SHS制備復合材料

㈠ 目前金屬基復合材料的制備工藝主要有哪些

（一）粉末冶金復合法
粉末冶金復合法基本原理與常規的粉末冶金法相同，包括燒結成形法、燒結制坯加塑法加工成形法等適合於分散強化型復合材料（顆粒強化或纖維強化型復合材料）的制備與成型。粉末冶金復合法的工藝主要優點是：基體金屬或合金的成分可自由選擇，基體金屬與強化顆粒之間不易發生反應；可自由選擇強化顆粒的種類、尺寸，還可多種顆粒強化；強化顆粒添加量的范圍大；較容易實現顆粒均勻化。缺點是：工藝復雜，成本高；製品形狀、尺寸受限制；微細強化顆粒的均勻分散困難；顆粒與基體的界面不如鑄造復合材料等。
（二）鑄造凝固成型法
鑄造凝固成型法是在基體金屬處於熔融狀態下進行復合。主要方法有攪拌鑄造法、液相滲和法和共噴射沉積法等。鑄造凝固成型鑄造復合材料具有工藝簡單化、製品質量好等特點，工業應用較廣泛。
1、原生鑄造復合法
原生鑄造復合法（也稱液相接觸反應合成技術Liquid Contact Reaction：LCR）是將生產強化顆粒的原料加到熔融基體金屬中，利用高溫下的化學反應強化相，然後通過澆鑄成形。這種工藝的特點是顆粒與基體材料之間的結合狀態良好，顆粒細小（0.25～1.5μm），均勻彌散，含量可高達40%，故能獲得高性能復合材料。常用的元素粉末有鈦、碳、硼等，化合物粉末有Al2O3、TiO2、B2O3等。該方法可用於制備A1基、Mg基、Cu基、Ti基、Fe基、Ni基復合材料，強化相可以是硼化物、碳化物、氮化物等。
2、攪拌鑄造法
攪拌鑄造法也稱摻和鑄造法等，是在熔化金屬中加入陶瓷顆粒，經均勻攪拌後澆入鑄模中獲得製品或二次加工坯料，此法易於實現能大批量生成，成本較低。該方法在鋁基復合材料的制備方面應用較廣，但其主要缺點是基體金屬與強化顆粒的組合受限制。原因有兩方面：①強化顆粒與熔體基本金屬之間容易產生化學反應；②強化顆粒不易均勻分散在鋁合金一類的合金熔體中，這是由於陶瓷顆粒與鋁合金的潤滑性較差，另一個問題是陶瓷顆粒容易與溶質原子一起在枝晶間產生偏析。
3、半固態復合鑄造法
半固態復合鑄造法是從半固態鑄造法發展而來的。通常金屬凝固時，初生晶以枝晶方式長大，固相率達0.2%左右時枝晶就形成連續網路骨架，失去宏觀流動性。如果在液態金屬從液相到固相冷卻過程中進行強烈攪拌則使樹枝晶網路骨架被打碎而保留分散的顆粒狀組織形態，懸浮於剩餘液相中，這種顆粒狀非枝晶的微組織在固相率達0.5%～0.6%仍具有一定的流變性。液固相共存的半固態合金因具有流變性，可以進行流變鑄造；半固態漿液同時具有觸變性，可將流變鑄錠重新加熱到固、液相變點軟化，由於壓鑄時澆口處及型壁的剪切作用，可恢復流變性而充滿鑄型。強化顆粒或短纖維強化材料加入到受強烈攪拌的半固態合金中，由於半固態漿液球狀碎晶粒對添加顆粒的分散和捕捉作用，既防止顆粒的凝聚和偏析，又使顆粒在漿液中均勻分布，改善了潤濕性並促進界面的結合。
4、含浸凝固法（MI技術）
含浸凝固法是一種將預先制備的含有較高孔隙率的強化相成形體含浸於熔融基體金屬之中，讓基體金屬浸透預成型體後，使其凝固以制備復合材料的方法。有加壓含浸和非加壓含浸兩種方法。含浸法適合於強化相與熔融基體金屬之間潤濕性很差的復合材料的制備。強化相含量可高達30%～80%；強化相與熔融金屬之間的反應得到抑止，不易產生偏折。但用顆粒作強化相時，預成形體的制備較困難，通常採用晶須、短纖維制備預成形體。熔體金屬不易浸透至預成形體的內部，大尺寸復合材料的制備較困難。
5、離心鑄造法
廣泛應用於空心件鑄造成形的離心鑄造法，可以通過兩次鑄造成型法成形雙金屬層狀復合材料，此方法簡單，具有成本低、鑄件緻密度高等優點，但是界面質量不易控制，難以形成連續長尺寸的復合材料。
6、加壓凝固鑄造法
該法是將金屬液澆注鑄型後，加壓使金屬液在壓力下凝固。金屬從液態到凝固均處於高壓下，故能充分浸滲，補縮並防止產生氣孔，得到緻密鑄件。鑄、鍛相結合的方法又稱擠壓鑄造、液態模鍛、鍛鑄法等。加壓凝固鑄造法可制備較復雜的MMCs零件，亦可局部增強。由於復合材料易在熔融狀態下壓力復合，故結合十分牢固，可獲得力學性能很高的零件。這種高溫下製成的復合坯，二次成型比較方便，可進行各種熱處理，達到對材料的多種要求。
7、熱浸鍍與反向凝固法
熱浸鍍與反向凝固法都是用來制備連續長尺寸包覆材料的方法。熱浸鍍主要用於線材的連續鍍層，主要控制通過鍍層區的長度和芯線通過該區的速度等。反向凝固法是利用薄帶作為母帶，以一定的拉速穿過反向凝固器，由於母帶的速度遠遠低於熔融金屬的速度，在母帶的表面附近形成足夠大的過冷度，熔融金屬以母帶表面開始凝固生長，配置在反向凝固器上方的一對軋輥，同時起到拉坯平整和焊合的作用。
8、真空鑄造法
真空鑄造法是先將連續纖維纏繞在繞線機上，用聚甲丙烯酸等能分解的有機高分子化合物方法製成半固化帶，把預成型體放入鑄型中，加熱到500℃使有機高分子分解。鑄型的一端浸入基體金屬液，另一端抽真空，將金屬液吸入型腔浸透纖維。
（三）噴射成形法
噴射成形又稱噴射沉積（Spray Forming），是用惰性氣體將金屬霧化成微小的液滴，並使之向一定方向噴射，在噴射途中與另一路由惰性氣體送出的增強微細顆粒會合，共同噴射沉積在有水冷襯底的平台上，凝固成復合材料。凝固的過程比較復雜，與金屬的霧化情況、沉積凝固條件或增強體的送入角有關，過早凝固不能復合，過遲的凝固則使增強體發生上浮下沉而分布不勻。這種方法的優點是工藝快速，金屬大范圍偏析和晶粒粗化可以得到抑制，避免復合材料發生界面反應，增強體分布均勻。缺點是出現原材料被氣流帶走和沉積在效應器壁上等現象而損失較大，還有復合材料氣孔率以及容易出現的疏鬆。利用噴射成形原理制備工藝有添加法（inert spray form-ing）和反應法（reactive spray forming）兩種。Osprey Metals研究的Osprey工藝是噴射成形法的代表，其強化顆粒與熔融金屬接觸時間短，界面反應得以有效抑制。反應噴射沉積法是使強化陶瓷顆粒在金屬霧或基體中自動生成的方法。
（四）疊層復合法
疊層復合法是先將不同金屬板用擴散結合方法復合，然後採用離子濺射或分子束外延方法交替地將不同金屬或金屬與陶瓷薄層疊合在一起構成金屬基復合材料。這種復合材料性能很好，但工藝復雜難以實用化。目前這種材料的應用尚不廣泛，過去主要少量應用或試用於航空、航天及其它軍用設備上，現在正努力向民用方向轉移，特別是在汽車工業上有很好的發展前景。
（五）原位生成復合法
原位生成復合法也稱反應合成技術，金屬基復合材料的反應合成法是指藉助化學反應，在一定條件下在基體金屬內原位生成一種或幾種熱力學穩定的增強相的一種復合方法。這種增強相一般為具有高硬度、高彈性模量和高溫強度的陶瓷顆粒，即氧化物、碳化物、氯化物、硼化物、甚至硅化物，它們往往與傳統的金屬材料，如Al、Mg、Ti、Fe、Cu等金屬及其合金，或（NiTi）（、AlTi）等金屬間化合物復合，從而得到具有優良性能的結構材料或功能材料。
金屬基復合材料的原位復合工藝基本上能克服其它工藝中常出現的一系列問題，如基體與增強體浸潤不良、界面反應產生脆性、增強體分布不均勻、對微小的（亞微米和納米級）增強體極難進行復合等。它作為一種具有突破性的新工藝方法而受到普遍的重視，其中包括直接氧化法、自蔓延法和原位共晶生長法等。
1、直接氧化（DIMON）法
直接氧化法是由氧化性氣體在一定工藝條件下使金屬合金液直接氧化形成復合材料。通常直接氧化法的溫度比較高，添加適量的合金元素如Mg、Si等，可使反應速度加快。這類復合材料的強度、韌性取決於形成粒子的狀態和最終顯微組織形態。由於形成的增強體可以通過合金化及其反應熱力學進行判斷，因此可以通過合金化、爐內氣氛的控制來製得不同類型增強體的復合材料。
2、放熱彌散（XD）法
放熱彌散復合技術（Exothermic Dispersion）的基本原理是將增強相反應物料與金屬基粉末按一定的比例均勻混合，冷壓或熱壓成型，製成坯塊，以一定的加熱速率加熱，在一定的溫度下（通常是高於基體的熔點而低於增強相的熔點）保溫，使增強相各組分之間進行放熱化學反應，生成增強相。增強相尺寸細小，呈彌散分布。XD技術具有很多優點：①可合成的增強相種類多，包括硼化物、碳化物、硅化物等；②增強相粒子的體積百分比可以通過控制增強相組分物料的比例和含量加以控制；③增強相粒子的大小可以通過調節加熱溫度加以控制；④可以制備各種MMC；⑤由於反應是在融熔狀態下進行，可以進一步近終形成型。XD技術是合成顆粒增強金屬基及金屬間化合物基復合材料的最有效的工藝之一。但用XD工藝製成的產品存在著較大孔隙度的問題，目前一般採用在反應過程中直接壓實來提高緻密度。
3、 SHS-鑄滲法
SHS-鑄滲法是將金屬基復合材料的自蔓延高溫合成技術（Self-Propagating High Temperature Synthesis）和液態鑄造法結合起來的一種新技術，包括增強顆粒的原位合成和鑄造成型兩個過程。當前，SHS-鑄滲法是有競爭力的反應合成工藝之一，但過程式控制制非常困難。其典型工藝為：利用合金熔體的高溫引燃鑄型中的固體SHS系，通過控制反應物和生成物的位置，在鑄件表面形成復合塗層，它可使SHS材料合成與緻密化、鑄件的成形與表面塗層的制備同時完成。
4、反應噴射沉積技術（RSD）
反應噴射沉積工藝（Reactive Spray Deposition）生成陶瓷顆粒的反應有氣—液反應、液—液反應、固—液反應和加鹽反應等多種類型。它綜合了快速凝固及粉末冶金的優點，並克服了噴射共沉積工藝中存在的如顆粒與基體接近機械結合、增強相體積分數不能太高等缺點，成為目前金屬基復合材料研究的重要方向之一。反應噴射沉積工藝過程為：金屬液被霧化前噴入高活性的固體顆粒發生液固反應，導致噴入的顆粒在霧化過程中溶解並與基體中的一種或多種元素反應形成穩定的彌散相，控制噴霧的冷卻速率以及隨後坯件的冷卻速率可以控制彌散相的尺寸。

㈡ 自蔓延高溫合成的自蔓延合高溫成工藝

常規SHS技術是用瞬間的高溫脈沖來局部點燃反應混合物壓坯體，隨後燃燒波以蔓延的形式傳播而合成目的產物的技術。這一技術適用於具有較高放熱量的材料體系，例如：TiC-TiB2、TiC-SiC、TiB2-Al2O3、Si3N4-SiC等體系。其特點是設備簡單、能耗低、工藝過程快、反應溫度高。
熱爆SHS技術是將反應混合物壓坯整體同時快速加熱，使合成反應在整個坯體內同時發生的技術。採用這一技術已制備出的材料主要有各種金屬間化合物、含有較多金屬相的金屬陶瓷復合材料以及具有低放熱量的陶瓷復合材料。 SHS燒結法或稱SHS自燒結法，即直接完成所需形狀和尺寸的材料或物件的合成與燒結，是將粉末或壓坯在真空或一定氣氛中直接點燃，不加外載，憑自身反應放熱進行燒結和緻密化。該工藝簡單，易於操作，但反應過程中不可避免會有氣體溢出，難以完全緻密化。即使有液相存在，空隙率也會高達7%-13%。
SHS燒結可採用以下3種方式進行：
（1）在空氣中燃燒合成；
（2）將經過預先熱處理的混合粉末放在真空反應器內進行合成；
（3）在充有反應氣體的高壓反應容器內進行合成。 前面提到普通的SHS技術適用於獲得疏鬆多孔的材料或粉末，為了進一步提高材料的密實度，發展了多種自蔓延高溫合成材料的合成與緻密化同時進行的一體化技術。
常用的SHS緻密化技術可歸納為3類：
液相緻密化技術、SHS粉末燒結緻密化技術、SHS結合壓力緻密化技術。 SHS焊接是利用SHS反應的放熱及其產物來焊接的技術。應用燃燒合成技術，將壓製成形的粉末置於被焊材料之間，利用粉末體燃燒合成的高溫反應熱及合成產物作為填充材料，在壓力作用下實現被焊材料之間的連接。加壓的目的是為了獲得緻密性高的焊接接頭。
SHS焊接有三個過程：點火、加壓、保溫。

㈢ 氣氛對自蔓延法制備功能材料的影響

自蔓延高溫合成法自蔓延高溫合成法（self-prepagating high-temprature synthesis，以下簡稱SHS）作為制備金屬回-陶瓷復合材料的新方法答起源於20世紀80 年代，目前在梯度材料制備中應用非常廣泛。它是利用本身的化學反應熱使材料固結的一種方法，其基礎是組元之間的化學反應為放熱反應，形成燃燒波能使化學反應自發地維持下去

㈣ 梯度功能材料的制備方法

1.1自蔓延高溫合成法
自蔓延高溫合成法（self-prepagating high-temprature synthesis，以下簡稱SHS）作為制備金屬-陶瓷復合材料的新方法起源於20世紀80 年代，目前在梯度材料制備中應用非常廣泛。它是利用本身的化學反應熱使材料固結的一種方法，
其基礎是組元之間的化學反應為放熱反應，形成燃燒波能使化學反應自發地維持下去。該法具有制備過程簡單、反應迅速且能耗少、產品純度高、反應轉化率高等優點，但是，利用SHS法制備金屬- 陶瓷復合材料也存在合成產物孔隙率大以及反應過程速度快、溫度高，致使陶瓷相的大小和形貌難以控制等不足，如果在材料制備過程中同時施加壓力，則可以得到高密度的燃燒產品。李益民等人分別採用無壓SHS 法及爆炸固結+SHS兩種方法制備了完整的Al2O3系梯度材料。結果表明，用無壓SHS法制備的FGM緻密度比較低，只有82%，而且材料各個方向收縮率不同，軸向收縮較多，徑向收縮不均勻；而採用爆炸
固結+SHS 法制備的FMG的緻密度達到94%，製品完整無裂紋。
1.2激光加熱合成法
激光是一種受激輻射的特殊光源，經聚焦後可以達到極高的功率密度。20世紀90年代初期，日本學者結成正弘等開創附加溫度激光掃描燒結PSZ－Mo系梯度材料的新方法，將激光加工技術引入梯度材料的研究，探討梯度材料常規燒結技術即爐內恆溫燒結法難以解決的不同成分梯度層的燒結溫度差異和收縮量差異的重大難題，展示了激光加熱源溫度梯度燒結無污染、高效率等優點。目前激光在梯度材料制備中的應用還比較少，李克平等人採用激光加熱制備了Al2O3系FGM，這是國內首例使用激光加熱法燒結梯度材料粉末坯體。
1.3乾式噴塗+溫度梯度燒結法
A.OTSUKA]等利用該法在Ti基體上制備了Ti/Al2O3梯度塗層。其主要工藝過程是先將一定混合比的,Ti與Al2O3混合粉末放入等離子氣體室中，利用高頻射流使原料粉末變成超細粒子，然後冷卻，使其轉化成氣溶膠狀態噴塗在Ti基體上，通過控制喂料過程中Ti/Al2O3比例的連續變化，得到Ti/Al2O3梯度塗層，然後將所得塗層連同基體一起放入自製的特殊燒結爐中，利用溫度梯度燒結。為了控制燒結過程中基體與塗層間收縮率差異，制備過程中在Ti 基體中加入5%左右的Ti-或Zr-的氫化物，使二者收縮達到一致，最終得到了與基體結合良好的緻密的Ti/Al2O3梯度塗層。該工藝中運用超細顆粒可以降低製品的燒結溫度，得到的梯度塗層結晶細小、良好，使塗層的性能大大提高，但實驗過程比較復雜，設備要求高。
1.4顆粒共沉降制備工藝探索
可見，上述Ti/Al2O3系梯度材料現有制備工藝各有利弊，而且都不適合制備大體積以及特異形狀的梯度材料。因此，要加快該體系梯度材料的實用化進程，就必須對現有工藝進行改進或者探索材料制備新工藝。對於金屬—陶瓷梯度材料來說，即要充分發揮其優越的耐熱性能，同時又要大大緩和熱應力，就必須使所得梯度材料的成分和組織在厚度方向上盡可能連續變化，以最大限度地緩和熱應力。為達到這一要求，作者目前正在探索利用共沉降法制備Ti/Al2O3系梯度材料。
共沉降法制備梯度材料是近年發展起來的一種材料制備新技術，其理論基礎就是stokes定律．
球形顆粒在重力作用下的沉降速度與顆粒的大小與密度有關。可以推論，在一定條件下，同種粉末沉降時，顆粒大的沉降快；不同種粉末共沉降時，顆粒度大的，密度大的沉降快。因而，對於給定的2種粉末，通過調整沉降參數和選擇合適的粉末特性，就可以控制2種粉末的沉降行為，制備出組分連續分布的梯度材料。利用該方法制備FGM具有設備簡單、操作簡便、得到的梯度材料成分漸變性更好等許多特點。共沉降法已經成為梯度功能材料領域的一個重要發展方向，到目前為止，在其理論研究，如沉降模型的建立以及實驗研究等方面已取得了較大進展，利用該法制備Ti/Al2O3系梯度材料既有理論基礎又有實踐優勢．
1.5 氣相沉積法
通過兩種氣相物質在反應器中均勻混合，在一定條件下發生化學反應，使生成的固相物質在基板上沉積以制備FGM。
然而，材料制備工藝的選取以及制備過程中各項參數的確定都不是隨意的，必須建立在對復合體系特性的全面了解和對材料制備工藝、結構形成與性能三者之間關系的深入研究基礎之上。
Ti/Al2O3系梯度功能材料是一種具有優良性能及廣闊應用前景的超高溫耐熱材料。目前，對其制備技術及Ti與Al2O3之間的潤濕性、界面反應情況有了較多的研究，但是對其界面反應的評價體系、界面反應對潤濕性及材料宏觀性能的影響，界面反應模型的建立及2相材料同時燒結緻密化等方面還缺乏研究，只有對體系界面反應、潤濕性的特點和燒結緻密化機理等進行全面的認識、研究，才能開發出適宜的制備技術，並通過採用相應的措施控制其顯微組織，改善材料的宏觀性能，推進Ti/Al2O3系梯度功能材料的實用化進程。
2.2.1干法
周靜等人報道了採用等離子噴塗法獲得合金基復合梯度潤滑塗層。採用梯度化結構使得塗層與基體的結合力明顯地提高。
蔡建平等人報道了採用等離子噴塗羥基磷灰石塗層，指出此塗層設計成梯度功能塗層是解決塗層與基體熱應力的行之有效的方法之一。目前已在鈦合金（Ti6Al14V）基體上成功地制備了等離子噴塗羥基磷灰石梯度功能塗層，在生物醫學上得到應用。
2.2.2濕法
電沉積法屬於濕法。此方法具有以下優點：1.不需要高溫、高壓、高真空，因而生產設備簡單、投資較少，易操作。2.用電流作還原劑工藝條件易控制，易按梯度化要求進行調整。鍍層的組成和結構能有效地控制。從文獻的報道可知：用電沉積法可以獲得Zn－Fe等梯度功能鍍層。有用單一的鍍Zn－Fe鍍液，通過改變電流密度和鍍液流速來改變鍍層中的Fe的含量，形成梯度鍍層。有的是通過改變各鍍槽間的鍍液組成和鍍液的流速來連續地改變鍍層的組成獲得Zn－Ni 合金梯度鍍層。

㈤ 陶瓷粉里有有機物能用sps燒結嗎

SPS----Spark Plasma Sintering 的簡稱，中文 放電等離子燒結

放電等離子燒結 (SPS)簡介

放電等離子燒結 (SPS)是一種快速、低溫、節能、環保的材料制備新技術，可用來制備金屬、陶瓷、納米材料、非晶材料、復合材料、梯度材料等。
目前，國內外用SPS制備新材料的研究主要集中在：陶瓷、金屬陶瓷、金屬間化合物，復合材料納米材料和功能材料等方面。其中研究最多的是功能材料，它包括熱電材料、磁性材料，功能梯度材料，復合功能材料和納米功能材料等。對SPS制備非晶合金、形狀記憶合金、金剛石等也作了嘗試，取得了較好的結果。
隨著高新技術產業的發展，新型材料特別是新型功能材料的種類和需求量不斷增加，材料新的功能呼喚新的制備技術。放電等離子燒結(Spark Plasma Sintering，簡稱SPS)是制備功能材料的一種全新技術，它具有升溫速度快、燒結時間短、組織結構可控、節能環保等鮮明特點，可用來制備金屬材料、陶瓷材料、復合材料，也可用來制備納米塊體材料、非晶塊體材料、梯度材料等。
SPS是利用放電等離子體進行燒結的。等離子體是物質在高溫或特定激勵下的一種物質狀態，是除固態、液態和氣態以外，物質的第四種狀態。等離子體是電離氣體，由大量正負帶電粒子和中性粒子組成，並表現出集體行為的一種准中性氣體
產生等離子體的方法包括加熱、放電和光激勵等。放電產生的等離子體包括直流放電、射頻放電和微波放電等離子體。SPS利用的是直流放電等離子體。
SPS裝置主要包括：軸向壓力裝置；水冷沖頭電極；真空腔體；氣氛控制系統(真空、氬氣)；直流脈沖電源及冷卻水、位移測量、溫度測量和安全裝置等控制單元。
SPS與熱壓(HP)有相似之處，但加熱方式完全不同，它是一種利用通-斷直流脈沖電流直接通電燒結的加壓燒結法。通-斷式直流脈沖電流的主要作用是產生放電等離子體、放電沖擊壓力、焦耳熱和電場擴散作用。SPS燒結時脈沖電流通過粉末顆粒。在SPS燒結過程中，電極通入直流脈沖電流時瞬間產生的放電等離子體，使燒結體內部各個顆粒均勻地自身產生焦耳熱並使顆粒表面活化。與自身加熱反應合成法(SHS)和微波燒結法類似，SPS是有效利用粉末內部的自身發熱作用而進行燒結的。這種放電直接加熱法，熱效率極高，放電點的彌散分布能夠實現均勻加熱，因而容易制備出均質、緻密、高質量的燒結體。SPS燒結過程可以看作是顆粒放電、導電加熱和加壓綜合作用的結果。除加熱和加壓這兩個促進燒結的因素外，在SPS技術中，顆粒間的有效放電可產生局部高溫，可以使表面局部熔化、表面物質剝落；高溫等離子的濺射和放電沖擊清除了粉末顆粒表面雜質(如去除表層氧化物等)和吸附的氣體。電場的作用是加快擴散過程。
SPS的工藝優勢十分明顯：加熱均勻，升溫速度快，燒結溫度低，燒結時間短，生產效率高，產品組織細小均勻，能保持原材料的自然狀態，可以得到高緻密度的材料，可以燒結梯度材料以及復雜工件等。與HP和HIP相比，SPS裝置操作簡單、不需要專門的熟練技術。

㈥ 請教SHS和CHS,HEM是哪國哪種鋼材

SHS是高溫自蔓延合成技術HEM是自高能球磨法都是象樓上說的制備和加工復合材料時用到的.是鋼號標准只類的估計可能性不大!

㈦ 怎樣將兩種金屬粉末進行內外復合模壓成型，要怎樣裝模

金屬基復合材料的制備技術班級： 班級：材料 085 學號： 學號：09024431 姓名： 姓名：李培 前言： 前言：金屬基復合材料是以金屬或合金為基體，並以纖維、晶須、顆粒等為增強 體的復合材料。其特點在力學方面為橫向及剪切強度較高，韌性及疲勞等綜合力 學性能較好，同時還具有導熱、導電、耐磨、熱膨脹系數小、阻尼性好、不吸濕、 不老化和無污染等優點。金屬基復合材料除了和樹脂基復合材料同樣具有高強 度、高彈性率外，它能耐高溫，同時不易燃、不吸潮、導熱導電性好、抗輻射， 是令人注目的復合材料。 關鍵字：金屬基復合材料 1. 金屬基復合材料的分類 金屬基復合材料按組織形態可分為宏觀組合型和微觀強化型兩類；根據復合 材料基體不同可分為鋼基、 鐵基、 鋁基、 鎂基復合材料等； 按增強相形態的 不同可分為顆粒增強復合材料、 晶須或短纖維增強金屬復合材料及連續纖維增強 金屬基復合材料。 2.金屬基復合材料的特點 （1）優點：高比強度和高比模量，耐高溫性好，導電導熱，熱膨脹系數小，尺 寸穩定性好，耐磨性與阻尼性好，不吸濕、不老化、無放氣污染 。 （2）缺點：製造困難，難於形成理想的界面，加工困難，價格昂貴。 3.金屬基復合材料的制備技術 由於金屬材料熔點較高，同時不少金屬對增強體表面潤濕性很差加上金屬原 子在高溫狀態下很活潑，易與多種增強體發生反應，所以金屬基復合材料的復合 工藝比較復雜和困難，這也是金屬基復合材料的發展受到制約的主要原因。 3.1 噴射成形法 噴射成形又稱噴射沉積 （ Spray Forming） ， 是用惰性氣體將金屬霧化成 微小的液滴， 並使之向一定方向噴射， 在噴射途中與另一路由惰性氣體送出的 分類 特點 制備技術 增強微細顆粒會合， 共同噴射沉積在有水冷襯底的平台上， 凝固成復合材料。 凝固的過程比較復雜， 與金屬的霧化情況、 沉積凝固條件或增強體的送入角有 關， 過早凝固不能復合， 過遲的凝固則使增強體發生上浮下沉而分布不勻，這 種方法的優點是工藝快速，金屬大范圍偏析和晶粒粗化可以得到抑制， 避免復 合材料發生界面反應， 增強體分布均勻。缺點是出現原材料被氣流帶走和沉積 在效應器壁上等現象而損失較大， 還有復合材料氣孔率以及容易出現的疏鬆。 利用噴 射成 形原 理制 備工藝 有添 加法 （ inert spray form-ing） 和反 應 法 （ reactive spray forming） 兩種。Osprey Metals 研究的 Osprey 工藝是噴射成形 法的代表， 其強化顆粒與熔融金屬接觸時間短， 界面反應得以有效抑制。反應 噴射沉積法是使強化陶瓷顆粒在金屬霧或基體中自動生成的方法。Lawly 等人[9] 採用含氧 5%～ 12%的氮氣， 將 Fe- Al 〔 ω （ Al） =2%〕 熔霧合金霧化， 使其生成 Al2O3 獲得非常細小的 Al2O3 彌散強化鐵基復合材料的預成型體。 3.2 鑄造凝固成型法 鑄造凝固成型法是在基體金屬處於熔融狀態下進行復合。 主要方法有攪拌鑄 造法、 液相滲和法和共噴射沉積法等。鑄造凝固成型鑄造復合材料具有工藝簡 單化、 製品質量好等特點， 工業應用較廣泛。 3.2.1 原生鑄造復合法 原生鑄造復合法 （ 也稱液相接觸反應合成技術 Liquid Contact Reaction： LCR）是將生產強化顆粒的原料加到熔融基體金屬中， 利用高溫下的化學反應 強化相， 然後通過澆鑄成形。如 TiB 強化鋁基復合材料原生復合法的化學反應 式 2B+Ti+Al→TiB2+Al。這種工藝的特點是顆粒與基體材料之間的結合狀態良 好，顆粒細小 （ 0.25～1.5?m） 均勻彌散， 含量可高達 40%， 故能獲得高 性能復合材料。常用的元素粉末有鈦、碳、硼等，化合物粉末有 Al2O3、 TiO2、 B2O3 等。該方法可用於制備 A1 基、 Mg 基、 Cu 基、 Ti 基、 Fe 基、 Ni 基 復合材料。強化相可以是硼化物、 碳化物、 氮化物等。 近年來，哈爾濱工業大學從事接觸反應法制備復合材料的研究工作[4]， 已成 功制備了 Al- Si /TiC、 Al- Cu /TiC 和 Al/TiB2 復合材料， 其機械性能優異。 3.2.2 攪拌鑄造法 攪拌鑄造法也稱摻和鑄造法等。是在熔化金屬中加入陶瓷顆粒，經均勻攪拌 後澆入鑄模中獲得製品或二次加工坯料， 此法易於實現能大批量生成， 成本較 低。該方法在鋁基復合材料的制備方面應用較廣，但其主要缺點是基體金屬與強 化顆粒的組合受限制。 3.2.3 半固態復合鑄造法 半固態復合鑄造法是從半固態鑄造法發展而來的。通常金屬凝固時，初生晶 以枝晶方式長大，固相率達 0.2%左右時枝晶就形成連續網路骨架， 失去宏觀流 動性。 如果在液態金屬從液相到固相冷卻過程中進行強烈攪拌則使樹枝晶網路骨 架被打碎而保留分散的顆粒狀組織形態， 懸浮於剩餘液相中， 這種顆粒狀非枝 晶的微組織在固相率達 0.5%～ 0.6%仍具有一定的流變性。液固相共存的半固 態合金因具有流變性， 可以進行流變鑄造； 半固態漿液同時具有觸變性， 可 將流變鑄錠重新加熱到固、 液相變點軟化， 由於壓鑄時澆口處及型壁的剪切作 用， 可恢復流變性而充滿鑄型。強化顆粒或短纖維強化材料加入到受強烈攪拌 的半固態合金中，由於半固態漿液球狀碎晶粒對添加顆粒的分散和捕捉作用，既 防止顆粒的凝聚和偏析， 又使顆粒在漿液中均勻分布， 改善了潤濕性並促進界 面的結合。[8] 3.2.4 含浸凝固法 （ M I 技術） 含浸凝固法是一種將預先制備的含有較高孔隙率的強化相成形體含浸於熔融 基體金屬之中，讓基體金屬浸透預成型體後， 使其凝固以制備復合材料的方法。 有加壓含浸和非加壓含浸兩種方法。 含浸法適合於強化相與熔融基體金屬之間潤 濕性很差的復合材料的制備。強化相含量可高達 30%～ 80%； 強化相與熔融 金屬之間的反應得到抑止， 不易產生偏折。但用顆粒作強化相時， 預成形體的 制備較困難， 通常採用晶須、 短纖維制備預成形體。熔體金屬不易浸透至預成 形體的內部，大尺寸復合材料的制備較困難。 近幾年來，含浸凝固技術有了新的發展，美國 Lanxide 公司利用高溫下金屬 Zr 熔體與 BC4 預成型體之間的定向反應制備出了 Zr-ZrC-Zr 復合材料，並已 在工程上得到應用[7]，Breslin 等人採用 Al 浸漬 SiO2 的預成型體， 制備出了 Al2O3-A1 （ Si） 復合材料， 這種材料中的兩相互相穿插、 連續， 並具有某 些特殊的性能被稱為 C4 材料。該技術可以制備各種大小部件，強化相的體積比 可達 60%， 工藝較簡單， 原料成本低。 3.3 粉末冶金復合法 粉末冶金復合法基本原理與常規的粉末冶金法相同， 包括燒結成形法、 燒 結制坯加塑法加工成形法等。適合於分散強化型復合材料 （ 顆粒強化或纖維強 化型復合材料） 的制備與成型。 該方法在鋁基復合材料的制備方面應用較廣， 但其主要缺點是基體金屬與強化顆粒的組合受限制。 粉末冶金復合法的工藝主要 優點是：基體金屬或合金的成分可自由選擇，基體金屬與強化顆粒之間不易發生 反應； 可自由選擇強化顆粒的種類、 尺寸， 還可多種顆粒強化； 強化顆粒添 加量的范圍大； 較容易實現顆粒均勻化。但缺點是： 工藝復雜， 成本高； 制 品形狀、 尺寸受限制；微細強化顆粒的均勻分散困難；顆粒與基體的界面不如 鑄造復合材料等。 3.4 原位生成復合法 原位生成復合法也稱反應合成技術[1]， 最早出現於 1967 年前用 SHS 法合成 TiB2 /Cu 功能梯度材料的研究中[2]。 金屬基復合材料的反應合成法是指藉助化 學反應， 在一定條件下在基體金屬內原位生成一種或幾種熱力學穩定的增強相的 一種復合方法。 這種增強相一般為具有高硬度、高彈性模量和高溫強度的陶瓷 顆粒， 即氧化物、 碳化物、氯化物、 硼化物、 甚至硅化物， 它們往往與傳 統的金屬材料， 如 Al、 Mg、 Ti、 Fe、 Cu 等金屬及其合金， 或 （ NiTi） 、 （ AlTi） 等金屬間化合物復合，從而得到具有優良性能的結構材料或功能材料 [3] 。 3.4.1 直接氧化 （ DIMON） 法 直接氧化法是由氧化性氣體在一定工藝條件下使金屬合金液直接氧化形成復 合材料。通常直接氧化法的溫度比較高， 添加適量的合金元素如 Mg、 Si 等， 可使反應速度加快。 這類復合材料的強度、 韌性取決於形成粒子的狀態和最終 顯微組織形態。 由於形成的增強體可以通過合金化及其反應熱力學進行判斷， 因 此可以通過合金化、 爐內氣氛的控制來製得不同類型增強體的復合材料。 3.4.2 放熱彌散 （ XD） 法 放熱彌散復合技術 （ Exothermic Dispersion） 的基本原理是將增強相反應 物料與金屬基粉末按一定的比例均勻混合， 冷壓或熱壓成型， 製成坯塊， 以 一定的加熱速率加熱， 在一定的溫度下 （ 通常是高於基體的熔點而低於增強 相的熔點）保溫，使增強相各組分之間進行放熱化學反應， 生成增強相。增強 相尺寸細小， 呈彌散分布。 3.4.3 SHS-鑄滲法 SHS-鑄滲法[3] 是將金屬基復合材料的自蔓延高溫合成技術 （ Self- Propagating High Temperature Synthesis） 和液態鑄造法結合起來的一種新技術，包括增強顆 粒的原位合成和鑄造成型二個過程。當前， SHS-鑄滲法是有競爭力的反應合成 工藝之一， 但過程式控制制非常困難。 其典型工藝為：利用合金熔體的高溫引燃鑄型中的固體 SHS 系， 通過控制 反應物和生成物的位置， 在鑄件表面形成復合塗層， 它可使 SHS 材料合成與 緻密化、 鑄件的成形與表面塗層的制備同時完成。潘復生[6]等人將 SHS 技術和 鑄滲工藝相結合，制備了顆粒增強的鐵基復合材料塗層。在這種工藝中， SHS 過程使基體產生一定數量的增強顆粒， 而隨後的熔鑄過程則利用高溫金屬液的 流動，對 SHS 過程中易產生的孔隙進行充填，因此兩個過程的綜合作用下獲得 較為緻密的復合材料。 3.4.4 反應噴射沉積技術 （ RSD） 反應噴射沉積工藝 （ Reactive Spray Deposition） 生成陶瓷顆粒的反應有氣 -液反應、 液-液反應、 固-液反應和加鹽反應等多種類型。它綜合了快速凝固 及粉末冶金的優點， 並克服了噴射共沉積工藝中存在的如顆粒與基體接近機械結 合、 增強相體積分數不能太高等缺點， 成為目前金屬基復合材料研究的重要方 向之一。 反應噴射沉積工藝過程為：金屬液被霧化前噴入高活性的固體顆粒發生液固 反應， 導致噴入的顆粒在霧化過程中溶解並與基體中的一種或多種元素反應形成 穩定的彌散相， 控制噴霧的冷卻速率以及隨後坯件的冷卻速率可以控制彌散相的 尺寸。楊濱等人[5]採用液相接觸反應合成技術進行反應合成，然後再進行後續的 霧化噴射沉積成形步驟， 成功地開發出了一種熔鑄-原位反應噴射沉積成形顆粒 增強金屬基復合材料制備新技術。制備出 TiC/Al- 20Si- 5Fe 復合材料。 3.5 疊層復合法 疊層復合法是先將不同金屬板用擴散結合方法復合，然後採用離子濺射或分 子束外延方法交替地將不同金屬或金屬與陶瓷薄層疊合在一起構成金屬基復合 材料。這種復合材料性能很好， 但工藝復雜難以實用化。目前這種材料的應用 尚不廣泛，過去主要少量應用或試用於航空、 航天及其它軍用設備上， 現在正 努力向民用方向轉移， 特別是在汽車工業上有很好的發展前景。 4.結束語 [3] 目前， 我國金屬基復合材料的研究、 制備技術與國外先進水平仍有較大 的差距， 許多問題還有待進一步解決，如基礎性研究落後、制備技術及工藝的 工業化應用能力差、 製品質量不穩定、 價格高等。 隨著現代高科技的迅猛發展， 金屬基復合材料已經並將繼續大量取代傳統材料， 在各個領域發揮更重要的積 極作用。 為此， 我們應大力加強復合材料理論、 制備技術和應用的研究， 加 快科研成果轉化生產應用的進程。 參考文獻〕 〔 參考文獻〕 1995， 〔 1〕 程秀蘭， 潘復生.金屬復合材料的反應合成技術 〔 J〕 .材料導報， (5):61- 66. 〔 2 〕 吳人潔.金屬基復合材料的現狀與展望 〔 J〕 .金屬學報， 1997， 33(1):78- 82. 〔 3〕 湯愛濤， 汪凌雲， 潘復生.金屬基復合材料固/液反應制備技術的研究 進展 〔 J〕 .重慶大學學報， 2004， 27 （ 11） : 151- 156. 〔 4〕 陳子勇， 陳玉勇， 安閣英.金屬基復合材料的熔體直接反應合成工藝 〔 J〕 .材料導報， 1997， 11(2):62- 63. 〔 5〕 楊濱， 王鋒， 黃贊軍， 等.噴射沉積成形顆粒增強金屬基復合材料制 備技術的發展 〔 J〕 .材料導報， 2001， 15(3):4- 6. 〔 6〕 潘復生， 張靜， 陳萬志， 丁培道.SHS-鑄滲法制備鐵基復合材料塗層 〔 J〕 .材料研究學報， 1997， (11):165- 166. 〔 7 〕 BRESLIN M C，RINCNALDA J. A1umina/aluminum co- coHtinu-ous ceramic composite (c4) materials Prouced by solid/1iquid disPlacement reactions:Processing kinetics and cicrostructures 〔 J〕 .Ceram.Eng.Sci.Proc.， 1994， 15(7- 8):104. 〔 8〕 於春田.纖維增強金屬的製法及特徵 〔 J〕 .鑄造， 1995， (7):36- 39. 〔 9〕 魯雲， 馬鳴圖， 潘復生.先進復合材料 〔 M〕 .北京:機械工業出版 社， 2003. （ 編輯 黃 荻）

㈧ 復合材料翻譯 就一句話 3q

包含5%體積分數TiC的塊體Ti/Ti3AlC2復合材料通過加壓SHS（自蔓延高溫合成）制備。

㈨ 放電等離子燒結的SPS在材料制備中的應用

放電等離子燒結技術發展概況
放電等離子燒結技術,其歷史可以追溯到20世紀30年代,當時美國科學家就提出了脈沖電流燒結原理。到了1965年,脈沖電流燒結技術才在美、日等國得到應用。1968年日本獲得了
專利,但未能解決該技術存在的生產效率低等問題,並沒有得到推廣應用。在當時該技術被稱為電火花燒結技術。1979年我國鋼鐵研究總院高一平等自主開發研製了國內第一台電火花燒結機,用以批量生產金屬陶瓷模具,產生了顯著的社會經濟效益,並出版了《電火花燒結技術》一書。1988年日本研製出第一台工業型SPS裝置,並推廣應用於新材料研究領域。1990年以
後,日本推出了可用於工業生產的SPS第三代產品,具有10～100t的燒結壓力和5000～ 8000A的脈沖電流。最近又研製出壓力達到500t、脈沖電流為25000A的大型SPS裝置。
由於SPS技術具有快速、低溫、高效率等優點,近幾年國內外許多大學和科研機構都相繼配備了SPS燒結系統,並利用SPS進行新材料的研究和開發。1998年瑞典購進SPS燒結系
統,對碳化物、氧化物、生物陶瓷等材料進行了較多的研究工作。我國從2000年起,武漢理工大學、北京工業大學、清華大學、北京科技大學、中科院上海硅酸鹽所等單位也相繼引進了日本製造的SPS設備,開展了用SPS技術制備新材料的研究工作,主要用來燒結納米材料和陶瓷材料。SPS作為一種材料制備的全新技術,已引起了國內外材料學界的特別關注。