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金属基复合材料制造中的关键技术问题有哪些?

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发表时间:2022-03-23 09:56

   由于金属所固有的物理和化学特性,其加工性能不如树脂好,在制造金属基复合材料中需要解决一些关键技术问题,主要包括:

1.在高温下易发生不利的化学反应 在加工过程中,为了确保基体的浸润性和流动性,需要采用很高的加工温度(往往接近或高于基体的熔点)。在高温下,基体与增强材料易发生界面反应,有时会发生氧化而生成有害的反应产物。这些反应往往会对增强材料造成损害,形成过强结合界面,而过强结合界面会使材料产生早期低应力破坏。同时,高温下反应的产物通常呈脆性,会成为复合材料整体破坏的裂纹源。因此,控制复合材料的加工温度是一项关键技术。

解决的方法是:尽量缩短高温加工时间,使增强材料与基体界面反应降至最低温度;通过提高工作压力使增强材料与基体浸润速度加快;采用扩散粘接法可有效地控制温度并缩短时间。

2.增强材料与基体润湿性差 绝大多数的金属基复合材料如:碳/铝、碳/镁、碳化硅/铝、氧化铝/铜等,基体对增强材料润湿性差,有时根本不会发生润湿现象。

解决的方法是:加入合金元素,优化基体组分,改善基体对增强材料的润湿性,常用的合金元素有钛、锆、铌、铈等;对增强材料进行表面处理,涂覆一层可抑制界面反应的涂层,可有效改善其润湿性。表面涂层涂覆方法很多,如化学气相沉积、物理气相沉积、溶胶-凝胶和电镀或化学镀等。

3.如何使增强材料按所需方向均匀的分布于基体中 增强材料的种类较多,如短纤维、晶须、颗粒等,还有直径较粗的单丝、直径较细的纤维束等,同时在尺寸、形态、理化性能上也有很大差异,使其均匀地、或按设计强度的需要分布比较困难。

解决的方法是:对增强材料进行适当的表面处理,使其浸渍基体速度加快;加入适当的合金元素改善基体的分散性;施加适当的压力,使基体分散性增大。


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