[发明专利]高压气体辅助熔渗制备金属基复合材料的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料制备装置及技术领域，提供了一种高压气体辅助熔渗制备金属基复合材料的装置及方法。

背景技术

金属基复合材料具有优异的综合性能，可以满足在航空航天、先进武器系统、汽车及电子产业中对材料性能的更高综合要求，因此具有广阔的应用前景，在国内外得到了重点关注和迅速的发展。

影响金属基复合材料推广和应用的主要因素是材料性能和制备成本，复合材料的制备设备和方法在很大程度上决定了这两方面，因此研究和开发新型、高效的金属基复合材料制造设备和方法是复合材料领域的重要问题。

金属基复合材料的主要制备技术可以分为固态法和液态法。固态法以传统粉末冶金法和固相粘结法中的热等静压技术为代表（E.A. Ekimov, N.V. Suetin, A.F. Popovich, et al. Thermal conductivity of diamond composites sintered under high pressures. Diamond & related Materials, 2008, 17(4-5): 838-843; N.P. Cheng, C.M. Li, Q. Hui, et al. Effect of particle surface treatment on the microstructure and properties of SiC_p/AA6066 composites produced by powder metallurgy. Materials Science and Engineering A, 2009, 517(1-2): 249-256）。传统粉末冶金法是将设计成分的基体金属和第二相粉末通过混粉、压制和烧结过程实现材料的制备，可以应用于较简单形状复合材料零件的大批量生产，但存在显著缺点，即难以实现材料的完全致密化，影响材料性能；扩散粘结法的热等静压技术是将基体金属的粉末或箔与第二相按一定比例混合、排列后，放入包套中，在热等静压装置中加热、加压实现扩散粘结，得到金属基复合材料，显著改善了固态法制备中的致密化问题，但设备大型化、成本高，难于广泛推广，同时由于高温高压条件和较长的制备时间使得在复合材料制备工程中两相界面结构的精细控制难以实现。液态法是基体金属处于熔融状态下与第二相组成复合材料的方法，它主要包括搅拌铸造法和浸渗法。搅拌铸造法的原理是将第二相颗粒直接加入到基体金属熔体中，通过搅拌使第二相均匀分布，铸造成型，进一步改进可以把混合后的浆料在压力作用下挤压铸造成型，提高材料制备质量（J. Hashim, L. Looney, M.S. Hashmi. Metal matrix composites: production by the stir casting method. Journal of Materials Processing Technology. 1999, 92-93: 1-7; L. Geng, H.W. Zhang, H.Z. Li, et al. Effects of Mg content on microstructure and mechanical properties of SiC_p/Al-Mg composites fabricated by semi-solid stirring technique. Transaction of Nonferrous Metals Society of China, 2010, 20(10): 1851-1855），但此方法有着难以克服的缺点，就是第二相分布难以控制，均匀性差，同时对于细小颗粒极易出现团簇现象，显微组织不具有重复性。