研究