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原位合成法

原位合成法是一种最近发展起来制备复合材料的新方法。基本原理是不同元素或化合物之间在一定条件下发生化学反应,而在金属基体内生成一种或几种陶瓷相颗粒,以达到改善单一金属合金性能的目的。通过这种方法制备的复合材料,增强体是在金属基体内形核、自发长大,因此,增强体表面无污染,基体和增强体的相溶性良好,界面结合强度较高。同时,不像其它复合材料,省去了繁琐的增强体预处理工序,简化了制备工艺。

原位反应制备金属基复合材料是在一定条件下,依靠合金成分设计, 在合金体系内发生化学反应生成一种或几种高硬度、高弹性模量的陶瓷或金属间化合物增强体, 而达到增强基体目的的工艺方法。

固一液反应法是目前研究较广的一种复合工艺。一般是将反应物粉末与金属熔体混合,使加入粉末与金属熔体成分反应或自行分解,生成难熔的高硬度质点,均匀分散在基体中,形成复合材料。该复合工艺的特点是成本较低,反应材料种类较多,复合后的材料组织细密。

固相间原子扩散来完成,通常温度较低,增强相的长大倾向较小,有利于获得超细增强相,但是该工艺效率较低。属于此方法的复合工艺有自蔓延高温合成法(sHS)、xDTM法、接触反应法、混合盐反应法和机械合金化(MA)法等。

①自蔓延高温合成法(SHS)

SHS法是指生成热足够高的材料通过起燃后燃烧波的自蔓延使反应物转变成产物的方法。该法是由前苏联的Merzhanov等人于1967年提出的,这种方法的主要优点是反应合成所需要的能量由自身产生(节能),产品纯度高(高温下低沸点杂质挥发掉),以及反应速度快、产量高等,因此具有非常大的吸引力。目前主要用于反应合成陶瓷、金属间化合物及金属间化合物基复合材料。

②XDlM法

XDTM法(Exothermical Dispersion Technique)也叫放热弥散法,该方法是在SHS法的基础上改进而来的,1983年由美国的Martin Marietta实验室首先提出的。其基本原理是将预期构成增强材料的两种组分的粉末与金属基体粉末混合均匀并压实除气后,将压坯快速加热到金属基体熔点以上的温度,使它们之间发生反应,生成粒径小于1nm、均匀分布的弥散颗粒,反应放出的热量可以使反应继续下去。

这样,在金属基体熔体的介质中,两固态反应元素相互扩散、接触并不断反应析出稳定的增强相,然后再将熔体进行铸造,挤压成形。

3触反应法

接触反应法(MCR)是在综合了SHS法和XDTM法优点的基础上,发展起来的又一制造原位MMCs的方法。该方法的基本原理是将反应元素粉末按一定比例混匀,并制成预制块,然后用钟罩等工具将预制块压入一定温度的金属液中,在金属液的高温作用下,预制块中的元素发生化学反应,生成所需的增强相,搅拌后浇注成形。

④混合盐反应法

该法是英国London Scandinarian Metallurgical公司的专利技术。它是将含有Ti和B的盐类(如KBF4和K2TiF6)混合后,加入到高温的金属熔体中,在高温作用下,所加盐中的Ti和B就会被金属还原出来而在金属熔体中反应形成TiB2增强粒子,扒去不必要的副产品,浇注冷却后即获得了原位TiB2增强的金属基复合材料。

⑤机械合金化(MA)

机械合金化(MechanicalAIloying)是一种固态粉末处理工艺,采用该方法可用来制备陶瓷粒子增强金属基复合材料。这种方法是在1970年由Benjamin首先提出的。其基本原理是将所需粉末置于高能球磨机中球磨,球磨过程中粉末反复受到强烈塑性变形、冷焊和破碎,并形成尺寸较为平均的颗粒,然后将此粉末真空脱气,热压或冷处理固结成形。


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