第5章 納米復(fù)合材料

1、7/5/20221第五章納米復(fù)合材料第五章納米復(fù)合材料“ 世紀的新材料世紀的新材料”7/5/20222復(fù)合材料：復(fù)合材料：由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料，通過各種工藝手段組合而成的復(fù)合體。料，通過各種工藝手段組合而成的復(fù)合體。 如果增強體是納米級的話，如納米顆粒、如果增強體是納米級的話，如納米顆粒、 納米晶納米晶片、納米晶須、納米纖維等，就稱為片、納米晶須、納米纖維等，就稱為納米復(fù)合材料納米復(fù)合材料。 基體基體：連續(xù)相連續(xù)相增強體增強體：以一定的形態(tài)分布于連續(xù)相中的分散相以一定的形態(tài)分布于連續(xù)相中的分散相l(xiāng) “納米復(fù)合材料納米復(fù)合材料” （Nanocomposite

2、s）由兩種或兩種）由兩種或兩種以上的固相至少在一個方向納米級大?。ㄒ陨系墓滔嘀辽僭谝粋€方向納米級大?。?100nm）復(fù)）復(fù)合而成的復(fù)合材料。合而成的復(fù)合材料。7/5/20223主要內(nèi)容主要內(nèi)容l納米復(fù)合材料的分類納米復(fù)合材料的分類l陶瓷基納米復(fù)合材料陶瓷基納米復(fù)合材料l金屬基納米復(fù)合材料金屬基納米復(fù)合材料l高分子基納米復(fù)合材料高分子基納米復(fù)合材料7/5/202245.1納米復(fù)合材料的分類納米復(fù)合材料的分類7/5/20225l0-0復(fù)合復(fù)合: :不同成分、不同相或者不同種類的納米不同成分、不同相或者不同種類的納米粒子復(fù)合而成的納米固體粒子復(fù)合而成的納米固體; ;l0-3復(fù)合復(fù)合: :把納米粒子分

3、散到常規(guī)的三維固體中把納米粒子分散到常規(guī)的三維固體中; ;l0-2復(fù)合復(fù)合: :把納米粒子分散到二維的薄膜材料中把納米粒子分散到二維的薄膜材料中. . 均勻彌散均勻彌散: 納米粒子在薄膜中均勻分布；納米粒子在薄膜中均勻分布；非均勻彌散：非均勻彌散：納米粒子隨機地、混亂地分散在薄膜納米粒子隨機地、混亂地分散在薄膜基體中?；w中。 按基體形狀可把納米復(fù)合材料分按基體形狀可把納米復(fù)合材料分 ：7/5/20226按復(fù)合方式不同，納米復(fù)合材料分為按復(fù)合方式不同，納米復(fù)合材料分為晶內(nèi)晶內(nèi)型和晶間型型和晶間型納米復(fù)合材料：納米復(fù)合材料：l 納米粒子主要彌散于基體晶粒內(nèi)或基體晶粒間納米粒子主要彌散于基體晶粒內(nèi)

4、或基體晶粒間l目的：目的：不僅為了改善室溫力學(xué)性能及耐用性，而且要改善高溫不僅為了改善室溫力學(xué)性能及耐用性，而且要改善高溫力學(xué)性能，如硬度、強度、抗蠕變和疲勞破壞性能。力學(xué)性能，如硬度、強度、抗蠕變和疲勞破壞性能。l納米納米型復(fù)合材料則是由納米級增強體和納米基體晶粒構(gòu)納米納米型復(fù)合材料則是由納米級增強體和納米基體晶粒構(gòu)成，使材料增加某些新的功能，例如可加工性和超塑性等。成，使材料增加某些新的功能，例如可加工性和超塑性等。7/5/202275.3 陶瓷基納米復(fù)合材料陶瓷基納米復(fù)合材料 l制備方法包括：制備方法包括： 1 固相法固相法（熱壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、微波燒結(jié)、自蔓延高（熱壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、微

5、波燒結(jié)、自蔓延高溫合成）溫合成） 2 液相法液相法（漿體法、液態(tài)浸漬法、溶膠凝膠法、聚合（漿體法、液態(tài)浸漬法、溶膠凝膠法、聚合物熱解法）物熱解法） 3 氣相法氣相法（化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)氣相浸漬法）（化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)氣相浸漬法） 4 原位復(fù)合法原位復(fù)合法 7/5/20228 5.3.1固相法固相法l定義：定義：將陶瓷粉體在一定溫度和一定壓力下進將陶瓷粉體在一定溫度和一定壓力下進行燒結(jié)，稱為熱壓燒結(jié)。行燒結(jié)，稱為熱壓燒結(jié)。l優(yōu)點：優(yōu)點：與無壓燒結(jié)相比，燒結(jié)溫度低得多。通與無壓燒結(jié)相比，燒結(jié)溫度低得多。通過熱壓燒結(jié)，可制得具有較高致密度的陶瓷基過熱壓燒結(jié)，可制得具有較高致密度的陶瓷基納米復(fù)合材

6、料，并且晶粒元明顯長大。納米復(fù)合材料，并且晶粒元明顯長大。l例如以例如以Si3N4粉和納米粉和納米SiCw晶須為原料，加入少量添加劑晶須為原料，加入少量添加劑(如如MgO等等)，混合均勻后，裝入石墨模具中，在，混合均勻后，裝入石墨模具中，在l 6001 700的的氬氣中熱壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力氬氣中熱壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力2030 MPa。可得到致密的。可得到致密的(可達可達理論密度的理論密度的95)SiCw Si3N4納米復(fù)合材料。納米復(fù)合材料。1熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)(HP)7/5/202297/5/202210 1991 年年Niihara 將將5 %SiC ( 300nm) 與與Al2O3 合成的合成的

7、納米復(fù)合材料的室溫強度由純基體的納米復(fù)合材料的室溫強度由純基體的350 MPa 提高到提高到1 000 MPa , 同時同時, 斷裂韌性也提高了斷裂韌性也提高了40 %。 此文章中用熱壓燒結(jié)法制備了系列納米此文章中用熱壓燒結(jié)法制備了系列納米Fe3Al 增強增強Al2O3 復(fù)合材料。其抗彎強度最高可達復(fù)合材料。其抗彎強度最高可達832 MPa 。7/5/202211實驗方法：實驗方法：l基體粉料基體粉料- Al2O3 , 純度純度99 % , 平均粒徑平均粒徑3ml納米增韌相納米增韌相Fe3Al, 采用采用H2 電弧等離子體法制得電弧等離子體法制得, 平均平均粒徑粒徑50nm。l用用KQ218

8、型超聲波清洗器對納米型超聲波清洗器對納米Fe3Al 進行分散后進行分散后, 與不同比例的與不同比例的Al2O3料在乙醇介質(zhì)中球磨混合料在乙醇介質(zhì)中球磨混合1 h , 經(jīng)經(jīng)真空干燥真空干燥, 過篩后過篩后, 放入石墨模具中。放入石墨模具中。l熱壓燒結(jié)在多功能燒結(jié)爐中進行熱壓燒結(jié)在多功能燒結(jié)爐中進行,燒結(jié)溫度燒結(jié)溫度14501600, 軸向壓力軸向壓力30 MPa , 保溫保壓時間保溫保壓時間30min , 燒燒結(jié)氣氛為結(jié)氣氛為N2氣。氣。7/5/202212熱等靜壓熱等靜壓(Hot Isostatic Pressing ,HIP)l屬于熱壓燒結(jié)的一種。屬于熱壓燒結(jié)的一種。l與冷等靜壓法相比，它是

9、用與冷等靜壓法相比，它是用金屬箔代替橡膠模具，用氣金屬箔代替橡膠模具，用氣體代替液體，體代替液體，使金屬箔內(nèi)的陶瓷基體和納米增強體混合使金屬箔內(nèi)的陶瓷基體和納米增強體混合粉末粉末均勻受壓均勻受壓。通常所用氣體為氦氣、氬氣等惰性氣體，。通常所用氣體為氦氣、氬氣等惰性氣體，金屬箔為低碳鋼、鎳、鉬等。一般壓力為金屬箔為低碳鋼、鎳、鉬等。一般壓力為100300MPa，溫度從幾百度，溫度從幾百度()至至2 000。也可先無壓燒。也可先無壓燒結(jié)后再進行熱等靜壓燒結(jié)。結(jié)后再進行熱等靜壓燒結(jié)。7/5/202213與一般熱壓燒結(jié)法相比，與一般熱壓燒結(jié)法相比，HIP優(yōu)點：優(yōu)點：l混合物料受到各向同性的壓力，使顯微

10、結(jié)構(gòu)均勻；混合物料受到各向同性的壓力，使顯微結(jié)構(gòu)均勻；lHIP法施加壓力高，在較低溫度下即可燒結(jié)。法施加壓力高，在較低溫度下即可燒結(jié)。 如：氧化鋁基復(fù)合材料如：氧化鋁基復(fù)合材料 無壓燒結(jié)溫度為無壓燒結(jié)溫度為1800； 熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)(20MPa)溫度為溫度為1500； HIP燒結(jié)燒結(jié)(400MPa)在在1000的較低溫度下就已致密化了。的較低溫度下就已致密化了。 7/5/2022142反應(yīng)燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)(RS)l 定義：定義：將陶瓷基體粉末和增強體納米粉末混合均勻，將陶瓷基體粉末和增強體納米粉末混合均勻，加入粘結(jié)劑后壓制成所需形狀，經(jīng)高溫加熱進行氮化或加入粘結(jié)劑后壓制成所需形狀，經(jīng)高溫加熱進行

11、氮化或碳化，碳化，反應(yīng)生成陶瓷基體把納米級第二相緊密地結(jié)合在反應(yīng)生成陶瓷基體把納米級第二相緊密地結(jié)合在一起一起，從而獲得陶瓷基納米復(fù)合材料的方法。，從而獲得陶瓷基納米復(fù)合材料的方法。l用這種方法可以制備氮化硅或碳化硅基納米復(fù)合材料。用這種方法可以制備氮化硅或碳化硅基納米復(fù)合材料。l反應(yīng)燒結(jié)的優(yōu)點是反應(yīng)燒結(jié)的優(yōu)點是： (1)陶瓷基體幾乎無收縮；陶瓷基體幾乎無收縮； (2)納米晶須或纖維的體積分量可以相當大；納米晶須或纖維的體積分量可以相當大； (3)大多數(shù)陶瓷的反應(yīng)燒結(jié)溫度低于陶瓷的常規(guī)燒結(jié)溫大多數(shù)陶瓷的反應(yīng)燒結(jié)溫度低于陶瓷的常規(guī)燒結(jié)溫度，因此可以度，因此可以避免納米晶須或纖維的損壞避免納米晶須

12、或纖維的損壞。7/5/202215例如，采用反應(yīng)燒結(jié)法制備例如，采用反應(yīng)燒結(jié)法制備SiCwSi3N4納米復(fù)合材料：納米復(fù)合材料：l以硅粉為原料，加入一定量的以硅粉為原料，加入一定量的SiCw，用一般，用一般方法成型后，在方法成型后，在N2+H2的氣氛下預(yù)氮化的氣氛下預(yù)氮化11.5h，氮化溫度為，氮化溫度為11801210。l預(yù)氮化后有一定的強度，可進行機械加工，以預(yù)氮化后有一定的強度，可進行機械加工，以達到所需尺寸。達到所需尺寸。l最后，在最后，在1350-1450氮化氮化1836h，直到所，直到所有的硅都變成氮化硅，得到尺寸精確的有的硅都變成氮化硅，得到尺寸精確的SiCwSi3N4納米復(fù)合材

13、料制品。納米復(fù)合材料制品。7/5/202216l反應(yīng)燒結(jié)法最大缺點是氣孔率高，可用熱壓和反應(yīng)燒結(jié)法最大缺點是氣孔率高，可用熱壓和反應(yīng)燒結(jié)并用來克服，稱為反應(yīng)燒結(jié)并用來克服，稱為反應(yīng)熱壓法反應(yīng)熱壓法。l例如采用反應(yīng)熱壓法制備例如采用反應(yīng)熱壓法制備TiB2/Ti(C，N)納米納米復(fù)合材料。復(fù)合材料。7/5/2022173. 微波燒結(jié)微波燒結(jié)l 陶瓷基納米復(fù)合材料在燒結(jié)過程中，于高溫停留很陶瓷基納米復(fù)合材料在燒結(jié)過程中，于高溫停留很短時間，納米級第二相晶粒就長大到近一個數(shù)量級。短時間，納米級第二相晶粒就長大到近一個數(shù)量級。因此，要想使因此，要想使晶粒不過分長大晶粒不過分長大，必須采用，必須采用快速升

14、溫，快速升溫，快速降溫快速降溫的燒結(jié)方法。而微波燒結(jié)技術(shù)可以滿足這個的燒結(jié)方法。而微波燒結(jié)技術(shù)可以滿足這個要求。要求。l 微波燒結(jié)的升溫速度微波燒結(jié)的升溫速度 (500/min)，升溫時間短，升溫時間短(2min)，解決了普通燒結(jié)方法不可避免的納米晶異常，解決了普通燒結(jié)方法不可避免的納米晶異常長大問題。長大問題。7/5/202218采用微波燒結(jié)可制備采用微波燒結(jié)可制備ZrO2/Al2O3納米復(fù)合材料納米復(fù)合材料l制備陶瓷納米粉體制備陶瓷納米粉體：ZrO2-Y2O3- Al2O3，納米復(fù)合粉，納米復(fù)合粉體采用化學(xué)共沉淀法制備：體采用化學(xué)共沉淀法制備：ZrOCl28H2O水溶液水溶液+YCl3水溶

15、液水溶液+AlCl3水溶液混合滴入氨水水溶液混合滴入氨水(pH=910)共沉淀出共沉淀出Zr(OH)4、8Y(OH)3、3Al(OH)3混合物混合物600煅燒煅燒1h，得到納米復(fù)合粉料。，得到納米復(fù)合粉料。l經(jīng)壓制成型后，在微波燒結(jié)爐中燒結(jié)經(jīng)壓制成型后，在微波燒結(jié)爐中燒結(jié)34min，即可，即可獲得獲得ZrO2/ Al2O3納米復(fù)合材料。該復(fù)合材料屬納米納米復(fù)合材料。該復(fù)合材料屬納米納米型。納米型。7/5/2022194自蔓延高溫合成自蔓延高溫合成(SHS)l自蔓延高溫合成法自蔓延高溫合成法是按反應(yīng)方程式的配比混合原料，是按反應(yīng)方程式的配比混合原料，經(jīng)成型后，點燃試樣一端，由于反應(yīng)放出大量的熱，

16、經(jīng)成型后，點燃試樣一端，由于反應(yīng)放出大量的熱，使試樣其他部分也發(fā)生反應(yīng)，直到反應(yīng)完畢為止使試樣其他部分也發(fā)生反應(yīng)，直到反應(yīng)完畢為止。l 例如：例如：采用自蔓延高溫合成法可以制備采用自蔓延高溫合成法可以制備TiCp/Al2O3納納米復(fù)合材料。米復(fù)合材料。 以以TiO2粉、粉、Al粉、石墨粉粉、石墨粉(均為納米級均為納米級)為原料，按為原料，按化學(xué)反應(yīng)方程式進行配料，經(jīng)混合、均化、成型后，化學(xué)反應(yīng)方程式進行配料，經(jīng)混合、均化、成型后，在隋性氣體保護下，用電熱線圈點燃塊體一端，點燃在隋性氣體保護下，用電熱線圈點燃塊體一端，點燃后切斷電源。被點燃的納米粉末發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)方程后切斷電源。被點燃的納米粉末

17、發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)方程式為式為: 3TiO2 +4Al+3C3TiC+2 Al2O37/5/202220產(chǎn)物是多孔狀的，必須經(jīng)過后處理產(chǎn)物是多孔狀的，必須經(jīng)過后處理:l方法方法1：在自蔓延高溫合成的同時，進行：在自蔓延高溫合成的同時，進行加壓加壓(類似于反類似于反應(yīng)熱壓法應(yīng)熱壓法)。l方法方法2：把自蔓延高溫合成的產(chǎn)物：把自蔓延高溫合成的產(chǎn)物粉碎后再成型粉碎后再成型，繼而，繼而無壓燒結(jié)。無壓燒結(jié)。 自蔓延高溫合成的粉末粒度很細自蔓延高溫合成的粉末粒度很細(100500nm)，團聚，團聚的粉末通過的粉末通過球磨較容易分散球磨較容易分散，而且粉末中含有少量的游，而且粉末中含有少量的游離離C，使得在高于

18、，使得在高于1850時出現(xiàn)低共熔液相，從而在無時出現(xiàn)低共熔液相，從而在無需添加劑時，就可無壓燒結(jié)而成，燒結(jié)溫度為需添加劑時，就可無壓燒結(jié)而成，燒結(jié)溫度為18751 950。l方法方法3：采用：采用SHS合成的粉末，再合成的粉末，再熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)。7/5/2022217/5/202222試驗材料與方法試驗材料與方法l試驗管材試驗管材為為30mm 300mm、厚度、厚度3mm 的的20號熱軋無縫號熱軋無縫鋼管鋼管, 經(jīng)酸洗除銹、堿洗除油后經(jīng)酸洗除銹、堿洗除油后, 用鋁座將一端包封。用鋁座將一端包封。l試驗用原料試驗用原料為為: 工業(yè)純鋁粉、分析純工業(yè)純鋁粉、分析純Cr2O3 粉、分析純粉、分析純

19、ZrO2 粉及分析純粉及分析純Y2O3粉和粉和SiO2 粉組成。粉組成。l將上述粉末按比例配制燃燒體系將上述粉末按比例配制燃燒體系, 將樣品分別編號，其中將樣品分別編號，其中Cr2O3 +Al 的配比以化學(xué)摩爾比按公式的配比以化學(xué)摩爾比按公式Cr2O3 + Al Al2O3 + Cr 計算。計算。l混料機充分混合后混料機充分混合后, 取出加壓充填于鋼管中取出加壓充填于鋼管中, 用直徑用直徑0.5mm 的通電鎢絲在其上部的通電鎢絲在其上部加熱引燃加熱引燃, 使之發(fā)生使之發(fā)生SHS 反應(yīng)反應(yīng), 并在復(fù)并在復(fù)合管合成過程中施以相應(yīng)地機械振動。合管合成過程中施以相應(yīng)地機械振動。7/5/202223 5

20、.3.2液相法液相法 l目的：目的：為了克服熱壓燒結(jié)中各材料組元，尤其是增強為了克服熱壓燒結(jié)中各材料組元，尤其是增強體材料為納米晶須和纖維時體材料為納米晶須和纖維時混合不均勻的問題混合不均勻的問題l方法：方法：把納米級第二相彌散到基體陶瓷的漿體中，為把納米級第二相彌散到基體陶瓷的漿體中，為了使各材料組元在漿體中保持散凝狀，即在漿體中呈了使各材料組元在漿體中保持散凝狀，即在漿體中呈彌散分布，可通過彌散分布，可通過調(diào)整溶液的調(diào)整溶液的pH值和超聲波攪拌值和超聲波攪拌來來改善彌散性。彌散的混合漿體可直接澆注成型后燒結(jié)，改善彌散性。彌散的混合漿體可直接澆注成型后燒結(jié)，也可以冷壓燒結(jié)和熱壓燒結(jié)。也可以冷

21、壓燒結(jié)和熱壓燒結(jié)。1漿體法漿體法7/5/202224漿體法工藝流程圖漿體法工藝流程圖5.2l 孔隙太多，孔隙太多， 械性能較差械性能較差濕法混料、熱壓燒結(jié)工藝，濕法混料、熱壓燒結(jié)工藝，可以制備出納米級可以制備出納米級第二相彌散分布的陶第二相彌散分布的陶瓷基納米復(fù)合材料瓷基納米復(fù)合材料 7/5/2022257/5/202226 2液態(tài)浸漬法液態(tài)浸漬法l陶瓷熔體的溫度要比高分子和金屬高得多，而且陶瓷陶瓷熔體的溫度要比高分子和金屬高得多，而且陶瓷熔體的粘度熔體的粘度通常很高，這使得浸漬預(yù)制件相當困難。通常很高，這使得浸漬預(yù)制件相當困難。A: 高溫下陶瓷基體與增強材料會發(fā)生高溫下陶瓷基體與增強材料會發(fā)

22、生化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)B: 陶瓷基體與增強材料的陶瓷基體與增強材料的熱膨脹失配熱膨脹失配 l因此，采用液態(tài)浸漬法制備陶瓷基納米復(fù)合材料時，因此，采用液態(tài)浸漬法制備陶瓷基納米復(fù)合材料時，化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)性、熔體的粘度、熔體對增強材料的浸潤性性、熔體的粘度、熔體對增強材料的浸潤性是首先要考慮的問是首先要考慮的問題。這些因素直接影響陶瓷基納米復(fù)合材料的性能。題。這些因素直接影響陶瓷基納米復(fù)合材料的性能。 由任何形式的增強體材料由任何形式的增強體材料(納米級顆粒、晶須、纖納米級顆粒、晶須、纖維等維等)制成的預(yù)制體都具有網(wǎng)絡(luò)孔隙。由于毛細作用，制成的預(yù)制體都具有網(wǎng)絡(luò)孔隙。由于毛細作用，陶瓷熔體可滲入這些孔隙

23、。陶瓷熔體可滲入這些孔隙。 7/5/202227氧化鋁納米纖維增強金屬間化合氧化鋁納米纖維增強金屬間化合物物(例如例如Ni3Al)納米復(fù)合材料。納米復(fù)合材料。 實例：實例：7/5/2022287/5/2022293溶膠凝膠法溶膠凝膠法(Sol-Gel)l將基體組元形成溶液或溶膠；將基體組元形成溶液或溶膠；l加入增強體材料組元加入增強體材料組元(納米級復(fù)合材料納米級復(fù)合材料加入納米級第二相（納米顆粒、晶須、加入納米級第二相（納米顆粒、晶須、纖維或晶種纖維或晶種)，經(jīng)攪拌使其在液相中均，經(jīng)攪拌使其在液相中均勻分布；勻分布；l當基體組元形成凝膠后，這些增強組當基體組元形成凝膠后，這些增強組元則穩(wěn)定地

24、均勻分布在基體材料中；元則穩(wěn)定地均勻分布在基體材料中；l經(jīng)干燥或一定溫度熱處理，然后壓制、經(jīng)干燥或一定溫度熱處理，然后壓制、燒結(jié)，即可形成復(fù)合材料。燒結(jié)，即可形成復(fù)合材料。 用溶膠凝膠法制備復(fù)合材料的原理：用溶膠凝膠法制備復(fù)合材料的原理：7/5/202230溶膠溶膠-凝膠法制備納米復(fù)合材料的優(yōu)缺點：凝膠法制備納米復(fù)合材料的優(yōu)缺點：優(yōu)點：優(yōu)點：基體成分易控制，復(fù)合材料的均勻性好，基體成分易控制，復(fù)合材料的均勻性好，加工溫度較低。加工溫度較低。缺點：缺點：相對于漿體法，制備的復(fù)合材料收縮率大，相對于漿體法，制備的復(fù)合材料收縮率大，導(dǎo)致基體常發(fā)生開裂。導(dǎo)致基體常發(fā)生開裂。該方法已制備出該方法已制備出

25、SiCw增強增強SiO2- Al2O3 -Cr2O3陶瓷基納米復(fù)合材料。陶瓷基納米復(fù)合材料。 在在SiO2Al2O3凝膠中加入莫來石納米晶凝膠中加入莫來石納米晶種，經(jīng)燒結(jié)后陶瓷中會長出長徑比種，經(jīng)燒結(jié)后陶瓷中會長出長徑比10：1的莫來石晶須，使其力學(xué)性能得到提高。的莫來石晶須，使其力學(xué)性能得到提高。7/5/2022314聚合物熱解法聚合物熱解法l溶膠溶膠-凝膠工藝和聚合物熱解工藝都是利用有機先驅(qū)體凝膠工藝和聚合物熱解工藝都是利用有機先驅(qū)體在高溫下裂解而轉(zhuǎn)化為無機陶瓷基體的一種方法。在高溫下裂解而轉(zhuǎn)化為無機陶瓷基體的一種方法。l溶膠溶膠-凝膠法主要用于制備凝膠法主要用于制備氧化物陶瓷基復(fù)合材料氧

26、化物陶瓷基復(fù)合材料，例，例如：如： Al2O3 、ZrO2、TiO2陶瓷基體等。陶瓷基體等。l聚合物熱解法主要用于制備聚合物熱解法主要用于制備非氧化物陶瓷基復(fù)合材料非氧化物陶瓷基復(fù)合材料。目前主要以氮化物、碳化物系陶瓷基體為主。目前主要以氮化物、碳化物系陶瓷基體為主。l 最常用的聚合物是最常用的聚合物是有機硅高聚物有機硅高聚物，如含碳和硅的聚碳，如含碳和硅的聚碳硅烷成型后，經(jīng)直接高溫分解并高溫?zé)Y(jié)后，可制得硅烷成型后，經(jīng)直接高溫分解并高溫?zé)Y(jié)后，可制得SiC或或Si3N4單相陶瓷基，或由單相陶瓷基，或由SiC和和Si3N4組成的多相陶組成的多相陶瓷基納米復(fù)合材料。為了解決氣孔率高的問題，可以采

27、瓷基納米復(fù)合材料。為了解決氣孔率高的問題，可以采用熱解用熱解+熱壓的方法。熱壓的方法。 7/5/2022325.2.2 氣相法氣相法 A：化學(xué)氣相沉積法：化學(xué)氣相沉積法(CVD) B：化學(xué)氣相浸漬法：化學(xué)氣相浸漬法(CVI) 7/5/202233A:化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法 原理：原理：使反應(yīng)物氣體在加熱的增強相預(yù)制體中進行化使反應(yīng)物氣體在加熱的增強相預(yù)制體中進行化學(xué)反應(yīng)，基體生成物沉積在增強相表面，從而形成陶學(xué)反應(yīng)，基體生成物沉積在增強相表面，從而形成陶瓷基復(fù)合材料。瓷基復(fù)合材料。CVD法的優(yōu)點：法的優(yōu)點：生成物基體的純度高，顆粒尺寸容易控制，生成物基體的純度高，顆粒尺寸容易控制，可獲得

28、優(yōu)良的高溫機械性能，特別適用于制備高熔點的氮化可獲得優(yōu)良的高溫機械性能，特別適用于制備高熔點的氮化物、碳化物、硼化物系陶瓷基納米復(fù)合材料。例如以物、碳化物、硼化物系陶瓷基納米復(fù)合材料。例如以SiCl4、C4H10和和Ar氣作為沉積氣相，在納米增強相預(yù)制體的間隙中氣作為沉積氣相，在納米增強相預(yù)制體的間隙中沉積出沉積出SiC。CVD法缺點：法缺點： 生產(chǎn)周期長，成本較高，而且制品的孔隙率較生產(chǎn)周期長，成本較高，而且制品的孔隙率較大。大。7/5/202234B：化學(xué)氣相浸漬法：化學(xué)氣相浸漬法(CVI) 7/5/2022355.3.4原位復(fù)合法原位復(fù)合法 方法的關(guān)鍵：方法的關(guān)鍵： A: 在陶瓷基體中在

29、陶瓷基體中均勻加入均勻加入可生成納米第二相的元素或化合物，控可生成納米第二相的元素或化合物，控制其反應(yīng)生成條件，使其在陶瓷基體致密化過程中，在制其反應(yīng)生成條件，使其在陶瓷基體致密化過程中，在原位同時原位同時生長生長出納米顆粒、晶須和纖維等，形成陶瓷基納米復(fù)合材料。出納米顆粒、晶須和纖維等，形成陶瓷基納米復(fù)合材料。 B：利用陶瓷液相燒結(jié)時某些晶相生長成高長徑比的習(xí)性，控制：利用陶瓷液相燒結(jié)時某些晶相生長成高長徑比的習(xí)性，控制燒結(jié)工藝，使基體中燒結(jié)工藝，使基體中生長出高長徑比晶體生長出高長徑比晶體，形成陶瓷基復(fù)合材料。，形成陶瓷基復(fù)合材料。定義：定義： 在陶瓷基納米復(fù)合材料制備時，利用化學(xué)反在陶瓷

30、基納米復(fù)合材料制備時，利用化學(xué)反應(yīng)生成增強體組元納米顆粒、晶須、纖維等來增強應(yīng)生成增強體組元納米顆粒、晶須、纖維等來增強陶瓷基體的工藝過程稱為原位復(fù)合法。陶瓷基體的工藝過程稱為原位復(fù)合法。優(yōu)點：有利于制作形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，成本低，同時還能優(yōu)點：有利于制作形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，成本低，同時還能有效地避免人體與晶須等的直接接觸有效地避免人體與晶須等的直接接觸，減輕環(huán)境污染。，減輕環(huán)境污染。7/5/202236實例：原位反應(yīng)合成法可制備實例：原位反應(yīng)合成法可制備SiCwSi3N4納米復(fù)合材料納米復(fù)合材料l 采用采用Si3N4具有優(yōu)良的高溫強度、耐腐蝕和抗熱震等特性，但具有優(yōu)良的高溫強度、耐腐蝕和抗熱震等

31、特性，但由于其本身的結(jié)構(gòu)決定了它具有脆性，限制了在高技術(shù)領(lǐng)域的由于其本身的結(jié)構(gòu)決定了它具有脆性，限制了在高技術(shù)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。推廣應(yīng)用。l在在Si3N4中加入晶須是一種非常有效的增韌手段。目前，一般都中加入晶須是一種非常有效的增韌手段。目前，一般都采用外加晶須的方法，但采用外加晶須的方法，但外加晶須的方法外加晶須的方法不足之處不足之處是需要較復(fù)是需要較復(fù)雜的工藝對晶須進行處理和分散，在晶須的處理過程中，對人雜的工藝對晶須進行處理和分散，在晶須的處理過程中，對人體造成危害等。在復(fù)合材料制備過程中，自身生成一定數(shù)量起體造成危害等。在復(fù)合材料制備過程中，自身生成一定數(shù)量起增強作用的晶須，即增強作用的

32、晶須，即“自補強復(fù)合材料自補強復(fù)合材料”可以避免上述問題?？梢员苊馍鲜鰡栴}。 7/5/202237宋慎泰等人利用宋慎泰等人利用SiO2與與C反應(yīng)在反應(yīng)在Si3N4基體中合成出基體中合成出SiCw晶須，制備備出晶須，制備備出SiCw/ Si3N4復(fù)合材料復(fù)合材料。原料：分析純原料：分析純SiO2，高耐磨碳黑，高耐磨碳黑(純度純度99.5，粒度，粒度30nm)， Si3N4工藝過程為：工藝過程為：將將SiO2與碳黑在無水乙醇介與碳黑在無水乙醇介質(zhì)中混合，隨后干燥、質(zhì)中混合，隨后干燥、過篩。把混合原料裝過篩。把混合原料裝入石墨坩堝，在入石墨坩堝，在0.1MPa的的Ar氣中，于氣中，于1 500l 7

33、00保溫保溫2h，脫碳后熱壓燒結(jié)為脫碳后熱壓燒結(jié)為SiCw/Si3N4納米復(fù)合材納米復(fù)合材料。料。 7/5/202238l 該方法該方法與外加晶須法相比與外加晶須法相比，具有工藝簡單，具有工藝簡單，價格便宜，晶須分布均勻，大大減輕了晶須對價格便宜，晶須分布均勻，大大減輕了晶須對人體的危害等優(yōu)點。人體的危害等優(yōu)點。l所制備的復(fù)合材料，所制備的復(fù)合材料，具有較高的高溫強度具有較高的高溫強度。這。這是由于是由于Si3N4顆粒表面的顆粒表面的SiO2薄層被薄層被C還原，減還原，減少了復(fù)合材料內(nèi)玻璃相含量的結(jié)果。用該復(fù)合少了復(fù)合材料內(nèi)玻璃相含量的結(jié)果。用該復(fù)合材料制成的刀具，可加工硬質(zhì)合金刀具難以加材料

34、制成的刀具，可加工硬質(zhì)合金刀具難以加工的材料。工的材料。 7/5/202239 推推 薦薦 文文 章章7/5/2022407/5/2022417/5/202242A: 提高反應(yīng)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，盡可能使反應(yīng)趨向完全及提高反應(yīng)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，盡可能使反應(yīng)趨向完全及剩余反應(yīng)物的處理；剩余反應(yīng)物的處理；B: 致密化相對困難，需采取熱壓燒結(jié)技術(shù)；致密化相對困難，需采取熱壓燒結(jié)技術(shù)；C：晶須生成的均勻性問題。：晶須生成的均勻性問題。7/5/2022435.4金屬基納米復(fù)合材料金屬基納米復(fù)合材料 定義：定義： 以金屬及合金為基體，與一種或幾種金屬以金屬及合金為基體，與一種或幾種金屬或非金屬納米級增強相結(jié)合的

35、復(fù)合材料?；蚍墙饘偌{米級增強相結(jié)合的復(fù)合材料。 性能：性能：機械性能好、剪切強度高、工作溫度較高、機械性能好、剪切強度高、工作溫度較高、耐磨損、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、不吸濕不吸氣、尺寸穩(wěn)耐磨損、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、不吸濕不吸氣、尺寸穩(wěn)定、不老化等優(yōu)點，因此引起各國的重視。定、不老化等優(yōu)點，因此引起各國的重視。 金屬基納米復(fù)合材料制備成本高，除航空航天高技術(shù)領(lǐng)域金屬基納米復(fù)合材料制備成本高，除航空航天高技術(shù)領(lǐng)域外，還沒有得到廣泛應(yīng)用外，還沒有得到廣泛應(yīng)用7/5/202244l金屬基納米復(fù)合材料目前主要有：鋁基、鈦基、金屬基納米復(fù)合材料目前主要有：鋁基、鈦基、鎂基和高溫合金基。鎂基和高溫合金基。l制備工藝主要有

36、如下四大類制備工藝主要有如下四大類:l 固相法固相法l液相法液相法l噴射與噴涂沉積法噴射與噴涂沉積法l原位復(fù)合法原位復(fù)合法7/5/202245 5.4.1固相法固相法l將增強體材料與金屬粉末混將增強體材料與金屬粉末混合均勻合均勻l進行封裝、除氣進行封裝、除氣l采用冷等靜壓采用冷等靜壓(CIP)、熱等、熱等靜壓靜壓(HIP)或無壓燒結(jié)，以或無壓燒結(jié)，以提高復(fù)合材料的致密性提高復(fù)合材料的致密性l經(jīng)過二次加工經(jīng)過二次加工(熱擠壓、熱熱擠壓、熱軋等軋等)才能獲得金屬基納米才能獲得金屬基納米復(fù)合材料零件毛坯。復(fù)合材料零件毛坯。 粉末冶金粉末冶金(PM)工藝工藝:7/5/2022467/5/2022477

37、/5/2022487/5/202249原料原料: 電解電解Cu 粉粉(純度純度9919 % ,粒度粒度74m)和和SiO2 粉粉(純度純度9919 % ,粒度粒度50nm) 為。為。將預(yù)先經(jīng)過退火處理的粉末將預(yù)先經(jīng)過退火處理的粉末混合成均勻試樣混合成均勻試樣, 經(jīng)過濕磨、造經(jīng)過濕磨、造粒粒,壓制壓制成規(guī)格為成規(guī)格為40mm8mm 5mm 的試樣的試樣(壓力機壓制壓力機壓制力為力為15t ,保壓保壓30s) 將成型后的試樣放入瓷舟中用將成型后的試樣放入瓷舟中用Al2O3 粉末將試樣完全覆蓋后粉末將試樣完全覆蓋后(Al2O3 粉末的主要作用是用作保溫劑粉末的主要作用是用作保溫劑,同時將各個試樣分割

38、同時將各個試樣分割開開,防止燒結(jié)時粘結(jié)到一起防止燒結(jié)時粘結(jié)到一起) 放入放入GK22D 高溫擴散爐中高溫擴散爐中,通入通入H2 作為保護氣氛作為保護氣氛,在在890 溫度下溫度下燒結(jié)燒結(jié)。7/5/2022505.4.2液相法液相法(熔鑄法熔鑄法)l包括包括: 壓鑄成型法、半固態(tài)復(fù)合鑄造法、液態(tài)壓鑄成型法、半固態(tài)復(fù)合鑄造法、液態(tài)滲透法等。滲透法等。l這些方法的這些方法的共同特點共同特點:金屬基體在制備復(fù)合材金屬基體在制備復(fù)合材料時均處于液態(tài)。料時均處于液態(tài)。l液相法是目前制備納米顆粒、納米晶片、納米液相法是目前制備納米顆粒、納米晶片、納米晶須增強金屬基復(fù)合材料的晶須增強金屬基復(fù)合材料的主要方法主

39、要方法。l優(yōu)點：優(yōu)點：與固相法相比，液相法的工藝及設(shè)備相與固相法相比，液相法的工藝及設(shè)備相對簡便易行；和傳統(tǒng)金屬材料的成型方法，如對簡便易行；和傳統(tǒng)金屬材料的成型方法，如鑄造、壓鑄等非常相似，制備成本較低。因此，鑄造、壓鑄等非常相似，制備成本較低。因此，液相法得到較快發(fā)展。液相法得到較快發(fā)展。7/5/202251 1壓鑄成型法壓鑄成型法(SC)l壓鑄成型法：壓鑄成型法：在壓力的作用下，將液態(tài)或半液態(tài)金屬在壓力的作用下，將液態(tài)或半液態(tài)金屬和納米增強體混合，以一定速度充填壓鑄模型腔，在和納米增強體混合，以一定速度充填壓鑄模型腔，在壓力下快速凝固成型而制備金屬基納米復(fù)合材料的工壓力下快速凝固成型而制

40、備金屬基納米復(fù)合材料的工藝方法。藝方法。壓鑄工藝：壓鑄工藝： 1）將包含有納米增強體的金屬熔體）將包含有納米增強體的金屬熔體倒入預(yù)熱模具倒入預(yù)熱模具中；中；2）迅速加壓，壓力約為）迅速加壓，壓力約為70100MPa；液態(tài)金屬基納米復(fù)合材料；液態(tài)金屬基納米復(fù)合材料在壓力下快速凝固在壓力下快速凝固;3）等復(fù)合材料完全）等復(fù)合材料完全固化后頂出固化后頂出，即，即制得所需形狀及尺寸的金屬基納米制得所需形狀及尺寸的金屬基納米復(fù)合材料的坯料或壓鑄件。復(fù)合材料的坯料或壓鑄件。7/5/202252壓鑄成型工藝中，影響復(fù)合材料成型的工壓鑄成型工藝中，影響復(fù)合材料成型的工藝因素：藝因素：l為了獲得無孔隙的復(fù)合材料

41、，一般壓力不低于為了獲得無孔隙的復(fù)合材料，一般壓力不低于50MPa，加壓，加壓速度一般為速度一般為13cm/s，對于鋁基復(fù)合材料，熔融金屬的溫度，對于鋁基復(fù)合材料，熔融金屬的溫度一般為一般為700800。模具預(yù)熱溫度一般控制在。模具預(yù)熱溫度一般控制在500800。l優(yōu)點：優(yōu)點：采用壓鑄成型法生產(chǎn)的鋁基復(fù)合材料的零部件，其組采用壓鑄成型法生產(chǎn)的鋁基復(fù)合材料的零部件，其組織細化、無氣孔，性能優(yōu)良。與其他制備方法相比，壓鑄成織細化、無氣孔，性能優(yōu)良。與其他制備方法相比，壓鑄成型工藝設(shè)備簡單，成本低，材料的質(zhì)量高且穩(wěn)定，易于工業(yè)型工藝設(shè)備簡單，成本低，材料的質(zhì)量高且穩(wěn)定，易于工業(yè)化生產(chǎn)?；a(chǎn)。 熔融

42、金屬的溫度熔融金屬的溫度模具預(yù)熱溫度模具預(yù)熱溫度使用的最大壓力使用的最大壓力加壓速度加壓速度7/5/2022532半固態(tài)復(fù)合鑄造法半固態(tài)復(fù)合鑄造法(CC)l將納米第二相將納米第二相(主要是納米顆粒主要是納米顆粒)加入處于半固加入處于半固態(tài)的金屬基體中，通過攪拌使納米顆粒在金屬態(tài)的金屬基體中，通過攪拌使納米顆粒在金屬基體中均勻分布，并取得良好的界面結(jié)合，然基體中均勻分布，并取得良好的界面結(jié)合，然后澆注成型，或?qū)牍虘B(tài)復(fù)合材料注入模具進后澆注成型，或?qū)牍虘B(tài)復(fù)合材料注入模具進行壓鑄成型。行壓鑄成型。7/5/2022547/5/2022557/5/202256附加液相法附加液相法7/5/202257

43、 1噴涂沉積法噴涂沉積法 噴涂沉積主要原理：噴涂沉積主要原理：以等離子體或電弧加熱金屬粉末和以等離子體或電弧加熱金屬粉末和增強體粉末，通過噴涂氣體噴涂沉積到基板上。增強體粉末，通過噴涂氣體噴涂沉積到基板上。5.4.3 噴射與噴涂沉積法噴射與噴涂沉積法 在低壓等離子沉積中，在低壓等離子沉積中，金屬粉末金屬粉末在高速等離子體中在高速等離子體中熔化，形成高速金屬熔滴沉積在基板上熔化，形成高速金屬熔滴沉積在基板上; 熔滴固化后再用熔滴固化后再用增強體粉末增強體粉末經(jīng)等離子體熔化，噴經(jīng)等離子體熔化，噴涂沉積在已固化的金屬基體層上。涂沉積在已固化的金屬基體層上。 交替分層沉積交替分層沉積，就可以形成結(jié)合較

44、差，但為連續(xù)的，就可以形成結(jié)合較差，但為連續(xù)的層狀復(fù)合材料?？梢圆捎脙蓚€等離子體噴槍交替使用。層狀復(fù)合材料?？梢圆捎脙蓚€等離子體噴槍交替使用。 一般所形成的層狀復(fù)合材料還需要進行一般所形成的層狀復(fù)合材料還需要進行熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)，提高增強材料與基體金屬的結(jié)合。提高增強材料與基體金屬的結(jié)合。7/5/202258 2噴射沉積法噴射沉積法(OSC)A： 將基體金屬在坩堝中經(jīng)熔將基體金屬在坩堝中經(jīng)熔煉后，在壓力作用下，通過煉后，在壓力作用下，通過噴嘴送入霧化器，在高速惰噴嘴送入霧化器，在高速惰性氣體射流的作用下，液態(tài)性氣體射流的作用下，液態(tài)金屬被分散為細小的液滴，金屬被分散為細小的液滴，形成所謂形成所

45、謂“霧化錐霧化錐”。B：通過一個或多個噴嘴向：通過一個或多個噴嘴向“霧化錐霧化錐”噴入增強顆粒噴入增強顆粒，使之與金屬霧化液滴一起在使之與金屬霧化液滴一起在基板上沉積，并快速凝固形基板上沉積，并快速凝固形成顆粒增強金屬基復(fù)合材料。成顆粒增強金屬基復(fù)合材料。 工藝過程：工藝過程：7/5/202259即噴射沉積法即噴射沉積法7/5/202260l噴射與噴涂沉積工藝的最大特點：噴射與噴涂沉積工藝的最大特點： A：增強材料與金屬基體的：增強材料與金屬基體的潤濕性要求低潤濕性要求低； B：增強材料與熔融金屬基體的接觸時間短，：增強材料與熔融金屬基體的接觸時間短，界界面反應(yīng)量少。面反應(yīng)量少。 C：通過噴射

46、與噴涂沉積工藝，可以使許多金屬：通過噴射與噴涂沉積工藝，可以使許多金屬基體，如鋁、鎂、鋼、高溫合金等，與各種納基體，如鋁、鎂、鋼、高溫合金等，與各種納米陶瓷顆粒、晶須、纖維復(fù)合，即米陶瓷顆粒、晶須、纖維復(fù)合，即基體金屬的基體金屬的選擇范圍廣。選擇范圍廣。7/5/2022615.4.4原位復(fù)合法原位復(fù)合法(In situ)l 在金屬基納米復(fù)合材料制備過程中，往往會遇到增在金屬基納米復(fù)合材料制備過程中，往往會遇到增強體與金屬基體之間的強體與金屬基體之間的相容性問題相容性問題，即增強體與金屬，即增強體與金屬基體的基體的潤濕性要求潤濕性要求。同時，無論是固相法還是液相法，。同時，無論是固相法還是液相法

47、，增強體與金屬基體之間在界面上都存在有增強體與金屬基體之間在界面上都存在有界面反應(yīng)界面反應(yīng)。它影響到金屬基納米復(fù)合材料在高溫制備時和高溫應(yīng)它影響到金屬基納米復(fù)合材料在高溫制備時和高溫應(yīng)用中的性能和穩(wěn)定性。用中的性能和穩(wěn)定性。7/5/202262如果增強體如果增強體(納米顆粒、晶須、纖維等納米顆粒、晶須、纖維等)能從金屬能從金屬基體基體中直接中直接(即原位即原位)生成生成的話，則上述相容性問的話，則上述相容性問題可以得到較好的解決。因為原位生成的增強體題可以得到較好的解決。因為原位生成的增強體與金屬基體與金屬基體界面結(jié)合良好界面結(jié)合良好，生成相的，生成相的熱力學(xué)穩(wěn)定熱力學(xué)穩(wěn)定性好性好。也。也不存

48、在增強體與金屬基體之問的潤濕和不存在增強體與金屬基體之問的潤濕和界面反應(yīng)等問題界面反應(yīng)等問題。這就是原位復(fù)合法。這就是原位復(fù)合法。7/5/2022631共晶定向凝固法共晶定向凝固法l共晶定向凝固法要求合金成分為共共晶定向凝固法要求合金成分為共晶或接近共晶成分。定向凝固時，晶或接近共晶成分。定向凝固時，參與共晶反應(yīng)的參與共晶反應(yīng)的兩相同時從液相中兩相同時從液相中生成生成，其中一相是納米級的棒狀，其中一相是納米級的棒狀(單單晶為晶須，多晶為纖維晶為晶須，多晶為纖維)、片狀規(guī)則、片狀規(guī)則排列生成。排列生成。7/5/2022642直接氧化法直接氧化法(DMOX)l直接氧化法制備金屬基納米復(fù)合材料的直接

49、氧化法制備金屬基納米復(fù)合材料的原材料中沒有原材料中沒有填充物和納米增強相填充物和納米增強相，只是通過基體金屬的氧化來獲，只是通過基體金屬的氧化來獲得復(fù)合材料。得復(fù)合材料。l原理原理: 利用氣液反應(yīng)，讓高溫熔融金屬液利用氣液反應(yīng)，讓高溫熔融金屬液(如如Al、Ti、Zr等等)暴露于空氣中，使其表面首先氧化生成一層氧暴露于空氣中，使其表面首先氧化生成一層氧化膜化膜(如如Al2O3、TiO2、ZrO2等等)。里層金屬液再通過。里層金屬液再通過氧化層逐漸向表層擴散，到達表面時，金屬液中少量氧化層逐漸向表層擴散，到達表面時，金屬液中少量金屬便被氧化，進而逐漸蔓延開來，最終形成金屬基金屬便被氧化，進而逐漸蔓

50、延開來，最終形成金屬基納米復(fù)合材料。納米復(fù)合材料。7/5/202265l例如制備例如制備Al2O3p/Al，可通過鋁液的氧化來獲得，可通過鋁液的氧化來獲得Al2O3p納米增強相。納米增強相。l通常鋁合金表面迅速氧化，形成氧化鋁膜。這層通常鋁合金表面迅速氧化，形成氧化鋁膜。這層氧化鋁膜使得氧無法進一步滲透氧化鋁膜使得氧無法進一步滲透，從而阻止了鋁，從而阻止了鋁進一步氧化。進一步氧化。l為了解決這一問題，可把熔化溫度控制在為了解決這一問題，可把熔化溫度控制在9001 330，遠超過鋁的熔點，遠超過鋁的熔點660。并且加入促進。并且加入促進氧化反應(yīng)的合金元素氧化反應(yīng)的合金元素Si和和Mg，使熔化金屬

51、通過顯，使熔化金屬通過顯微通道滲透到氧化層外邊，并順序氧化。即鋁被微通道滲透到氧化層外邊，并順序氧化。即鋁被氧化而鋁液的滲透通道未被堵塞。該工藝可以根氧化而鋁液的滲透通道未被堵塞。該工藝可以根據(jù)氧化程度來控制據(jù)氧化程度來控制Al2O3量。量。7/5/2022667/5/2022677/5/2022683反應(yīng)合成法反應(yīng)合成法(RS)l定義：定義：借助于合金設(shè)計，在一定條件下，在金屬基體內(nèi)原借助于合金設(shè)計，在一定條件下，在金屬基體內(nèi)原位反應(yīng)形核生成一種或幾種熱力學(xué)穩(wěn)定的納米增強相的一位反應(yīng)形核生成一種或幾種熱力學(xué)穩(wěn)定的納米增強相的一種復(fù)合方法。種復(fù)合方法。l納米增強相納米增強相一般是具有高硬度、高

52、彈性模量和高的高溫強一般是具有高硬度、高彈性模量和高的高溫強度的陶瓷材料。如度的陶瓷材料。如SiC、TiC、TiN、Si3N4、TiB2等。等。l所形成的增強相的形態(tài)可以是所形成的增強相的形態(tài)可以是：納米顆粒、晶須、晶片、：納米顆粒、晶須、晶片、纖維等。纖維等。l基體往往為傳統(tǒng)的金屬材料，基體往往為傳統(tǒng)的金屬材料，如如AI、Mg、Ti、Fe、Cu等等金屬及其合金，或金屬及其合金，或(Ni-Ti)、(Al-Ti)等金屬間化合物復(fù)合，等金屬間化合物復(fù)合，可望得到具有優(yōu)良性能的結(jié)構(gòu)材料、功能材料和智能材料?？赏玫骄哂袃?yōu)良性能的結(jié)構(gòu)材料、功能材料和智能材料。7/5/2022697/5/2022707

53、/5/2022717/5/202272l (1)一般而言，一般而言，增強體表面無污染增強體表面無污染，并且由于避免，并且由于避免了與金屬基體浸潤不良的問題，與金屬基體結(jié)合良好；了與金屬基體浸潤不良的問題，與金屬基體結(jié)合良好；l (2)增強體增強體大小和分布較容易控制，并且數(shù)量可在大小和分布較容易控制，并且數(shù)量可在較大范圍內(nèi)調(diào)整；較大范圍內(nèi)調(diào)整；l (3)在保持材料較好的韌性和高溫性能的同時，可在保持材料較好的韌性和高溫性能的同時，可較大幅度地提高較大幅度地提高材料材料的強度和彈性模量；的強度和彈性模量；l (4)具有工藝簡便，成本低的特征，并且可制得形具有工藝簡便，成本低的特征，并且可制得形狀

54、復(fù)雜、尺寸大的構(gòu)件，是最有前途實現(xiàn)工業(yè)化的方狀復(fù)雜、尺寸大的構(gòu)件，是最有前途實現(xiàn)工業(yè)化的方法之一。法之一。與傳統(tǒng)的復(fù)合工藝相比，反應(yīng)合成法的特點是：與傳統(tǒng)的復(fù)合工藝相比，反應(yīng)合成法的特點是：7/5/202273 55高分子基納米復(fù)合材料高分子基納米復(fù)合材料l在塑料中加入納米增強相在塑料中加入納米增強相，可增加表面硬度、減少成，可增加表面硬度、減少成型收縮率、消除成型裂紋、改善阻燃性、改進熱性能型收縮率、消除成型裂紋、改善阻燃性、改進熱性能和導(dǎo)電性等。和導(dǎo)電性等。l在橡膠中加入碳黑在橡膠中加入碳黑(一般都是納米級顆粒一般都是納米級顆粒)，可以改進，可以改進其強度和耐磨性，同時保持其必要的高彈性。

55、其強度和耐磨性，同時保持其必要的高彈性。l在熱固性樹脂中加入納米金屬粉在熱固性樹脂中加入納米金屬粉，則構(gòu)成硬而強的低，則構(gòu)成硬而強的低溫焊料或稱導(dǎo)電復(fù)合材料。溫焊料或稱導(dǎo)電復(fù)合材料。l在塑料中加入高含量的鉛納米粉在塑料中加入高含量的鉛納米粉可以起隔音作用，屏可以起隔音作用，屏蔽蔽射線。射線。l在碳氟聚合物中加入納米金屬粉在碳氟聚合物中加入納米金屬粉可以增加導(dǎo)熱性、降可以增加導(dǎo)熱性、降低熱膨脹系數(shù)，并大大地減小磨損率，可作軸承材料。低熱膨脹系數(shù)，并大大地減小磨損率，可作軸承材料。7/5/202274 物質(zhì)在加熱時能發(fā)生流動變形，冷卻后可以保持物質(zhì)在加熱時能發(fā)生流動變形，冷卻后可以保持一定形狀的性質(zhì)。很容易進行擠出、注射或