郑州大学复合材料学课件第三章MMC4

1、4.3 MMC制备工艺 根据制备方法的特点，主要把金属基复合根据制备方法的特点，主要把金属基复合材料的制备工艺方法分为四大类：材料的制备工艺方法分为四大类： 固态法；固态法； 液态法；液态法； 喷射与喷涂沉积法；喷射与喷涂沉积法； 原位复合法原位复合法Chapter 3: Metal Matrix CompositeMMC制备工艺的分类（文献）Chapter 3: Metal Matrix Composite固态法固态法 MMC固态制备工艺主要分为固态制备工艺主要分为 扩散结合扩散结合（Diffusion Bonding) 粉末冶金粉末冶金(Powder Metallurgy）Chapter

2、3: Metal Matrix Composite扩散结合（Diffusion Bonding) 扩散结合是一种制造连续纤维增强金属扩散结合是一种制造连续纤维增强金属基复合材料的传统工艺方法，增强纤维与基基复合材料的传统工艺方法，增强纤维与基体的结合分为三个关键步骤：体的结合分为三个关键步骤： 纤维的排布纤维的排布 复合材料的叠合与真空封装复合材料的叠合与真空封装 热压热压Chapter 3: Metal Matrix Composite硼纤维增强铝的扩散结合工艺流程示意图Chapter 3: Metal Matrix CompositeChapter 3: Metal Matrix Comp

3、osite 纤维的排布 其中增强纤维的排布有以下方法：采用有机粘接剂（如聚苯乙烯）；采用有机粘接剂（如聚苯乙烯）；采用带槽的薄板或者箔片，将纤维排布其采用带槽的薄板或者箔片，将纤维排布其中；中；采用等离子喷涂；采用等离子喷涂；将与基体润湿性差的增强纤维预先进行表将与基体润湿性差的增强纤维预先进行表面化学或者物理处理（如炭纤维涂层）面化学或者物理处理（如炭纤维涂层）Chapter 3: Metal Matrix Composite 纤维的排布 采用有机粘接剂采用有机粘接剂Chapter 3: Metal Matrix Composite带槽箔片的纤维排布示意图带槽箔片的纤维排布示意图Chapte

4、r 3: Metal Matrix CompositeChapter 3: Metal Matrix CompositeChapter 3: Metal Matrix Composite 复合材料的叠合与真空封装 叠合叠合：将排布好纤维的幅片（单丝缠绕）或条带：将排布好纤维的幅片（单丝缠绕）或条带预制件经剪裁一定形状，根据要求叠合成一定厚预制件经剪裁一定形状，根据要求叠合成一定厚度；度； 封装封装：防止复合材料在热压中氧化，叠合材料的：防止复合材料在热压中氧化，叠合材料的坯料需要真空封装在金属模套中。注：金属模套坯料需要真空封装在金属模套中。注：金属模套内壁上需以云母类粉末的涂料涂抹，以便热压

5、后内壁上需以云母类粉末的涂料涂抹，以便热压后材料的模套的分离材料的模套的分离Chapter 3: Metal Matrix Composite扩散结合工艺的最关键步骤： 扩散结合工艺的最关键步骤扩散结合工艺的最关键步骤 在真空或者保护气氛中，热压模或者平板进行热在真空或者保护气氛中，热压模或者平板进行热压合；压合； 热压工艺参数控制：热压工艺参数控制：T、P和和t； 热压时，基体金属箔或薄板在压力作用下，发生热压时，基体金属箔或薄板在压力作用下，发生塑性形变，经一定时间和温度的作用扩散而焊合塑性形变，经一定时间和温度的作用扩散而焊合在一起。形成金属基复合材料，热压应有压力下在一起。形成金属基复

6、合材料，热压应有压力下限，如压力不足，金属的塑性变形无法达到与纤限，如压力不足，金属的塑性变形无法达到与纤维的界面，会形成维的界面，会形成“鱼眼鱼眼”形空洞。形空洞。Chapter 3: Metal Matrix CompositeChapter 3: Metal Matrix Composite扩散结合工艺优缺点优点：优点： 在连续纤维增强在连续纤维增强MMC中，是唯一能按复合材料铺层要中，是唯一能按复合材料铺层要 求排布的方法；求排布的方法； 增强纤维与基体的润湿问题容易解决；增强纤维与基体的润湿问题容易解决； 可以通过控制热压工艺参数的方法来控制界面反应。可以通过控制热压工艺参数的方法来

7、控制界面反应。 此外，还可以采用此外，还可以采用热轧和热挤压、接拔热轧和热挤压、接拔的二次工艺进的二次工艺进 行再加工，还可以采用行再加工，还可以采用超塑性加工超塑性加工方式进行成型加工。方式进行成型加工。缺点：缺点： 工艺复杂，手工操作多；工艺复杂，手工操作多； 工艺参数控制要求严格；工艺参数控制要求严格； 成本高。成本高。 Chapter 3: Metal Matrix Composite粉末冶金(Powder Metallurgy） 粉末冶金即可用于连续、长纤维增强，又可用于粉末冶金即可用于连续、长纤维增强，又可用于短纤维、颗粒或者晶须增强的金属基复合材料。短纤维、颗粒或者晶须增强的金属

8、基复合材料。长纤维增强长纤维增强MMC 混装（按百分比将长纤维和金属基混装在真空或者保护混装（按百分比将长纤维和金属基混装在真空或者保护气氛下预烧结热等压加工；纤维的体积百分比一般为气氛下预烧结热等压加工；纤维的体积百分比一般为4050，最多，最多70%。 短纤维、颗粒或者晶须增强短纤维、颗粒或者晶须增强MMC 混合（增强材料和金属基，一般机械混合）封装、除混合（增强材料和金属基，一般机械混合）封装、除气或者冷等静压（气或者冷等静压（CIP）热等静压或热压烧结二次加）热等静压或热压烧结二次加工（热轧、热挤压或热锻）。工（热轧、热挤压或热锻）。 Chapter 3: Metal Matrix C

9、ompositeChapter 3: Metal Matrix Composite粉末冶金工艺优缺点粉末冶金工艺优缺点 优点：优点：热等静压或者烧结温度低于金属熔点，由高温引起的界面热等静压或者烧结温度低于金属熔点，由高温引起的界面反应；少，同时可以反应；少，同时可以 通过控制工艺参数控制界面反通过控制工艺参数控制界面反应；应；纤维和颗粒的含量范围比较大；纤维和颗粒的含量范围比较大；降低了增强材料和基体互相湿润的要求，使颗粒或晶须均降低了增强材料和基体互相湿润的要求，使颗粒或晶须均匀分布；匀分布；热等静压工艺使其组织细化、致密、均匀，一般不会产生热等静压工艺使其组织细化、致密、均匀，一般不会产

10、生偏折、偏聚等缺陷；偏折、偏聚等缺陷；可以通过传统的金属加工方法进行二次加工，可得所需形可以通过传统的金属加工方法进行二次加工，可得所需形状。状。 Chapter 3: Metal Matrix Composite缺点：缺点： 工艺过程复杂，需要制备金属基的粉末，粉末制备复杂工艺过程复杂，需要制备金属基的粉末，粉末制备复杂且且 增加了工艺成本，尤其在制备铝粉时要防止爆炸；增加了工艺成本，尤其在制备铝粉时要防止爆炸； 和扩散结合工艺比较，长纤维增强中纤维分布不够均匀，和扩散结合工艺比较，长纤维增强中纤维分布不够均匀， 因此性能稳定性差，可以通过二次加工改善。因此性能稳定性差，可以通过二次加工改善

11、。Chapter 3: Metal Matrix Composite液态法 液态法亦称为熔铸法，液态法制备液态法亦称为熔铸法，液态法制备MMC的方法，采用这的方法，采用这些方法，金属基体一般处于液态。液态法制备些方法，金属基体一般处于液态。液态法制备MMC的方法主的方法主要有：要有： 压铸压铸（Squeeze Casting） 半固态复合铸造半固态复合铸造（Compo Casting） 液态渗透以及搅拌法液态渗透以及搅拌法 无压渗透法无压渗透法等等 该法是目前制备该法是目前制备颗粒、晶须和短纤维等不连续颗粒、晶须和短纤维等不连续增强金属复增强金属复合材料（如合材料（如DRA）的主要工艺方法。与

12、固态法相比，该法设备）的主要工艺方法。与固态法相比，该法设备简单易行，和传统的金属材料的成型工艺比较相似，如铸造，简单易行，和传统的金属材料的成型工艺比较相似，如铸造，压铸等。由于成本低，目前发展较快，应用较多。压铸等。由于成本低，目前发展较快，应用较多。Chapter 3: Metal Matrix Composite压铸法（Squeeze Casting）Chapter 3: Metal Matrix Composite带增强材料预制体的压铸法 与典型工艺的差别在于倒入模具中的是液态金属基复合材料或者金属基体熔体，而在预热模具中有预先制备好的增强材料（长、短纤维，颗粒或者晶须）的预制件。将

13、熔融金属注入模具并在压力下使之渗入预制件的间隙，在高压下迅速凝固。这种方法也称为模铸（die casting）Chapter 3: Metal Matrix Composite压铸工艺的主要工艺参数：压铸工艺的主要工艺参数： 熔融金属的温度；熔融金属的温度； 模具的预热温度；模具的预热温度； 使用的最大压力、加压速度等。使用的最大压力、加压速度等。压铸法优点压铸法优点 工艺设备简单；工艺设备简单； 复合复合材料的组织致密、无气孔；材料的组织致密、无气孔； 铸件铸件晶粒细化，性能高且稳定；晶粒细化，性能高且稳定； 易于工业化生产，生产效率高，成本低。易于工业化生产，生产效率高，成本低。压铸法应用

14、压铸法应用 主要主要MMC，特别，特别DRA制备，用于制备汽车部件，如制备，用于制备汽车部件，如Saffil/Al、SiCw/Al的汽车活塞及活塞环。的汽车活塞及活塞环。Chapter 3: Metal Matrix Composite半固态复合铸造（Compo Casting） 由美国在上世纪80年代开发的制备MMC的新工艺，主要针对搅拌法中增强材料（颗粒、晶须或短纤维）与金属熔体不易湿润；颗粒等增强材料的密度低，易上浮等缺点而改进的。 工艺方法工艺方法 该工艺将金属熔体加热至半固态；再将颗粒增强材料加入处于半固该工艺将金属熔体加热至半固态；再将颗粒增强材料加入处于半固态的金属熔体中，通过搅

15、拌使颗粒在半固态金属熔体中均匀分布，并取得态的金属熔体中，通过搅拌使颗粒在半固态金属熔体中均匀分布，并取得良好的界面结；然后浇注成型或将半固态复合材料注入模具进行压铸成型。良好的界面结；然后浇注成型或将半固态复合材料注入模具进行压铸成型。 工艺原理工艺原理 将金属熔体的温度控制在液相线与固相线之间，通过搅拌，使部分将金属熔体的温度控制在液相线与固相线之间，通过搅拌，使部分金属熔体中树枝状结晶体破碎成固相颗粒，当加入预热或预处理后的增强金属熔体中树枝状结晶体破碎成固相颗粒，当加入预热或预处理后的增强颗粒时，在搅拌中增强颗粒因这些固相颗粒而受阻，滞留在半固态金属熔颗粒时，在搅拌中增强颗粒因这些固相

16、颗粒而受阻，滞留在半固态金属熔体中，增强颗粒不会结集和偏聚，而得到均匀的分散。体中，增强颗粒不会结集和偏聚，而得到均匀的分散。Chapter 3: Metal Matrix Composite工艺参数控制：工艺参数控制： 金属基熔体温度应金属基熔体温度应使融体达到使融体达到3050固态；固态； 搅拌速度应不产生搅拌速度应不产生涡流以防止空气裹入。涡流以防止空气裹入。 半固态复合铸造主要用半固态复合铸造主要用于颗粒、晶须或短纤维增强于颗粒、晶须或短纤维增强金属基复合材料，其他增强金属基复合材料，其他增强材料不易分散材料不易分散半固态复合铸造工艺示意图半固态复合铸造工艺示意图Chapter 3:

17、Metal Matrix Composite无压渗透（Pressureless infiltration） 该工艺由该工艺由Lanxide 公司开公司开发。发。 工艺方法工艺方法 该工艺是将增强材料制成该工艺是将增强材料制成预制体，放置于烧结氧化铝制预制体，放置于烧结氧化铝制成的托盘之中。再将基体金属成的托盘之中。再将基体金属坯料置于可渗透的增强材料预坯料置于可渗透的增强材料预制体上部。整个设备放置在一制体上部。整个设备放置在一可通流动氮气的加热炉中。通可通流动氮气的加热炉中。通过加热，基体金属熔化，并且过加热，基体金属熔化，并且自发渗透入状增强材料预制体自发渗透入状增强材料预制体中。中。 L

18、anxide 无压渗透工艺原理示意图无压渗透工艺原理示意图Chapter 3: Metal Matrix Composite 工艺特点：工艺特点： 成本低，强度低，刚度和硬度显著高于基体金属，材料的成本低，强度低，刚度和硬度显著高于基体金属，材料的CTE低，耐磨性好，可得到接近零件形状（预制体）的坯料，低，耐磨性好，可得到接近零件形状（预制体）的坯料，减少机加工。减少机加工。 应用应用 制作汽车喷油咀或制动器部件。制作汽车喷油咀或制动器部件。Chapter 3: Metal Matrix Composite其他液态法 早期液态法还有采用毛细管上升法，压力渗透和真空吸铸，早期液态法还有采用毛细管

19、上升法，压力渗透和真空吸铸，以及搅拌法等方法来制备以及搅拌法等方法来制备MMC。这些方法尽管不成功，但对。这些方法尽管不成功，但对MMC的液态制备的其它方法有启发作用，或作为其它液态法的液态制备的其它方法有启发作用，或作为其它液态法的制备的制备MMC前一步工艺步骤。前一步工艺步骤。Chapter 3: Metal Matrix Composite喷射与喷涂沉积法 等离子喷涂（等离子喷涂（plasma sprayplasma spray） 等离子喷涂法是利用等离子体高温加热金属基体粉末，等离子喷涂法是利用等离子体高温加热金属基体粉末，将其喷涂到基板上，形成将其喷涂到基板上，形成MMCMMC。等离

20、子喷涂有多种方法，如：。等离子喷涂有多种方法，如： 低压等离子沉积低压等离子沉积（Low pressure plasma depositionLow pressure plasma deposition） 等离子涂覆等离子涂覆（Plasma coatingPlasma coating） 喷射共沉积喷射共沉积（OsprayOspray） 利用喷射金属熔体，将金属雾化成液滴，并与增强材料利用喷射金属熔体，将金属雾化成液滴，并与增强材料（多数为颗粒增强材料）均匀结合，共同沉积成各种形状的（多数为颗粒增强材料）均匀结合，共同沉积成各种形状的MMCMMC材料或材料或MMCMMC铸件。铸件。Chapter

21、 3: Metal Matrix Composite低压等离子沉积（LPPD） 利用利用LPPD法可以制备含有不同体积含量增强材料，以及不同基体，法可以制备含有不同体积含量增强材料，以及不同基体，不同分布相结合的层状不同分布相结合的层状MMC。金属粉末或增强材料的粉末在等离子体。金属粉末或增强材料的粉末在等离子体高温高温下熔化（或熔融），并分别在沉积基板上迅速固化，固化（凝固）速度下熔化（或熔融），并分别在沉积基板上迅速固化，固化（凝固）速度可可达达105106 K/sec。这种方法制备的。这种方法制备的MMC主要是利用其比模量和耐高温性主要是利用其比模量和耐高温性能，能，层间强度稍差。层间强

22、度稍差。Chapter 3: Metal Matrix Composite 等离子涂覆 这种方法常用于扩散结合制备这种方法常用于扩散结合制备MMC的前步工序，即利的前步工序，即利用用等离子涂覆制备扩散结合法所用的连续纤维增强的等离子涂覆制备扩散结合法所用的连续纤维增强的MMC的的薄薄板。板。Chapter 3: Metal Matrix Composite 喷射共沉积 喷射共沉积法是上世纪喷射共沉积法是上世纪80年代逐渐成熟的将粉末冶金中基年代逐渐成熟的将粉末冶金中基体与增强材料的粉末（此法基体为液滴）混合与凝固相结合的体与增强材料的粉末（此法基体为液滴）混合与凝固相结合的液态法新工艺。液态法

23、新工艺。 工艺步骤工艺步骤 金属基体熔炼；金属基体熔炼； 雾化雾化 通过压力雾化器，将金属熔体在惰性气体压力下分散成通过压力雾化器，将金属熔体在惰性气体压力下分散成 细小的液滴，形成细小的液滴，形成“雾化锥雾化锥”； 颗粒增强材料（惰性气体）喷射；颗粒增强材料（惰性气体）喷射； 金属液滴与增强材料颗粒混合；金属液滴与增强材料颗粒混合； 沉积成型沉积成型 金属液滴与增强材料颗粒一起共同喷射沉积在铸型或基板上；最后金属液滴与增强材料颗粒一起共同喷射沉积在铸型或基板上；最后 沉积成所需形状的沉积成所需形状的MMC铸件或铸锭。据报道已沉积的铸件重达铸件或铸锭。据报道已沉积的铸件重达250kg。Chap

24、ter 3: Metal Matrix Composite 工艺装置Chapter 3: Metal Matrix Composite 工艺特点 与其它与其它MMC制备方法相比，具有如下特点：制备方法相比，具有如下特点： 铸件组织致密，孔隙率低；铸件组织致密，孔隙率低； 沉积的复合材料的密度可达理论密度的沉积的复合材料的密度可达理论密度的9598。 组织细化；组织细化； 属快速凝固方法，凝固速度可达属快速凝固方法，凝固速度可达105106 K/sec，组织细化，消除了宏观，组织细化，消除了宏观偏析，合金成分均匀，铸件性能优良。偏析，合金成分均匀，铸件性能优良。 无界面反应产物无界面反应产物 因

25、凝固快，几乎没有界面反应时间。因凝固快，几乎没有界面反应时间。 可适用多种金属基体；可适用多种金属基体； 可制备合金钢、可制备合金钢、Al、高温合金等。、高温合金等。 适用多种铸件形状适用多种铸件形状 可根据收集器可根据收集器 形状直接制备形状直接制备MMC盘、棒、管、板等。单铸件达盘、棒、管、板等。单铸件达250kg。 工艺流程短，工序简单，喷射效率高，有利于实现工业化生产。工艺流程短，工序简单，喷射效率高，有利于实现工业化生产。 但雾化成本高（惰性气体），沉积速度较低。但雾化成本高（惰性气体），沉积速度较低。Chapter 3: Metal Matrix Composite原位复合法 前面

26、介绍的前面介绍的MMC制备方法中往往存在基体与增强材料相制备方法中往往存在基体与增强材料相容容性问题，即性问题，即 润湿性问题；润湿性问题； 界面反应问题。界面反应问题。 如果增强材料可以直接从金属基体中反应直接生成（原位如果增强材料可以直接从金属基体中反应直接生成（原位生成），则可以解决这些问题。原位复合法（生成），则可以解决这些问题。原位复合法（In situ）特点：）特点： 在基体中可以直接生成（原位）的增强相；在基体中可以直接生成（原位）的增强相； 和基体界面接触良好，不存在润湿性；和基体界面接触良好，不存在润湿性； 生成相的热力学稳定性好，不存在界面反应。生成相的热力学稳定性好，不存

27、在界面反应。Chapter 3: Metal Matrix Composite 原位复合或者原位增强方法目前主要有三种：原位复合或者原位增强方法目前主要有三种：共晶合金定向凝固法共晶合金定向凝固法直接金属氧化法（直接金属氧化法（DIMOXTM）反应生成法反应生成法（XDTM）Chapter 3: Metal Matrix Composite定向凝固共晶合金 该法由单晶和定向凝固该法由单晶和定向凝固制备方法衍生而来，要求合制备方法衍生而来，要求合金成分为金成分为共晶或接近共晶成共晶或接近共晶成分分，开始二元合金，后扩展，开始二元合金，后扩展为三元单变度共晶，以及有为三元单变度共晶，以及有包晶或偏

28、晶反应的两相结合。包晶或偏晶反应的两相结合。 二元合金定向凝固时，二元合金定向凝固时，参与共晶反应的参与共晶反应的和和两相两相同时从液相中平稳生成同时从液相中平稳生成，其，其中一相以棒状（纤维状）或中一相以棒状（纤维状）或者层片状规则排列生成，如者层片状规则排列生成，如右图所示：右图所示：定向凝固共晶合金两相平稳生长示意图定向凝固共晶合金两相平稳生长示意图Chapter 3: Metal Matrix Composite定向凝固的条件 共晶体共晶体应为应为nf / nfnf / nf ( (非小面相非小面相) )或或f(f(小面相小面相)/nf)/nf 共晶体分为三类：共晶体分为三类：nf/n

29、fnf/nf，f/nff/nf，f/ff/f nf nf（non faceted phasesnon faceted phases）：具有原子级粗糙的液固相界面，以结）：具有原子级粗糙的液固相界面，以结 晶学完全各向同性进行凝固的相，多为金属相或金属间化合物，如晶学完全各向同性进行凝固的相，多为金属相或金属间化合物，如NiNi、CrCr、W W、 NiAlNiAl和和NiNi3 3AlAl等。等。 f(faceted phases):f(faceted phases):具有原子级光滑的液固相界面，以择优结晶具有原子级光滑的液固相界面，以择优结晶学生长方向进行凝固的相，多为非金属相，如碳化物学生

30、长方向进行凝固的相，多为非金属相，如碳化物TiCTiC、TaCTaC、NbCNbC或或一些金属间化合物相。一些金属间化合物相。 定向凝固共晶体应选择定向凝固共晶体应选择nf/nfnf/nf和和f/nff/nf类共晶体类共晶体 Chapter 3: Metal Matrix Composite 定向凝固的条件定向凝固的条件 两相的成核与生长要协调进行，要达到平面两相的成核与生长要协调进行，要达到平面稳定凝固。稳定凝固。 Chapter 3: Metal Matrix Composite定向凝固的条件 满足平面稳定凝固条件满足平面稳定凝固条件 二元共晶材料的平面凝固条件是：二元共晶材料的平面凝固条

31、件是： 其中，其中，GL为液相温度梯度为液相温度梯度，VI为凝固速度，为凝固速度，mL为液相线斜为液相线斜 率率，CE为共晶成分，为共晶成分，C0合金成分，合金成分，DL为溶质在液相中的扩为溶质在液相中的扩散系数。散系数。 有一定的温度梯度（有一定的温度梯度（GL）Chapter 3: Metal Matrix Composite定向凝固组织的形态不同凝固速度的定向凝固不同凝固速度的定向凝固TaCf/Ni复合材料组织图，复合材料组织图，（其中为了方便观察（其中为了方便观察TaC纤维而蚀刻掉纤维而蚀刻掉Ni合金基体）合金基体）Chapter 3: Metal Matrix Composite 定

32、向凝固的方法 Bridgman-StockbargerBridgman-Stockbarger method( method(布里奇曼布里奇曼- -斯托克布斯托克布格尔法格尔法) )； 区域熔炼法；区域熔炼法； CzockralskiCzockralski method( method(丘克拉斯基法丘克拉斯基法) )； 连续浇铸法；连续浇铸法； 精密铸造法精密铸造法 Chapter 3: Metal Matrix CompositeChapter 3: Metal Matrix Composite 精密铸造法精密铸造法 精密铸造也称为熔模（腊模）铸造。精密铸造也称为熔模（腊模）铸造。定向凝固的

33、方法Chapter 3: Metal Matrix Composite 精密铸造法精密铸造法 精密铸造定向凝固法就是共晶熔体冷却时，使熔体热量精密铸造定向凝固法就是共晶熔体冷却时，使熔体热量向一个方向冷却凝固（单向传热），创造一定的温度梯度向一个方向冷却凝固（单向传热），创造一定的温度梯度使共晶熔体保持平面凝固。在航空发动机叶片定向凝固制使共晶熔体保持平面凝固。在航空发动机叶片定向凝固制备时，如何提高备时，如何提高G GL L，以提高以提高V VI I是提高生产效率的关键。有许是提高生产效率的关键。有许多方法，如多方法，如Chapter 3: Metal Matrix Composite精密铸

34、造法Chapter 3: Metal Matrix Composite有关“定向凝固共晶复合材料”感兴趣的同学可以参看1.M.麦克莱恩，麦克莱恩，“定向凝固高温材料定向凝固高温材料”，航空，航空工业出版社，工业出版社，1989.3，北京，北京2.K.G.克雷德，克雷德，“金属基复合材料金属基复合材料”，国防工，国防工业出版社，业出版社，1982.10，北京，北京3.W.库兹库兹,P.R.萨姆，萨姆，“定向凝固共晶材料定向凝固共晶材料”，冶金工业出版社，冶金工业出版社，1989.11，北京，北京Chapter 3: Metal Matrix Composite直接金属氧化法（ DIMOXTM）

35、DIMOXTM是Lanxid公司开发的原位复合制备MMC方法。采用这种方法可以制备颗粒、纤维增强的含有少量金属相的MMC、CMC。DIMOXTM分为： 唯一基体法 预制体成型法 反应法 Chapter 3: Metal Matrix Composite唯一基体法（Matrix-Only method） 唯一基体法的特点是原材料中没有填充物（增强材料预唯一基体法的特点是原材料中没有填充物（增强材料预成型体）和增强相，只是通过基体金属氧化和氮化来获取成型体）和增强相，只是通过基体金属氧化和氮化来获取复合材料。例如制备复合材料。例如制备Al2O3/Al，则可以通过铝液的氧化获，则可以通过铝液的氧化获

36、取取Al2O3增强相或通过氮化获取增强相或通过氮化获取AlN/Al。 DIMOXTM工艺中，将工艺中，将Al液熔化温度提高到液熔化温度提高到9001330， Al液氧化时，液态的液氧化时，液态的Al可以通过渗透通道渗透到氧化膜外，可以通过渗透通道渗透到氧化膜外，形成顺序氧化。可以通过形成顺序氧化。可以通过Al液氧化程度来控制复合材料中液氧化程度来控制复合材料中Al的含量，如这一氧化过程在的含量，如这一氧化过程在Al液完全氧化前停止时，在液完全氧化前停止时，在氧化铝中含有一定量的残余氧化铝中含有一定量的残余Al液，冷却后可制备含液，冷却后可制备含530volAl的的Al2O3网络的网络的Al2O

37、3/Al复合材料。复合材料。 通过唯一基体通过唯一基体DIMOXTM工艺，除可以直接氧化外，还工艺，除可以直接氧化外，还可以直接氮化、通过此工艺还可以获得可以直接氮化、通过此工艺还可以获得lN/Al,ZrN/Al,TiN/Ti等金属基或陶瓷基复合材料。如可得等金属基或陶瓷基复合材料。如可得到基体为到基体为Al2O3Al），增强相），增强相AlN、B4C、SiC、ZrN、TiN、TiB等复合材料。等复合材料。Chapter 3: Metal Matrix Composite 预制体成型法 预制体成型法预制体成型法DIMOXTM工艺工艺原理如右图所示。原理如右图所示。 可将纤维预先制成预成型体，可

38、将纤维预先制成预成型体，金属熔体可以渗透进预制体的孔金属熔体可以渗透进预制体的孔隙内，金属基体熔体可以如唯一隙内，金属基体熔体可以如唯一基体法通过渗透的氧或者氮顺序基体法通过渗透的氧或者氮顺序氧（氮）化形成陶瓷网络基体，氧（氮）化形成陶瓷网络基体，并且与剩余金属熔体一起组成复并且与剩余金属熔体一起组成复合材料基体。如制备合材料基体。如制备SiCf/Al2O3/ Al 组织图如下组织图如下：DIMOXTM 法制备法制备SiCf/Al2O3/Al工艺原理图工艺原理图Chapter 3: Metal Matrix Composite DIMOXTM 法制备法制备 SiCr/Al2O3/Al材料的组织材料的组织Chapter 3: Metal Matrix Composite 反应法 利用利用DIMOXTM工艺，在基体熔体中工艺，在基体熔体中加入按计算得出的部加入按计算得出的部分，碳化物，可通过分，碳化物，可通过熔体与添加物的反应，