目前应用最广泛的增强材料有:氮化物,如AlN、Si3N4 等;碳化物,如SiC、B4C、 TiC等; 氧化物,如SiO2、A1203; 以及C、Si等。近年来,因为在高温铁水中具有良好的润湿性[4],WC增强粒子也被广泛应用于工程结构用金属基复合材料的研究中。常用的颗粒增强相的一部分性能见表1-l。From+优·尔*论^文W网wWw.YouErw.com 加QQ752018.766
1。1。3 颗粒增强机制
若要强化PRMMC,主要通过两种机制进行: 一种是基体通过其与强化相的界面将应力传给强化颗粒从而使强化颗粒的载荷得以继续传递下去的机制,另一种是在温度较高的情况下,位错的强化效果可以通过基体的塑性得到明显提高。基体的塑性通过位错滑移来得到,而位错的滑移可以被第二相阻碍从而在强化颗粒前产生位错塞积群及应力集中,进而使基体产生加工硬化并且得到强化。若第二相较小,则位错能绕过较小的强化相并且增多,从而产生Orawan强化,并且强化颗粒间的距离越小,颗粒尺寸越小,强化产生的效果就越明显。在传递载荷的过程中,扩展裂纹因为基体的部分应力被强化颗粒承载而发生偏转,从而使裂纹的扩展路径发生曲折,曲折的路径所消耗的断裂能就较多,从而提高了材料的强度[5]。
MC碳化物是常见的高温合金中强化相之一。有研究表明[6],存在于晶界的分散颗粒状M C碳化物能阻止晶界迁移,以提高合金的蠕变强度和持久强度。若MC碳化物弥散分布于晶内,还可以起到晶内强化的作用。
1。1。4颗粒增强金属基复合材料的综合性能
以金属为基体的颗粒增强型复合材料具有较高的比刚度、比强度、低热膨胀系数以及良好的抗疲劳性、耐磨性和断裂韧性,所以成为了最具有广泛应用前景的以金属为基体的复合材料[7-8]。
(l)耐磨性好: 因为陶瓷材料的化学性质稳定、硬度高、耐磨性好,所以金属基体中加入大量的陶瓷颗粒物,尤其是细小的陶瓷颗粒,不但提高了材料的刚度和强度,而且提高了基体的耐磨性和硬度;
(2)导热、导电性能优良: 以金属为基体的复合材料中,金属基体占很高的体积分数,一般大于40%。因而金属所具有的优良的导电和导热性能仍然被保留下来。良好的导热性能有效地传热,减少受热后的构件因传热阻力而产生的温度梯度。这一特点对高集成度的电子器件和尺寸稳定性要求高的构件而言至关重要;
(3)热膨胀系数小,尺寸稳定性好:在以金属为基体的复合材料中所用的颗粒、晶须和增强物纤维等均具有很高的模量和很小的热膨胀系数,因而能使材料整体具有较金属基体小的热膨胀系数,较好的尺寸稳定性;
(4)良好的高温性能:因为在耐高温方面金属基体要比聚合物材料高很多,并且颗粒、增强纤维、晶须等增强物质在高温下又都有很高的模量和强度。所以以金属为为基体的复合材料的高温性能比基体更高;
(5) 高比强度、比模量: 由于基体中加入了适量的高模量、高强度、低密度的晶须、纤维、颗粒等增强物。因此提高了复合材料整体的比强度和比模量;
(6)良好的疲劳性能和断裂韧性:金属基体的界面与纤维等增强物的结合状态决定金属基复合材料的断裂韧性和疲劳性能。
1。2 颗粒增强金属基复合材料的制备
PRMMC按照增强颗粒的来源可分为原位(In-situ)和非原位(Ex-situ)两种,与此相应的PRMMC制备技术可分为原位合成技术(In-situ Synthesis)和非原位(Ex-situ Synthesis)合成技术两类[9-10]。