顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝

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1、顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)

2、合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝２００８年２７卷第７期稀有金屬快報(bào)１顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料的原位合成工藝艾桃桃（陜西理工學(xué)院，陜西漢中）７２３００３摘要：介紹了顆粒強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料（ＭＭＣｓ）的原位合成工藝，工藝主要可分為：固－液、固－固、液－液、氣－液和氣－固反應(yīng)５類，并分別對(duì)各類合成工藝的合成方法、優(yōu)缺點(diǎn)、研究進(jìn)展進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。最后對(duì)目前原位合成顆粒增強(qiáng)ＭＭＣｓ存在的問題作了歸納總結(jié)。關(guān)鍵詞：原位合成；ＭＭＣｓ；增強(qiáng)相中圖法分類號(hào)：ＴＢ３３３文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：１００８－５９３

3、９（２００８）０７－００１－０６金屬基復(fù)合材料（ＭＭＣｓ）是將堅(jiān)硬的陶瓷增強(qiáng)體復(fù)合到韌性的金屬或合金基體內(nèi)，使金屬的塑性和韌性與陶瓷的高強(qiáng)度和高模量有效結(jié)合，因此，具有高的剪切和壓縮變形強(qiáng)度以及高的高溫服役能力。ＭＭＣｓ的性能受增強(qiáng)體的尺寸、分布、體積分?jǐn)?shù)以及增強(qiáng)體和基體界面的本質(zhì)特征所控制［１，２］。從外界引入增強(qiáng)相或以攪拌方式直接將增強(qiáng)顆粒加入反應(yīng)熔體時(shí)，增強(qiáng)體的尺寸多在幾微米至幾十微米量級(jí)，很少小于１．０μｍ［１］。此外，增強(qiáng)體與基體間的界面反應(yīng)以及由于增強(qiáng)體的表面易受污染從而導(dǎo)致它與基體之間的潤濕性差等問題還難解決［３］。近年來，原位合成顆粒強(qiáng)化ＭＭＣｓ成為研究的新熱點(diǎn)。其增強(qiáng)

4、體是兩種或多種元素或化合物在基體內(nèi)通過化學(xué)反應(yīng)生成的。優(yōu)點(diǎn)為：①增強(qiáng)體在基體內(nèi)具有熱力學(xué)穩(wěn)定性，利于高溫服役工況；等人按反應(yīng)物進(jìn)行分類［５］。Ｔｊｏｎｇ和Ｍａ按合成過程中金屬基體和反應(yīng)物的溫度進(jìn)行分類［１］。本文將原位顆粒強(qiáng)化ＭＭＣｓ的合成工藝分為：固－液、固－固、液－液、氣－液和氣－固反應(yīng)法。１．１固－液反應(yīng)法固－液反應(yīng)法是指反應(yīng)物在金屬熔體內(nèi)以元素或化合物的形式通過原位化學(xué)反應(yīng)形成增強(qiáng)體，或者元素或化合物直接與液相里的組元反應(yīng)形成原位增強(qiáng)體。該反應(yīng)過程是一個(gè)溶劑輔助反應(yīng)過程，增強(qiáng)體通過擴(kuò)散反應(yīng)形成。具體可分為５種方法。（１）自蔓延高溫合成Ｍｅｒｚｈａｎｏｖ等［６］發(fā)現(xiàn)了自蔓延高溫合

5、成（ＳＨＳ）現(xiàn)象。這種方法利用反應(yīng)時(shí)的化學(xué)反應(yīng)熱以自加熱和自傳導(dǎo)作用，點(diǎn)燃粉末壓坯發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其生成熱又使鄰近的粉末溫度驟然升高，引發(fā)化學(xué)反應(yīng)并以燃燒波的形式蔓延通過整個(gè)反應(yīng)物，當(dāng)燃燒波推行前移時(shí)反應(yīng)物轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物。通常以氬氣或氮?dú)鉃楸Ｗo(hù)氣氛。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，要使ＳＨＳ能夠自發(fā)維持，必須滿足３個(gè)條件［１］：①反應(yīng)必須是高放熱反應(yīng)，利用前期反應(yīng)釋放的熱量進(jìn)行預(yù)熱，從而有利于維持燃燒波向前推進(jìn)；②反應(yīng)物之一必須是液相或氣相，從而有利于反應(yīng)物在燃燒波前沿的擴(kuò)散；③反應(yīng)體系的放熱速度必須②增強(qiáng)體與基體的界面干凈，潤濕性好，故界面的結(jié)合強(qiáng)度高；③增強(qiáng)體尺寸細(xì)小，分布均勻，增強(qiáng)效果顯著提高；④工藝簡

6、單且成本低。１原位合成工藝分類目前，原位合成工藝的分類存在不同的觀點(diǎn)。Ｋｏｃｚａｋ和Ｐｒｅｍｋｕｍａｒ按起始相進(jìn)行分類［４］。Ｄａｎｉｅｌ收稿日期：２００８－０４－０９作者簡介：艾桃桃，男，１９８１年生，講師，碩士，陜西理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西電話：１５６０９１６５１４５，Ｅ－ｍａｉｌ：ａｉｔａｏｔａｏ０１１６＠１２６．ｃｏｍ漢中７２３００３，２綜合評(píng)述大于熱量向環(huán)境的散失速度，否則ＳＨＳ反應(yīng)將會(huì)熄滅。ＳＨＳ法已被廣泛地用于陶瓷基體復(fù)合材料（ＣＭＣｓ）［７］或金屬間化合物基體復(fù)合材料（ＩＭＣｓ）［８］的制備。然而，用于制備原位ＭＭＣｓ的報(bào)道卻相對(duì)較少。與ＣＭＣｓ和ＩＭＣｓ相比，

7、采用ＳＨＳ制備ＭＭＣｓ的難度相對(duì)較大，是因?yàn)閷?duì)于前者，生成增強(qiáng)體和基體的反應(yīng)都是放熱的，而對(duì)于后者，惰性的基體合金作為一種稀釋劑會(huì)使燃燒波熄滅，從而導(dǎo)致反應(yīng)不徹底［９］。因此，只有對(duì)具有高反應(yīng)放熱的陶瓷增強(qiáng)體才適合于ＳＨＳ制備原位ＭＭＣｓ。此外，陶瓷增強(qiáng)體必須具有較高的體積分?jǐn)?shù)以維持ＳＨＳ燃燒波的進(jìn)行，因此，金屬的體積分?jǐn)?shù)要相應(yīng)地降低。Ｇｏｔｍａｎ等［１０］分別利用Ａｌ－Ｔｉ－Ｃ，Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ，Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ４Ｃ，Ａｌ－Ｔｉ－Ｃ－Ｂ體系壓坯的