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【环氧板】材料的性能特点

在金属基体中引入强度、刚度更好的增强体制备金属基环氧板材料可有效提高金属的比强度、比刚度、抗疲劳以及摩擦磨损性能,降低金属的热膨胀系数,有利于提升金属材料的效能和拓展金属材料的应用领域。金属基环氧板材料已经在航空航天、汽车、微电子等领域获得了广泛应用。随着研究的深人,许多新型高性能金属基环氧板材料不断涌现,丰富了金属基环氧板材料的材料体系。


金属基环氧板材料的性能特点、应用和成本等较高程度依赖于制备工艺方法。金属的熔点较高,制备温度较高;对增强体表面润湿性较差,甚至不润湿;易与增强体发生界面反应生成脆性相,这些因素都会损害金属基环氧板材料的性能。与聚合物基环氧板材料相比,金属基环氧板材料的制备工艺较为复杂和困难。开发高效、低成本制备工艺一直是金属基环氧板材料研究的重点。金属基环氧板材料制备工艺的关键内容主要包括:①基体与增强剂的选择,基体与增强剂的结合;②界面的形成及其机制,界面产物的控制及界面设计;③增强剂在基体中的均匀分布;④制备工艺方法及参数的选择和优化;⑤制备成本的控制和降低,工业化应用的前景等。


由于金属所固有的物理化学性质与增强材料差别很大,造成二者环氧板过程中存在一些问题,主要难点如下:


(1)增强材料与金属基体润湿性差。绝大多数金属基体对陶瓷增强材料润湿性差,甚至不润湿,造成界面不相容,环氧板困难。一般需要对金属基体进行合金改性或对增强材料进行表面处理以提高基体对增强体的润湿性。


(2)高温环氧板过程中发生不利的化学反应。金属基环氧板材料制备需要很高的温度(接近或超过金属基体的熔点)。在高温下,金属基体往往会与增强材料发生界面反应,对增强材料造成损伤,降低增强效果。对界面反应可以加以利用以提高二者的界面结合强度,但界面反应产物往往是脆性相,在外载荷作用下容易产生裂纹,成为环氧板材料整体失效的裂纹源,降低环氧板材料的整体性能。因此,界面反应需合理控制。


(3)增强材料在金属基体中的均勾分布。增强材料在金属基体中的分布情况对环氧板材料性能有重要影响。增强材料种类很多,连续纤维短切纤维、晶须、颗粒等材料的尺寸形态和理化性能不同,在金属基体均匀分散困难,如何提高增强材料在基体中的分散性是制备工艺研究中的关键问题。


因此,一般来讲,有效的制备工艺应满足以下基本要求:


(1)制备过程应使增强相按安设计要求均匀地分布于金属基体中,满足环氧板材料的结构和强度等设计要求。


(2)新备过程不应降低增强相和基体相的原有性能。特别是不能对高性能增强材料(如碳204纤维)造成损伤。


(3)制备过程应尽量避免增强相和


发挥环氧板材料的界面效应、混杂效属基体的不利化学反应,制得合适的界面结构,充分(4)工艺简单,成本低,适合文应或环氧板合效应,达到增强材料的增强效果。


免或减少后续二次加工。目前,金属基环氧板材料主


浸渗法、液态金属搅拌法、共喷要的制备工艺有粉末冶金法、扩散结合法、挤压铸造法、液态金属备工艺、液态制备工艺、原位沉积法和原位反应法等。归纳起来可分为以下几大类:固态制法,发展速度非常迅猛,在第1自生法及其他方法。


(1)固态制备工艺。百态制备工艺是指金属基体在处于固态情况下与增强体材料按照设计要求均匀混合,经过加热加压制备环氧板材料的方法。整个制备过程温度较低,金属基体与增强体之间的男面反应可得到一定控制。固态制备工艺包括粉末冶金法、扩散结合法、轧制法、挤压法和拉拔法、锻造法以及爆炸焊接法等方法。


(2)液态制备工艺。液态制备工艺是指金属基体处于液态熔融情况下与固态增强体环氧板制备成金属基环氧板材料的方法。液态金属流动性较好,在一定条件下(真空、加压等)容易进入增强体间隙制备成环氧板材料。与固态制备工艺相比,液态制备工艺更易于制备净成型尺寸的环氧板材料,减少二次加工,工艺周期短。但液态制备工艺过程中温度相对较高,容易发生严重的界面反应,影响环氧板材料的性能。界面控制是液态法制备工艺中最关键的问题。液态制备工艺包括液态金属搅拌铸造法、液态金属浸渗法、共喷沉积法等方法。


(3)原位自生法。 原位自生法是指金属基环氧板材料制备过程中,在一定条件下,通过化学反应在金属基体内原位生成一种或几种增强相制备成金属基环氧板材料的方法。增强相从金属基体中直接生成,生成相的热力学稳定性好,不存在基体与增强相之间的润湿和界面反应等问题,基体与增强相结合良好,较好地解决了界面相容性问题。原位自生法主要包括定向凝固法和反应自生成法等。


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