金属基复合材料重点

1、. .第一章1.内生增强的金属基复合材料具有如下特点第5页：1增强体是从金属基体中原位形核、长大的热力学稳定相，因此，增强体外表无污染，防止了与基体相容性不良的问题，且界面结合强度高。2通过合理选择反响元素或化合物的类型、成分及其反响性，可有效地控制原位生成增强体的种类、大小、分布和数量。3省去了增强体单独合成、处理和参加等工序，因此，其工艺简单，本钱较低。4从液态金属基体汇总原位形成增强体的工艺，可用铸造方法制备形状复杂、尺寸较大的近净成形构件。5在保证材料具有较好的韧性和高温性能的同时，可较大幅度地提高材料的强度和弹性模量。第二章1.增强体的作用第8页增强体是金属基复合材料的重要组成局部，

2、它起着提高金属基体的强度、模量、耐热性、耐磨性等性能的作用。2.选择增强体的主要考虑因素5个原那么 展开1力学性能：杨氏模量和塑性强度；2物理性能：密度和热扩散系数；3几何特性：形貌和尺寸；4物理化学相容性；5本钱因素。第三章3.分析论述金属基复合材料的可设计性为什么复合材料具有可设计性1复合材料是由增强体、基体、界面三局部组成。2基体和增强体材料是可以选择的，比方增强体的大小、形貌、分布等都会造成所制备复合材料性能的不同。同时，金属基体的组分比例也将影响复合材料表现出的宏观性能。3界面的设计：4此外，选择不同的制备工艺和成型工艺也会影响复合材料性能。5设计者可以根据外部环境的变化与要求来设计

3、具有不同特性与性能的复合材料，以满足工程实际对高性能复合材料及构造的要求。6复合材料在弹性模量、线膨胀系数和材料强度等方面具有明显的各向异性性质，可以根据不同方向上对刚度和强度等性能的特殊要求来设计复合材料及构造。7复合材料的不均匀也是其显著特点。复合材料的几何非线性及物理非线性也是要特殊考虑的。8复合材料具有不同层次上的宏观、细观和微观构造，因此可以采用力学理论和数值分析手段对其进展设计。9复合材料设计涉及多个变量的优化及多层次设计的选择。复合材料设计问题要求确定增强体的几何特征、基体材料和增强体的微观构造，以及增强体的体积分数。复合材料的设计主要包含功能设计、构造设计和工艺设计复合材料设计

4、的根本步骤：.选择基体的原那么第29页：金属基复合材料的使用要求金属基复合材料组成的特点基体金属与增强物的相容性4.功能复合材料调整优值的途径第38页：1调整复合度2调整联接方式3调整对称性4调整尺度5调整周期性.复合效应包括第39页：什么是乘积效应乘积效应、系统效应、诱导效应和共扼效应5.热膨胀系数以及表达公式第54页定义：表征材料受热时线度或体积变化程度。表达公式:线膨胀系数：体膨胀系数：式中，L为材料的线度，T为材料的热力学温度，V为材料的体积。第四章1.金属基复合材料制备方法分类第60页固态法：固态法是在基体金属处于固态情况下，与增强材料混合组成新的复合材料的方法。其中包括粉末冶金法、

5、热压法、热等静压法、轧制法、挤压和拉拔法、爆炸焊接法等。液态法：液态法是在基体金属处于熔融状态下，与增强材料混合组成新的复合材料的方法。其中包括：真空压力浸渍法、挤压铸造法、搅拌铸造法、液态金属浸渍法、共喷沉积法、热喷涂法等。外表复合法：新型制造方法包括：原位自生成法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、化学镀和电镀法及复合镀法等。6.制备技术应具备的条件60页(1) 使增强材料均匀地分布金属基体中，满足复合材料构造和强度要求;(2) 能使复合材料界面效应、混杂效应或复合效应充分发挥;(3) 能够充分发挥增强材料对基体金属的增强、增韧效果; (4) 设备投资少，工艺简单易行，可操作性强；便于实现批

6、量或规模生产;(5) 能制造出接近最终产品的形状，尺寸和构造，减少或防止后加工工序.7.金属基复合材料制造的关键性技术及解决方法第61页与成形对照1)加工温度高，在高温下易发生不利的化学反响;解决方法：尽量缩短高温加工时间，使增强材料与基体界面反响降低至最低程度；通过提高工作压力使增强材料与基体浸润速度加快；采用扩散粘接法可有效地控制温度并缩短时间。2)增强材料与基体浸润性差;解决方法：参加合金元素，优化基体组分，改善基体对增强材料的浸润性；对增强材料进展外表处理，涂敷一层可抑制界面反响的涂层。3)增强材料在基体中的分布。解决方法：对增强体进展适当的外表处理，使其浸渍基体速度加快；参加适当的合

7、金元素改善基体的分散性；施加适当的压力，使其分散性增大。施加外场(磁场,超声场等)8.热压和热等静压技术根本原理第62页热压法和热等静压法亦称扩散粘接法，是加压焊接的一种，因此有时也称扩散焊接法。它是在较长时间的高温及不大的塑性变形作用下依靠接触部位原子间的相互扩散进展的。扩散粘接过程可分为三个阶段：粘接外表之间的最初接触，由于加热和加压使外表发生变形、移动、外表膜通常是氧化膜破坏；随着时间的进展发生界面扩散和体扩散，使接触面粘接；由于热扩散结合界面最终消失，粘接过程完成。影响扩散粘接过程的主要参数：温度、压力和一定温度及压力下维持的时间，其中温度和气氛最为重要.9. 热轧机的工作原理热轧系统

8、根本流程为：铝锭熔炼炉静置炉过滤铸嘴轧机中间机组卷取机热轧区：液态金属到达铸造区时，由于轧辊带走局部热量。使得金属液体冷却，形成液固两相共存区域，到达变形区时，全部形成固体金属。10.液态金属搅拌铸造技术的特点、技术问题第67页特点：工艺简单，制造本钱低廉。存在问题：一是为了提高增强效果要求参加尺寸细小的颗粒，1030m之间的颗粒与金属熔体的润湿性差，不易进入和均匀分散在金属熔体中，易产生团聚；二是强烈的搅拌容易造成金属熔体的氧化和大量吸入空气。因此必须采取有效的措施来改善金属熔体对颗粒的润湿性，防止金属的氧化和吸气等。本卷须知及措施：（1） 在金属熔体中添加合金元素. 合金元素可以降低金属熔

9、体的外表X力。（2） 颗粒外表处理. 比较简单有效的方法是将颗粒进展高温热处理，使有害物质在高温下挥发脱除。（3） 复合过程的气氛控制由于液态金属氧化生成的氧化膜阻止金属与颗粒的混合和润湿，吸入的气体又会造成大量的气孔，严重影响复合材料的质量，因此要采用真空、惰性气体保护来防止金属熔体的氧化和吸气。（4） 有效的机械搅拌。强烈的搅动可使液态金属以高的剪切速度流过颗粒外表，能有效改善金属与颗粒之间的润湿性，促进颗粒在液态金属中的均匀分布。11.共喷沉积技术第71页工艺过程：基体金属熔化、液态金属雾化、颗粒参加及与金属雾化流的混合、沉积和凝固等工序。主要工艺参数有：熔融金属温度，惰性气体压力、流量

10、、速度，颗粒参加速度、沉积底板温度等。特点：适用面广；生产工艺简单、效率高；冷却速度快；颗粒分布均匀；复合材料中的气孔率较大颗粒参加方式：a) 通过插管直接将增强颗粒吹到雾化锥中。b) 粒子由顶部倒流管注入的方式c) 颗粒强制喷入金属熔滴雾化锥内冷喷涂工艺的原理是：每种金属均有其特定的、与温度相关的临界颗粒速度，当颗粒运动超过这一速度时即会焊接于镀件之上。热喷涂工艺原理热喷涂技术是把某种固体材料加热到熔融或半熔融状态并高速喷射到基体外表上形成具有希望性能的膜层,从而到达对基体外表改质目的的外表处理技术。12.原位自生成技术72页，尤其是熔体直接反响法第80页方程式问题、熔体直接反响法的特点、工

11、艺过程、问题熔体直接反响法：实例：熔体原位反响合成(Al3Zr+Al2O3)铝基复合材料操作步骤：实验前将Zr(CO3)2粉末，放入电烘箱中升温至250，保温3小时，充分去除水分，然后冷却、研磨，经过70目标准筛筛分，得到粒度<0.25mm的粉末添加料。在电阻炉中将A356合金熔化，加热至起始反响温度850，精炼，静置10min后分别、分批用钟罩将上述粉末添加料压入A356熔液，并用石墨棒搅拌，使之与Al液发生反响，同时用便携式温度测试仪连续测定反响过程熔体温度的变化，反响过程中分阶段用石英玻璃管提取熔体进展水淬试验。待反响完毕后用熔剂精炼、除气、除渣，并静置1020min后，待温度降至

12、720左右扒渣后浇入铜模中，制得铸态内生颗粒增强A356基复合材料。反响方程式：Zr(CO3)2ZrO2+2CO2 3ZrO2+4Al(l)3Zr+2Al2O3 Zr+3Al(l)Al3Zr 3Zr(CO3)2+13Al(l)6CO2+3Al3Zr+2Al2O3 特点：(1)该工艺以现有的铝合金熔炼工艺为根底，在熔体中直接形成增强颗粒，并且可以直接铸造成各种形状的复合材料铸件； (2)增强体颗粒大小和分布易于控制，并且其数量可在较大范围内调整； (3)该工艺可同时获得高强度、高韧性的复合材料。但目前要用该方法制备的复合材料主要集中在Al-Ti-B系，但该体系存在反响温度高，生成相形态不易控制和

13、基体变质“毒化等问题，而对其它体系涉及甚少。只能生产颗粒体积分数较小的材料，假设体积分数过大，那么粘度过大，扩散不开，反响不完全。制备工艺过程(根本原理):将含有增强相颗粒形成元素的固体颗粒或粉末在某一温度下加到熔融的铝合金外表，然后搅拌使反响充分进展，从而制备内生颗粒增强的复合材料。第五章13.铸造成形的技术问题以及如何解决第86页（1） 增强颗粒与金属熔体的润湿性解决方法：1 增强颗粒外表涂层2 金属基体中参加某些合金元素3 用某些盐对增强颗粒进展预处理4 对增强颗粒进展超声清洗或预热处理（2） 增强颗粒分布均匀性解决方法：调整提高金属熔体粘度，减小增强颗粒的粒径。通常金属熔体的黏度是通过

14、添加合金元素来提高的，但粘度增大会导致复合材料存在气体及夹杂物不易排出的问题。（3） 增强颗粒与基体金属的界面构造解决方法：选择适宜的增强颗粒与金属基体组合，是保证界面结合良好的重要途径。（4） PRMMC 的凝固过程研究复合材料凝固过程中颗粒被生长界面推移的距离，对分析颗粒分布的均匀性更为合理。14.超塑性的定义以及超塑性变形过程中组织变化的特点95页超塑性又分为组织超塑性、相变超塑性和其他超塑性。1组织超塑性：又称细晶超塑性或恒温超塑性。指材料晶粒通过细化、超细化和等轴化，在变形期间保持稳定，在一定变形温度区间T>0.5Tm和一定变形速度条件下(应变速率在10-410-1之间)所呈现

15、出的超塑性。2相变超塑性：又称为转变超塑性或变态超塑性。是材料在变动频繁的温度环境下受应力作用时经屡次循环相变或同素异形转变而得到的很大的变形量。3其他超塑性：其他超塑性主要包括短暂超塑性、相变诱发超塑性以及消除应力退火过程中，应力作用下积蓄在材料内能量释放获得的超塑性。超塑性变形过程中组织变化特点：展开1晶粒形状与尺寸的变化2晶粒的滑动、转动和换位3晶粒折皱带4位错5空洞第六章15.关于界面的不稳定性因素的物理不稳定性和化学不稳定分别指什么？135页金属基复合材料的界面不稳定因素有两类：物理不稳定因素和化学不稳定因素。物理不稳定因素：这种不稳定因素主要表现为基体与增强物之间在使用的高温条件下

16、发生溶解以及溶解与再析出现象。化学不稳定因素：化学不稳定因素主要是复合材料在制造、加工和使用过程中发生的界面化学作用，它包括界面反响、交换反响和暂稳态界面的变化几种现象。16.颗粒增强金属基复合材料的强化机制1Orowan强化Orowan强化是位错通过距离很近的细微硬粒子时受到粒子的阻碍而引起的强化作用。2细晶强化机制主要为：增强体外表的非均质行核机制。当颗粒尺寸较小时，颗粒会钉扎大角晶界，当颗粒尺寸较大，颗粒会促进再结晶行核。颗粒增强铝基复合材料的晶粒尺寸随增强相尺寸增加而增加，随增强相体积分数增加而减少，从而在基体中产生强化。3固溶强化当外来原子固溶于基体中，它一方面能阻碍位错运动，另一方面由于外来原子与基体金属原子具有不同的尺寸，将产生晶格畸变，产生应变场，并且与位错发生交互作用。4位错强化在颗粒增强金属基复合材料中，由于增强体与基体间的热膨胀系数的巨大差异，将导致复合材料内产生很大的热应力。这种热应力引发的塑性变形，使复合材料中的位错密度显著增加。第九章3.Al4C3相的特点、强度以及其他物理化学性能；SiO2呢？第219页反响式：4Al+3SiC=Al4C3+3SiAl4C3析出于增强体与基体的界面上，使界面结合强度降低，降低了熔体的流动