颗粒增强铝基复合材料已实现在航空领域的应用,如直升机旋翼连接件、飞机腹鳍、发动机风扇出口导流叶片等均采用了粉末冶金法制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
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以纯铝或铝合金为基体,并以其他金属、非金属或金属间化合物等颗粒为增强体的复合材料。
颗粒增强铝基复合材料已实现在航空领域的应用,如直升机旋翼连接件、飞机腹鳍、发动机风扇出口导流叶片等均采用了粉末冶金法制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
航空用颗粒增强铝基复合材料主要是以铝-铜-镁系、铝-硅-镁系、铝-锌-镁(-铜)系或铝-铁系铝合金为基体,常用的增强颗粒主要有碳化硅、氧化铝、碳化硼、二硼化钛等。颗粒增强铝基复合材料的耐热温度通常为100~250℃,具有高强度(抗拉强度通常超过500兆帕)、高模量(弹性模量通常超过90吉帕)、良好的耐磨和抗疲劳性能、低线膨胀系数等综合性能,并呈现各向同性的特点。
20世纪80年代出现了第一代颗粒增强铝基复合材料,其主要特征是高硬度、高模量和高耐磨性。21世纪初,用于航空的第二代颗粒增强铝基复合材料趋于成熟,其主要特征是采用高性能粉末铝合金作基体,增强颗粒在铝基体中分布均匀、抗断裂和抗疲劳性能优异、产品质量稳定。
根据增强体的尺寸,颗粒增强铝基复合材料可分为微米颗粒增强型、纳米颗粒增强型和微米/纳米复合增强型。根据增强体的种类,也可分为单一颗粒增强型和两种或两种以上颗粒的混杂增强型,如碳化硅颗粒增强铝基复合材料,氧化铝颗粒增强铝基复合材料,碳化硅/石墨颗粒增强铝基复合材料等。用于航空的主要是碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
根据增强体的加入方式,颗粒增强铝基复合材料制备方法可分为外加颗粒和内生颗粒两种。①外加颗粒制备法。增强体是通过直接或预处理后加入纯铝或铝合金基体的方式来实现,在复合材料的制备过程中依靠物理或冶金结合,如粉末冶金法、熔体浸渗法等。②内生颗粒制备法。通过与铝熔体的化学反应原位生成颗粒增强体来实现,如通过氟钛酸钾和氟硼酸钾与铝熔体的化学反应原位生成的二硼化钛颗粒等。航空用颗粒增强铝基复合材料的制备方法主要包括粉末冶金法和熔体浸渗法。