高新金属材料9:高温及其他金属基复合材料

2020年01月13日 9:4 1829次浏览 来源: 快彩网极速快3计划   分类: 新材料前沿   作者:

快彩网极速快3计划 www.ofehb.tw 导读: 使用温度≥1000℃的金属基复合材料可称为高温材料,主要是镍基、铁基等耐热合金、金属间化合基的复合材料,其中,镍基、铁基高温合金基体复合材料较为成熟。制造这类合金的方法有两种。

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高温金属基复合材料

使用温度≥1000℃的金属基复合材料可称为高温材料,主要是镍基、铁基等耐热合金、金属间化合基的复合材料,其中,镍基、铁基高温合金基体复合材料较为成熟。制造这类合金的方法有两种。

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难熔金属增强型

主要采用钨、钼等难熔合金丝作为增强物,镍或铁作为基体,采用热压扩散结合工艺或粉末冶金法制备。图1为钨丝增强高温合金基复合材料制备航空发动机叶片、导向叶片工艺过程示意图。

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定向凝固共晶复合材料

定向凝固共晶复合材料又称原位生成自增强复合材料。选用合适的共晶成分高温合金,在定向凝固条件下使共晶两相以层片或纤维状增强相按单向凝固结晶方向同时有规则地排列生长,以达到增强效果。采用的高温合金主要有Ni-TaC、Co-TaC、Ni-Cr-AINb系γ-γ′-S型和NI3AI-NI3Nb金属间化合物型等。

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颗粒增强铜基复合材料

TiB2/Cu复合材料和TiB2陶瓷材料的性能见表1。由所示资料可见,由于Cu的加入,TiB2/Cu复合材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性均有很大提高。由于粘结剂Cu的熔点只有1083℃,在燃烧合成过程中会熔化。熔融Cu在加压过程中会有效地流入原位生成的TiB2颗粒间隙内,同时对TiB2粒子的重排提供润滑,因而Cu的添加明显改变了材料的致密化行为。

纯铜及部分高铜合金有优秀的导电与导热性能,但它们的强度不高,高温下抗变形能力相当弱,虽然可通过合金化或冷变形提高它们的强度,但导电性和耐热性却有较大下降,高强度、高电导率的耐热铜合金是当前的重要研究课题,研究表明,氧化物弥散强化铜合金的这三项性能可很好地集于一身。

采用内氧化工艺制备的铜基复合材料含0.89%增强物AI2O3,增强物含量与用机械合金化工艺制备的相等。两种复合材料经烧结、挤压和冷拔后的性能列于表2。复合材变形率与强度的关系、其硬度与退火温度的关系分别示于图2及图3。由图可见,用内氧化工艺制备的铜基复合材料的力学性能和耐热性能优于机械合金化工艺制造的。压力加工工艺对这两种复合材料的影响等同,冷加工对它们的电导率几乎没有多大影响,但机械合金化材料的电导率明显大于内氧化复合材料的。

晶须类增强体

晶须是人工培植的细小单晶,这类单晶的组织结构缺陷很少,强度和模量,直径0.2μm~1μm,长几十μm??筛莼С煞纸欠治禾沾删牒徒鹗艟?。陶瓷晶须包括氧化物(Al2O3、BeO)的和非氧化物的(Si3N4、SiC等),金属晶须有Cu、Cr、Fe、Ni晶须等,用于金属基复合材料的晶须为SiC、Al2O3等。晶须制造工艺相当复杂,生产成本远比颗粒的高,以它们增强的复合材料多用粉末冶金法和挤压铸造法制造,复合材料性能大都各向同性。

石墨烯增强体

石墨稀是一种由碳原子组成的六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,被誉为新材料之王,拥有最薄、最硬、热导率最高、电阻率最低、光学特性优异等优势。2004年10月的一天,英国曼斯特(Manchester)大学海姆(Heim)和团队成员,在实验室偶然间斯开粘住石墨片的塑料胶带,之后不断重复这一过程,最终得到由单层碳原子构成的二维碳膜,这就是石墨烯。此后,他们专注于此,2009年发现了石墨烯“量子霍尔效应”,并于2010年折桂诺贝尔物理学奖。

目前,中国在石墨烯研究和应用开发最为活跃的国家之一,起着引领作用,在全球石墨烯专利中,中国获得的占60%以上。初期石墨烯是从高纯墨上“剥离”下来的,现在是工业化生产的,即使已能商业化生产,但价格仍较高。

责任编辑:淮金

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