金屬基復(fù)合材料重點(diǎn)

1、. .第一章1.內(nèi)生增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料具有如下特點(diǎn)第5頁(yè)：1增強(qiáng)體是從金屬基體中原位形核、長(zhǎng)大的熱力學(xué)穩(wěn)定相，因此，增強(qiáng)體外表無(wú)污染，防止了與基體相容性不良的問(wèn)題，且界面結(jié)合強(qiáng)度高。2通過(guò)合理選擇反響元素或化合物的類型、成分及其反響性，可有效地控制原位生成增強(qiáng)體的種類、大小、分布和數(shù)量。3省去了增強(qiáng)體單獨(dú)合成、處理和參加等工序，因此，其工藝簡(jiǎn)單，本錢較低。4從液態(tài)金屬基體匯總原位形成增強(qiáng)體的工藝，可用鑄造方法制備形狀復(fù)雜、尺寸較大的近凈成形構(gòu)件。5在保證材料具有較好的韌性和高溫性能的同時(shí)，可較大幅度地提高材料的強(qiáng)度和彈性模量。第二章1.增強(qiáng)體的作用第8頁(yè)增強(qiáng)體是金屬基復(fù)合材料的重要組成局部，

2、它起著提高金屬基體的強(qiáng)度、模量、耐熱性、耐磨性等性能的作用。2.選擇增強(qiáng)體的主要考慮因素5個(gè)原那么 展開1力學(xué)性能：楊氏模量和塑性強(qiáng)度；2物理性能：密度和熱擴(kuò)散系數(shù)；3幾何特性：形貌和尺寸；4物理化學(xué)相容性；5本錢因素。第三章3.分析論述金屬基復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性為什么復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性1復(fù)合材料是由增強(qiáng)體、基體、界面三局部組成。2基體和增強(qiáng)體材料是可以選擇的，比方增強(qiáng)體的大小、形貌、分布等都會(huì)造成所制備復(fù)合材料性能的不同。同時(shí)，金屬基體的組分比例也將影響復(fù)合材料表現(xiàn)出的宏觀性能。3界面的設(shè)計(jì)：4此外，選擇不同的制備工藝和成型工藝也會(huì)影響復(fù)合材料性能。5設(shè)計(jì)者可以根據(jù)外部環(huán)境的變化與要求來(lái)設(shè)計(jì)

3、具有不同特性與性能的復(fù)合材料，以滿足工程實(shí)際對(duì)高性能復(fù)合材料及構(gòu)造的要求。6復(fù)合材料在彈性模量、線膨脹系數(shù)和材料強(qiáng)度等方面具有明顯的各向異性性質(zhì)，可以根據(jù)不同方向上對(duì)剛度和強(qiáng)度等性能的特殊要求來(lái)設(shè)計(jì)復(fù)合材料及構(gòu)造。7復(fù)合材料的不均勻也是其顯著特點(diǎn)。復(fù)合材料的幾何非線性及物理非線性也是要特殊考慮的。8復(fù)合材料具有不同層次上的宏觀、細(xì)觀和微觀構(gòu)造，因此可以采用力學(xué)理論和數(shù)值分析手段對(duì)其進(jìn)展設(shè)計(jì)。9復(fù)合材料設(shè)計(jì)涉及多個(gè)變量的優(yōu)化及多層次設(shè)計(jì)的選擇。復(fù)合材料設(shè)計(jì)問(wèn)題要求確定增強(qiáng)體的幾何特征、基體材料和增強(qiáng)體的微觀構(gòu)造，以及增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)。復(fù)合材料的設(shè)計(jì)主要包含功能設(shè)計(jì)、構(gòu)造設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)復(fù)合材料設(shè)計(jì)

4、的根本步驟：.選擇基體的原那么第29頁(yè)：金屬基復(fù)合材料的使用要求金屬基復(fù)合材料組成的特點(diǎn)基體金屬與增強(qiáng)物的相容性4.功能復(fù)合材料調(diào)整優(yōu)值的途徑第38頁(yè)：1調(diào)整復(fù)合度2調(diào)整聯(lián)接方式3調(diào)整對(duì)稱性4調(diào)整尺度5調(diào)整周期性.復(fù)合效應(yīng)包括第39頁(yè)：什么是乘積效應(yīng)乘積效應(yīng)、系統(tǒng)效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)和共扼效應(yīng)5.熱膨脹系數(shù)以及表達(dá)公式第54頁(yè)定義：表征材料受熱時(shí)線度或體積變化程度。表達(dá)公式:線膨脹系數(shù)：體膨脹系數(shù)：式中，L為材料的線度，T為材料的熱力學(xué)溫度，V為材料的體積。第四章1.金屬基復(fù)合材料制備方法分類第60頁(yè)固態(tài)法：固態(tài)法是在基體金屬處于固態(tài)情況下，與增強(qiáng)材料混合組成新的復(fù)合材料的方法。其中包括粉末冶金法、

5、熱壓法、熱等靜壓法、軋制法、擠壓和拉拔法、爆炸焊接法等。液態(tài)法：液態(tài)法是在基體金屬處于熔融狀態(tài)下，與增強(qiáng)材料混合組成新的復(fù)合材料的方法。其中包括：真空壓力浸漬法、擠壓鑄造法、攪拌鑄造法、液態(tài)金屬浸漬法、共噴沉積法、熱噴涂法等。外表復(fù)合法：新型制造方法包括：原位自生成法、物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)鍍和電鍍法及復(fù)合鍍法等。6.制備技術(shù)應(yīng)具備的條件60頁(yè)(1) 使增強(qiáng)材料均勻地分布金屬基體中，滿足復(fù)合材料構(gòu)造和強(qiáng)度要求;(2) 能使復(fù)合材料界面效應(yīng)、混雜效應(yīng)或復(fù)合效應(yīng)充分發(fā)揮;(3) 能夠充分發(fā)揮增強(qiáng)材料對(duì)基體金屬的增強(qiáng)、增韌效果; (4) 設(shè)備投資少，工藝簡(jiǎn)單易行，可操作性強(qiáng)；便于實(shí)現(xiàn)批

6、量或規(guī)模生產(chǎn);(5) 能制造出接近最終產(chǎn)品的形狀，尺寸和構(gòu)造，減少或防止后加工工序.7.金屬基復(fù)合材料制造的關(guān)鍵性技術(shù)及解決方法第61頁(yè)與成形對(duì)照1)加工溫度高，在高溫下易發(fā)生不利的化學(xué)反響;解決方法：盡量縮短高溫加工時(shí)間，使增強(qiáng)材料與基體界面反響降低至最低程度；通過(guò)提高工作壓力使增強(qiáng)材料與基體浸潤(rùn)速度加快；采用擴(kuò)散粘接法可有效地控制溫度并縮短時(shí)間。2)增強(qiáng)材料與基體浸潤(rùn)性差;解決方法：參加合金元素，優(yōu)化基體組分，改善基體對(duì)增強(qiáng)材料的浸潤(rùn)性；對(duì)增強(qiáng)材料進(jìn)展外表處理，涂敷一層可抑制界面反響的涂層。3)增強(qiáng)材料在基體中的分布。解決方法：對(duì)增強(qiáng)體進(jìn)展適當(dāng)?shù)耐獗硖幚恚蛊浣n基體速度加快；參加適當(dāng)?shù)暮?/p>

7、金元素改善基體的分散性；施加適當(dāng)?shù)膲毫?，使其分散性增大。施加外?chǎng)(磁場(chǎng),超聲場(chǎng)等)8.熱壓和熱等靜壓技術(shù)根本原理第62頁(yè)熱壓法和熱等靜壓法亦稱擴(kuò)散粘接法，是加壓焊接的一種，因此有時(shí)也稱擴(kuò)散焊接法。它是在較長(zhǎng)時(shí)間的高溫及不大的塑性變形作用下依靠接觸部位原子間的相互擴(kuò)散進(jìn)展的。擴(kuò)散粘接過(guò)程可分為三個(gè)階段：粘接外表之間的最初接觸，由于加熱和加壓使外表發(fā)生變形、移動(dòng)、外表膜通常是氧化膜破壞；隨著時(shí)間的進(jìn)展發(fā)生界面擴(kuò)散和體擴(kuò)散，使接觸面粘接；由于熱擴(kuò)散結(jié)合界面最終消失，粘接過(guò)程完成。影響擴(kuò)散粘接過(guò)程的主要參數(shù)：溫度、壓力和一定溫度及壓力下維持的時(shí)間，其中溫度和氣氛最為重要.9. 熱軋機(jī)的工作原理熱軋系統(tǒng)

8、根本流程為：鋁錠熔煉爐靜置爐過(guò)濾鑄嘴軋機(jī)中間機(jī)組卷取機(jī)熱軋區(qū)：液態(tài)金屬到達(dá)鑄造區(qū)時(shí)，由于軋輥帶走局部熱量。使得金屬液體冷卻，形成液固兩相共存區(qū)域，到達(dá)變形區(qū)時(shí)，全部形成固體金屬。10.液態(tài)金屬攪拌鑄造技術(shù)的特點(diǎn)、技術(shù)問(wèn)題第67頁(yè)特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，制造本錢低廉。存在問(wèn)題：一是為了提高增強(qiáng)效果要求參加尺寸細(xì)小的顆粒，1030m之間的顆粒與金屬熔體的潤(rùn)濕性差，不易進(jìn)入和均勻分散在金屬熔體中，易產(chǎn)生團(tuán)聚；二是強(qiáng)烈的攪拌容易造成金屬熔體的氧化和大量吸入空氣。因此必須采取有效的措施來(lái)改善金屬熔體對(duì)顆粒的潤(rùn)濕性，防止金屬的氧化和吸氣等。本卷須知及措施：（1） 在金屬熔體中添加合金元素. 合金元素可以降低金屬熔

9、體的外表X力。（2） 顆粒外表處理. 比較簡(jiǎn)單有效的方法是將顆粒進(jìn)展高溫?zé)崽幚?，使有害物質(zhì)在高溫下?lián)]發(fā)脫除。（3） 復(fù)合過(guò)程的氣氛控制由于液態(tài)金屬氧化生成的氧化膜阻止金屬與顆粒的混合和潤(rùn)濕，吸入的氣體又會(huì)造成大量的氣孔，嚴(yán)重影響復(fù)合材料的質(zhì)量，因此要采用真空、惰性氣體保護(hù)來(lái)防止金屬熔體的氧化和吸氣。（4） 有效的機(jī)械攪拌。強(qiáng)烈的攪動(dòng)可使液態(tài)金屬以高的剪切速度流過(guò)顆粒外表，能有效改善金屬與顆粒之間的潤(rùn)濕性，促進(jìn)顆粒在液態(tài)金屬中的均勻分布。11.共噴沉積技術(shù)第71頁(yè)工藝過(guò)程：基體金屬熔化、液態(tài)金屬霧化、顆粒參加及與金屬霧化流的混合、沉積和凝固等工序。主要工藝參數(shù)有：熔融金屬溫度，惰性氣體壓力、流量

10、、速度，顆粒參加速度、沉積底板溫度等。特點(diǎn)：適用面廣；生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、效率高；冷卻速度快；顆粒分布均勻；復(fù)合材料中的氣孔率較大顆粒參加方式：a) 通過(guò)插管直接將增強(qiáng)顆粒吹到霧化錐中。b) 粒子由頂部倒流管注入的方式c) 顆粒強(qiáng)制噴入金屬熔滴霧化錐內(nèi)冷噴涂工藝的原理是：每種金屬均有其特定的、與溫度相關(guān)的臨界顆粒速度，當(dāng)顆粒運(yùn)動(dòng)超過(guò)這一速度時(shí)即會(huì)焊接于鍍件之上。熱噴涂工藝原理熱噴涂技術(shù)是把某種固體材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)并高速噴射到基體外表上形成具有希望性能的膜層,從而到達(dá)對(duì)基體外表改質(zhì)目的的外表處理技術(shù)。12.原位自生成技術(shù)72頁(yè)，尤其是熔體直接反響法第80頁(yè)方程式問(wèn)題、熔體直接反響法的特點(diǎn)、工

11、藝過(guò)程、問(wèn)題熔體直接反響法：實(shí)例：熔體原位反響合成(Al3Zr+Al2O3)鋁基復(fù)合材料操作步驟：實(shí)驗(yàn)前將Zr(CO3)2粉末，放入電烘箱中升溫至250，保溫3小時(shí)，充分去除水分，然后冷卻、研磨，經(jīng)過(guò)70目標(biāo)準(zhǔn)篩篩分，得到粒度<0.25mm的粉末添加料。在電阻爐中將A356合金熔化，加熱至起始反響溫度850，精煉，靜置10min后分別、分批用鐘罩將上述粉末添加料壓入A356熔液，并用石墨棒攪拌，使之與Al液發(fā)生反響，同時(shí)用便攜式溫度測(cè)試儀連續(xù)測(cè)定反響過(guò)程熔體溫度的變化，反響過(guò)程中分階段用石英玻璃管提取熔體進(jìn)展水淬試驗(yàn)。待反響完畢后用熔劑精煉、除氣、除渣，并靜置1020min后，待溫度降至

12、720左右扒渣后澆入銅模中，制得鑄態(tài)內(nèi)生顆粒增強(qiáng)A356基復(fù)合材料。反響方程式：Zr(CO3)2ZrO2+2CO2 3ZrO2+4Al(l)3Zr+2Al2O3 Zr+3Al(l)Al3Zr 3Zr(CO3)2+13Al(l)6CO2+3Al3Zr+2Al2O3 特點(diǎn)：(1)該工藝以現(xiàn)有的鋁合金熔煉工藝為根底，在熔體中直接形成增強(qiáng)顆粒，并且可以直接鑄造成各種形狀的復(fù)合材料鑄件； (2)增強(qiáng)體顆粒大小和分布易于控制，并且其數(shù)量可在較大范圍內(nèi)調(diào)整； (3)該工藝可同時(shí)獲得高強(qiáng)度、高韌性的復(fù)合材料。但目前要用該方法制備的復(fù)合材料主要集中在Al-Ti-B系，但該體系存在反響溫度高，生成相形態(tài)不易控制和

13、基體變質(zhì)“毒化等問(wèn)題，而對(duì)其它體系涉及甚少。只能生產(chǎn)顆粒體積分?jǐn)?shù)較小的材料，假設(shè)體積分?jǐn)?shù)過(guò)大，那么粘度過(guò)大，擴(kuò)散不開，反響不完全。制備工藝過(guò)程(根本原理):將含有增強(qiáng)相顆粒形成元素的固體顆?；蚍勰┰谀骋粶囟认录拥饺廴诘匿X合金外表，然后攪拌使反響充分進(jìn)展，從而制備內(nèi)生顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料。第五章13.鑄造成形的技術(shù)問(wèn)題以及如何解決第86頁(yè)（1） 增強(qiáng)顆粒與金屬熔體的潤(rùn)濕性解決方法：1 增強(qiáng)顆粒外表涂層2 金屬基體中參加某些合金元素3 用某些鹽對(duì)增強(qiáng)顆粒進(jìn)展預(yù)處理4 對(duì)增強(qiáng)顆粒進(jìn)展超聲清洗或預(yù)熱處理（2） 增強(qiáng)顆粒分布均勻性解決方法：調(diào)整提高金屬熔體粘度，減小增強(qiáng)顆粒的粒徑。通常金屬熔體的黏度是通過(guò)

14、添加合金元素來(lái)提高的，但粘度增大會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料存在氣體及夾雜物不易排出的問(wèn)題。（3） 增強(qiáng)顆粒與基體金屬的界面構(gòu)造解決方法：選擇適宜的增強(qiáng)顆粒與金屬基體組合，是保證界面結(jié)合良好的重要途徑。（4） PRMMC 的凝固過(guò)程研究復(fù)合材料凝固過(guò)程中顆粒被生長(zhǎng)界面推移的距離，對(duì)分析顆粒分布的均勻性更為合理。14.超塑性的定義以及超塑性變形過(guò)程中組織變化的特點(diǎn)95頁(yè)超塑性又分為組織超塑性、相變超塑性和其他超塑性。1組織超塑性：又稱細(xì)晶超塑性或恒溫超塑性。指材料晶粒通過(guò)細(xì)化、超細(xì)化和等軸化，在變形期間保持穩(wěn)定，在一定變形溫度區(qū)間T>0.5Tm和一定變形速度條件下(應(yīng)變速率在10-410-1之間)所呈現(xiàn)

15、出的超塑性。2相變超塑性：又稱為轉(zhuǎn)變超塑性或變態(tài)超塑性。是材料在變動(dòng)頻繁的溫度環(huán)境下受應(yīng)力作用時(shí)經(jīng)屢次循環(huán)相變或同素異形轉(zhuǎn)變而得到的很大的變形量。3其他超塑性：其他超塑性主要包括短暫超塑性、相變誘發(fā)超塑性以及消除應(yīng)力退火過(guò)程中，應(yīng)力作用下積蓄在材料內(nèi)能量釋放獲得的超塑性。超塑性變形過(guò)程中組織變化特點(diǎn)：展開1晶粒形狀與尺寸的變化2晶粒的滑動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和換位3晶粒折皺帶4位錯(cuò)5空洞第六章15.關(guān)于界面的不穩(wěn)定性因素的物理不穩(wěn)定性和化學(xué)不穩(wěn)定分別指什么？135頁(yè)金屬基復(fù)合材料的界面不穩(wěn)定因素有兩類：物理不穩(wěn)定因素和化學(xué)不穩(wěn)定因素。物理不穩(wěn)定因素：這種不穩(wěn)定因素主要表現(xiàn)為基體與增強(qiáng)物之間在使用的高溫條件下

16、發(fā)生溶解以及溶解與再析出現(xiàn)象?；瘜W(xué)不穩(wěn)定因素：化學(xué)不穩(wěn)定因素主要是復(fù)合材料在制造、加工和使用過(guò)程中發(fā)生的界面化學(xué)作用，它包括界面反響、交換反響和暫穩(wěn)態(tài)界面的變化幾種現(xiàn)象。16.顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制1Orowan強(qiáng)化Orowan強(qiáng)化是位錯(cuò)通過(guò)距離很近的細(xì)微硬粒子時(shí)受到粒子的阻礙而引起的強(qiáng)化作用。2細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)制主要為：增強(qiáng)體外表的非均質(zhì)行核機(jī)制。當(dāng)顆粒尺寸較小時(shí)，顆粒會(huì)釘扎大角晶界，當(dāng)顆粒尺寸較大，顆粒會(huì)促進(jìn)再結(jié)晶行核。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的晶粒尺寸隨增強(qiáng)相尺寸增加而增加，隨增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)增加而減少，從而在基體中產(chǎn)生強(qiáng)化。3固溶強(qiáng)化當(dāng)外來(lái)原子固溶于基體中，它一方面能阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，另一方面由于外來(lái)原子與基體金屬原子具有不同的尺寸，將產(chǎn)生晶格畸變，產(chǎn)生應(yīng)變場(chǎng)，并且與位錯(cuò)發(fā)生交互作用。4位錯(cuò)強(qiáng)化在顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中，由于增強(qiáng)體與基體間的熱膨脹系數(shù)的巨大差異，將導(dǎo)致復(fù)合材料內(nèi)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。這種熱應(yīng)力引發(fā)的塑性變形，使復(fù)合材料中的位錯(cuò)密度顯著增加。第九章3.Al4C3相的特點(diǎn)、強(qiáng)度以及其他物理化學(xué)性能；SiO2呢？第219頁(yè)反響式：4Al+3SiC=Al4C3+3SiAl4C3析出于增強(qiáng)體與基體的界面上，使界面結(jié)合強(qiáng)度降低，降低了熔體的流動(dòng)