层状金属复合材料的研究.ppt

第三节层状金属复合功能材料 金属复合材料是由两种或两种以上金属经复合而形成的一种新型材料由于其工艺的先进性和材料本身的技术特性 具有以下优点 价格上的优越性良好的综合性能解决了材料可焊性问题具有良好的成形性能及外观质量 部分层状金属复合功能材料 金属复合材料具有良好的综合技术性能及其优越的性价比 广泛应用于电子信息 计算机 汽车 航空航天 医疗设备等领域 中国高新产品目录2006 中也将其作为重点发展的技术产品银金属氧化物 铜 铁 Ago Cu Fe 三层复合材料集合了银金属氧化物优良的导电性能 抗氧化能力和铜良好的物理性能 力学性能 以及铁良好的焊机性能 形成的综合性能 电接触性能和力学性能 优越的功能复合材料 复合金属材料是以贵金属及其合金为复层 以铜 镍 钛 铁等合金为基层 经复合而形成的新材料 主要特点是 把贵金属 钌 金 银 铂 钯 铱 铑 锇 独特的电学化学性能和铜合金等优良的力学性能有机的结合而产生的优异的综合性能 复合优于电镀 不分层 结合牢固 并能节约大量贵金属 层状金属复合材料的制备 金属层状复合材料的加工方法按照材料复合过程中是否施加外力 可分为无压复合与压力复合 若按照复合过程是否需要加热可分为室温复合与高温复合 若按照复合过程中 金属组元的状态不同 又可分为固 固复合 液 固复合 液 液复合等 工业生产中常用的金属层状复合材料的加工技术如下图1所示 其中有些方法如自蔓延 SHS 粉末烧结 喷射沉积等是近年来发展起来的新技术 由于它们受到组元性能 产品性能 生产成本的限制 主要应用于特殊场合 层状金属复合材料加工方法分类 传统制备方法 轧制复合 轧制复合法是借助大的压下量SLN两层或多层金属和合金 依靠原子间金属键的相互吸引力而使组元层结合起来的一种复合技术爆炸复合 通过强大的爆破力作用实现不同金属原子的紧密结合 通过金属键形成牢固的焊接界面 实现基层和复层牢固的冶金结合爆炸加轧制复合 先用爆炸复合制备较厚的复合板坯 再采用热轧或冷轧工艺轧制所需厚度的复合板 制备方法示意图 1 新型制备方法 反向凝固法 反向凝固法利用冷轧或热轧带作为母带以一定的速度从凝固器内的金属液中穿过 金属液在母带表面凝固形成新生相 形成了一定厚度的铸带浇铸复合法 将基板置于盛有金属液的铸模中 液态金属凝固后形成复合板坯 然后对此板坯进行轧制获得复合板液一固相铸轧复合技术 将液态金属连续浇铸在基带上 使液态金属在半凝固状态与固态基带同时进入轧机进行加工变形 以实现基材与复材良好的冶金结合喷射沉积复合技术 向带基上喷射雾状金属液 每个雾化液滴高速率凝固和随后高速固态冷却以及液滴的撞击作用使其形成细的 无宏观偏析 等轴的沉积显微组织 制备方法示意图 2 制备方法示意图 3 复合机理 1 固相压力复合 如爆炸复合 轧制复合 挤压复合等 爆炸复合是通过界面直接粘着区和交替存在的金属熔化薄层 4 5肿 快速凝结起来的 轧制复合 挤压复合 根据粘结能量学 金属原子间的相互吸引 必须克服一定的能量限 当两个金属多晶表面接触并受压时 由于多晶体取向的统计分布性 某些晶体学取向偶然吻合 或由于能量起伏 在高能处突破能量限形成金属键 产生了点结合 此外 固相复合机理的解释 还有再结晶 扩散机制 复合机理 2 扩散复合机理 金属表面在一定温度 压力作用下 接触界面原子互相扩散 形成扩散层连接 界面由固溶体和 或 化合物的反应扩散层构成 熔铸复合机理 通过两种不同熔点金属的先后熔铸或液 固态金属的凝铸而进行接触界面有效润湿后 通过原子扩散和化学反应 形成化合物和固溶体构成的结合界面 应用及发展前景 金属层状复合材料综合了各组元优点 弥补了各自的不足 可改善材料的力学性能 热电性能 磁性 成形性 焊接性 耐腐蚀性等诸多性能 有优异的综合性能 因此复合金属材料广泛应用于电子 电讯 计算机 宇航 家电 石化 机械 轻工 医疗等各行业 对电路的通 闭 传输 显示 能量转化 自动控制方面有举足轻重的作用 复合金属材料是电子信息技术发展的关键材料 属于新材料规划的重点领域 有着强劲的生命力 广阔的应用前景和巨大的发展空间 国内外层状复合材料生产单位及生产方法 1 I 美国主要研究单位 斯坦福大学 加利福尼亚大学 杜邦公司等 主要生产厂家 美国铝业公司 G O C冲心有限公司 耐蚀材料有限公司 杜邦东方不锈钢爆炸的制品公司 美国国家铝业公司 AMETEK公司特种金属产品部 动态材料公司 产品范围 五十多种牌号 生产方法 爆炸复合 轧制复合 2 日本主要研究单位 东京大学 大阪大学 横滨工业大学 大阪工业大学 主要生产厂家 日本钢管 NKK 公司 神户制钢公司 KOBE 旭化成工业公司 新日本制铁公司 NSC 住友金属工业公司 s M 川畸制铁公司 KSC 三菱重工业公司生产方法以轧制法为主 厚板坯复合采用爆炸法 产品范围 以不锈钢和钛 钢复合材为主 国内外层状复合材料生产单位及生产方法 2 3俄罗斯 苏联 主要研究单位 科学院黑色研究院 轻金属研究院 巴顿焊接研究所 莫斯科钢铁学院 伏尔加工学院 新西伯利亚科学院落等 主要生产厂家 KOIlHaPeKm冶金工厂 Ky3He联鬟毽夔金工厂 霹丹诺夫斯克冶金联合企业等生产方法以轧制法为主 产品范围 铝及食金复合 铜 铝复合 铝 不锈钢复合 钛 铝 不锈钢复合等 4中国主要研究单位 西北有色金属研究院 洛阳725所 科学院力学所 国防科大 中南大学 东北大学等 主要的生产厂家 宝鸡有色金属加工厂 西北有色金属研究院 725所 大连造船厂 宣宾复合板厂 太原钢铁公i 武汉钢铁公司 佛山精密电王合金有限公司 重庆仪表厂产品范围 耐蚀复合材 轴瓦复合材 热双金属材 复合板 复合管复合棒 丝 等 生产方法 轧制法 爆炸法 粉末冶金法等 中国金属复合材料现状 我国目前贵金属加工行业呈 金字塔 型分布 国内大多数粗加工企业存在规模小 产品单一 技术储备不足等问题 因而只能生产低端产品 高精度的复合金属材料仍需大量进口 严重制约了我国信息产业的进步 据调查 用于电子 仪表 电器工业的银铜复合材料年需求量约1000