金属基复合材料品种繁多,所选用的基体和增强物的性质特点不同,需选用相应合适的方法来制造。现有的制造方法工艺成熟程度和实用性也有较大的差距,在众多的制造方法中只有几种方法达到了规模生产,以下就几种比较成熟和有发展前途的方法进行分析比较。

1.固态扩散黏结法

这是目前制造连续纤维[硼纤维、碳化硅纤维、碳(石墨)纤维]增强铝基、镁基、钛基复合材料零(构)件的主要方法。这种方法研究发展最早,工艺比较成熟,20世纪70年代起就成功地制造了航天飞机主仓用的B/Al管、B-1飞机的垂直尾翼、导弹级间段、高性能发动机SiC/Ti叶片、传动轴、人造卫星用Gr/Mg复合材料抛物面天线等实用零(构)件。这种方法制造工艺较复杂,需先制成预复合丝(带、片),再进行优化排布和热压成形,制造成本高,主要用于制造性能要求高的航天领域用的零(构)件。

2.液态金属压力浸渗法

这是一种直接制造连续纤维、短纤维、晶须、颗粒以及混合增强金属基复合材料零件的方法,适用面广,工艺简单。目前主要用它生产高含量碳化硅颗粒增强铝基、镁基复合材料,碳(石墨)纤维增强铝、镁、锌基复合材料,晶须和颗粒混杂增强铝、镁基复合材料的零(构)件。与精密铸造工艺相结合可以生产出形状尺寸精确的复合材料零件。已用这种方法制造出高集成度电子器件用的封装零件,光学反射镜、惯性导航仪器用基座等零件。这种方法发展迅速,已逐渐成为金属基复合材料零(构)件的主要制造方法之一。

3.低压铸造法

这种方法适合于铸造短纤维、晶须增强铝基、镁基复合材料零件,工艺简单可靠,适合于批量生产,生产效率高。这种方法的关键是制备增强物预制件和模具。制造出的零件组织致密,已成为短纤维、晶须增强铝基、镁基复合材料零件的主要方法。工艺成熟,制造成本低,已成功地制造出内燃机活塞、连杆和各种机械零件,活塞生产已形成年产数百万件的规模。

4.粉末冶金法

粉末冶金法是一种成熟的金属制品制造技术,用于制造短纤维、晶须、颗粒增强金属基复合材料零件。适用于铝基、铁基、耐热合金、难熔金属、金属间化合物基复合材料零件制造。这种方法必须将基体金属制成粉末,并与增强物均匀混合,用专用的模具压制成形、烧结等。工艺成本高,主要用于制造高性能颗粒、晶须增强铝基复合材料、铁基复合材料以及高温金属基复合材料零件。

5.液态金属搅拌铸造法

这是目前生产颗粒增强铝基、镁基复合材料的最主要方法,已形成年产万吨的生产规模。这种方法工艺简单,生产效率高,成本低,可制造成各种铸锭、板坯、棒坯等供二次加工使用。所制成的复合材料熔体可精密铸造、压铸、砂型铸造成各种复杂形状的零件,也可挤压成各种型材、管材、棒材以及轧制成板材、锻造成零件等,最大铸锭可达数百公斤。用这种方法已生产出各种牌号的颗粒增强铝基复合材料及制品,是目前工业化规模生产颗粒增强铝基复合材料的主要方法。

金属基复合材料的制造方法还在不断改进和发展,高效、低成本、批量生产的方法仍需研究开发,这将关系到金属基复合材料的广泛应用和发展。(www.daowen.com)

6.原位生成法

其内生增强相是通过反应或凝固相变在熔体内自动生成的,增强相不但颗粒细小,表面洁净,而且体系在热力学上比较稳定,无界面反应。因而原位内生颗粒增强金属基复合材料由于具有良好的综合性能而备受国内外学者的关注。然而,是否能生成有应用前景的增强相,要受到反应条件的限制,有一定的局限性。

参考文献

1.张国定,赵昌正.金属基复合材料.上海交通大学出版社,1996

2.李荣久.陶瓷-金属复合材料.冶金工业出版社,1995

3.周美玲,谢建新,朱宝泉.材料工程基础.北京工业大学出版社,2001

思考题

1.简述复合材料的分类。

2.简述金属基复合材料制造的难点及解决的途径。

3.简述一种金属基复合材料制备的工艺方法。

4.简述共喷沉积法的基本原理和应用。