原位反应复合法制备金属基复合材料的进展 北京航空材料研究所李春玉李英刘伯操 北京科学技术大学自东胡汉起 综述了近年来利用原位反应复合法制备金属基复合材料的最新工艺方法,包括:XD法、VLS法、SHS等 讨论其组织与性能,同时还展望了原位反应复合法的发展前景。 关键词:金属基复合材料,原位反应 Metal Matrix Composites Fabricated by In-situ Reaction Method Li Chunyu Li Ying Liu Bocao Beijing Institute of Aeronautical Materials Wang Zidong Hu Hangi ( University of Science and Technology. Beijing In this paper, the new technology to fabricate metal matrix composites by in-situ reaction method is discribed, including XD, VLS and SHS, The structures and properties of metal matrix composite fabricated by those new technologies are discussed. The in-situ reaction composite technology is of great future Keywords: metal metrix composites, in-situ reaction 1前言 造、挤压、锻造、热轧等方法获得力学性能优异的复合 材料,制备工艺简便,成本低廉,为金属基复合材料的 金属基复合材料具有比强度和比刚度高,抗疲劳性应用和生产打下良好的基础。美国 Martin公司已用原位 能好,耐磨、耐热等优异的力学性能,因而吸引了众多反应复合法开发航空航天用金属基复合材料,并制备了 的材料科技工作者对其进行深入细致的研究。目前,制航空航天用的样件1 备金属基复合材料的工艺方法可分为两大类:一类是强 制法,主要有粉末冶金法、压铸法和搅拌铸造法,这些2原位反应复合的工艺方法 方法都能制备性能优异的金属基复合材料,但其工艺复 杂,成本高,限制了复合材料作为结构材料的应用 自从美国 Martin公司 Brupbacher[3.4等人发明用XD 类是原位反应复合法,这种方法起源于本世纪80年法制备A基、T基、N基、Cu基复合材料以来,美国 代,它是利用两种或两种以上元素在基体中能相互反应Kak和 Kumar利用Vs法制备Al基复合材料 生成硬质相,达到强化基体的目的。有人称此为“内生H,C.Y°和Ho7等人用自蔓延法(SHS)制备Al基,N 型”复合材料。它与强制法相比有如下的优点:(1)硬基复合材料。我国在80年代末期开始进行这方面研 质相在基体内部原位生成,表面干净,无污染物;(2)究·相继开发了两种原位复合工艺方法:中科院金属研 基体和增强相的比例可以在较大的范围内调节,能制备究所马宗义等人开发了热压反应法制备A基复合材 各种体积分数的复合材料,体积分数在2~85%的范围料,北京航空材料研究所和哈尔滨工业大学”共同开发 内;(3)增强相与基体界面结合较好,界面干净;(4)了熔铸直接接触反应法,利用这些原位反应复合工艺都 增强相表面无尖角,呈球状,尺寸在1.0μm以下,且均成功地制备了金属基复合材料。 匀地弥散分布在合金基体中;(5)其工艺方法有固相烧2.1XD法 结和液相烧结两种,可根据烧结工艺不同分别采用铸 XD( Exothermic Desposition)法在80年代中期由美国 1995年11期 o1994-2014ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.alLrightsreservedhttp://www.cnki.net原 位 反 应 复合 法 制 备 金 属基 复 合 材 料 的进 展 北京航 空材料研 究 所 北 京 科 一 学 技 术 大 学 李春 玉 李 英 刘 伯操 王 自东 胡汉 起 综 述 了近 年来 利 用原 位 反 应 复合 法 制 备金属 基 复合 材料 的最 新工 艺 方 法 , 包 括 : X D 法 、 V LS 法 、 S H S 等 , 讨 论其 组 织 与性 能 , 同 时还 展 望 了 原位 反 应 复合法 的发 展 前景 。 关键 词 : 金 属基 复合 材 料 , 原 位 反 应 M e t a l M a t r ix C o m Po s it e s Fa b ri e a te d b y In 一 s it u R e a e tio n M e th od L i C h u n y u L i Y i n g L i u B o e a o (Be iz i n g In s t iru te o f A e r o n a u ti e a l M a t e r i a ls ) W a n g Z id o n g H u H a n q i (U n iv e r s ity o f S e i e n e e a n d T e e h n o l o g y , Be iji n g ) I n tti is Pa pe r , d i se r ibe d , i n e lu d in g n e w t e e h n o lo g y to f a b rica t e m e ta l m a tr i x e o m Po s ite s by in 一 situ r ea e tio n m e th od 15 V l万 a n d S H S , T h e s tr u e t u r es a n d Pro pe r ties o f m e ta l m a tr ix e o m Po s ite f a b rica te d b y th ose n e w te e h n o lo gi es a r e d is e u s e d . T h e in 一 s itu r ea e tio n e o m 详巧it e t e e h n o lo g y 15 o f gr ea t f u tu r e . K e yw o rd s : m e ta l m e trix e o m P0 s ltes , in 一 s itu rca e tio n 前言 金属 基复 合材 料 具有 比强 度 和 比 刚度 高 , 抗疲 劳性 能好 , 耐磨 、 耐 热等优 异 的 力学性 能 , 因 而 吸 引 了 众 多 的材 料科 技工 作者 对其 进 行深 入 细 致 的研 究 。 目前 , 制 备 金属 基 复合 材料 的工 艺 方法 可分 为 两大 类 : 一 类 是强 制法 , 主 要 有 粉末 冶金 法 、 压 铸 法和 搅拌 铸造 法 , 这 些 方 法 都能 制备性 能 优异 的 金属 基复 合 材料 , 但 其工 艺 复 杂 , 成 本高 , 限 制了 复合 材料 作 为结 构材 料 的应 用 。 一 类 是 原 位 反 应 复 合 法 , 这 种方 法 起 源 于 本 世 纪 8 0 年 代 , 它 是利 用两 种 或两 种 以 上 元 素 在 基 体 中能 相互 反 应 生 成 硬质 相 , 达 到 强 化 基体 的 目的 。 有人 称此 为 “ 内 生 型 ” 复 合 材料 。 它 与强 制法 相 比 有 如下 的优 点 : ( 1) 硬 质 相 在基 体 内部原 位 生 成 , 表 面 干 净 , 无 污 染物 ; ( 2) 基 体 和 增 强 相 的 比 例 可以 在较 大 的范 围 内调 节 , 能 制 备 各种 体积 分 数的复 合 材料 , 体积 分数 在 2 一 8 5 % 的 范 围 内 ; ( 3 ) 增 强 相与 基体 界 面 结 合较 好 , 界 面 干 净 ; ( 4) 增强 相 表 面 无 尖角 , 呈 球状 , 尺 寸 在 1 . oo m 以 下 , 且 均 匀 地 弥散 分 布在合 金 基体 中 ; (5) 其工 艺方 法 有 固 相烧 结和 液 相 烧 结两 种 , 可 根 据烧 结 工 艺 不 同 分别 采 用 铸 造 、 挤 压 、 锻 造 、 热 轧 等方 法获 得力 学性 能 优 异 的复 合 材 料 , 制备 工艺 简便 , 成 本低廉 , 为金属 基复 合材 料 的 应 用 和 生 产打 下 良好 的基础 。 美 国 M ar tin 公 司 已 用 原 位 反 应 复合法 开 发航 空航 天 用 金属 基 复合 材料 , 并制 备 了 航 空航 天 用 的 样件[1, 2〕 。 2 原 位 反 应 复合 的 工 艺 方法 自从 美 国 M a r tin 公 司 B ru p ba e h e r [ 3 , ‘」等 人 发 明 用 x o 法 制 备 Al 基 、 Ti 基 、 Ni 基 、 C u 基 复合 材料 以 来 , 美 国 K oc za k 和 K u m ar [5j 利 用 v 岱 法 制 备 A1 基 复 合 材 料 , H . C . Y s[ 6 〕和 H o lt [ , 」等 人 用 自蔓延 法 (S H S ) 制备 A I 基 , N i 基 复 合 材料 。 我 国 在 8 0 年 代 末 期 开 始 进 行 这 方 面 研 究 , 相 继 开 发 了两 种原位 复 合工 艺方 法 : 中科 院金属 研 究 所 马 宗 义 等 人 困 开发 了 热 压 反 应 法制 备 Al 基 复合 材 料 , 北 京 航空 材料 研究 所和 哈 尔滨工 业大 学闭 共 同 开发 了 熔铸 直接 接 触反 应 法 , 利 用这些 原位 反 应 复合 工 艺都 成 功 地 制备 了 金属 基 复 合材 料 。 2 . 1 x D 法 X D (E x o t h e r m ic D es 娜 itio n ) 法 在 8 0 年代 中期 由美 国 1 9 9 5 年 1 1 期