Aplikácia a príprava matricových kompozitov SiC/Al

Sep 09, 2025 Zanechajte správu

V oblasti letectva sa vysokomodulový kompozitný materiál SiC/Al odolný proti únave{0}} vyvinutý spoločnosťou British Aerospace Metal Matrix Composites (AMC) Company úspešne aplikoval na civilný vrtuľník EC-120. V rámci podpory projektu „Title E“ ministerstva obrany použili spoločnosti DWA Composites Company a Lockheed Martin Corporation v spolupráci s letectvom metódu práškovej metalurgie na prípravu kompozitných materiálov SiCp/6092Al ako kľúčových nosných-komponentov, ktoré nahradili pôvodný plášť z hliníkovej zliatiny 2214 na ventrálnej plutve stíhačky F16. Tým sa zvýšila tuhosť o 50 % a životnosť 17-krát, z menej ako 1 000 hodín na navrhovanú plnú životnosť 8 000 hodín, čo dokazuje vynikajúci výkon. Americké letectvo ho prijalo ako náhradný diel do ventrálnej plutvy stíhačky F16 a postupne nahrádza pôvodné diely. Kompozitné materiály SiCp/2009Al boli navyše aplikované na hydraulický brzdový valec stíhačky F-168, výstupné lopatky ventilátora motora Boeing 777, spojovacie časti rotorového systému vrtuľníka a výrobu veľkých osobných lietadiel. V oblasti elektronických komponentov IBM v Spojených štátoch aplikovala SiC/Al kompozitné materiály na obaly a chladiace systémy zariadení MCM, čím sa zlepšila schopnosť zariadení rýchlo odvádzať teplo. V deväťdesiatych rokoch spoločnosť LEC Company použila kompozitné materiály SiC/Al na nahradenie zliatin Cu/W v osobnom automobile EV1 [32]. Americká armáda tiež použila kompozitné materiály na báze SiCp/Al na nahradenie zliatin berýlia a zliatin hliníka v krytoch prístrojov zotrvačných komponentov rakiet a zaradila tento materiál ako materiál tretej generácie leteckých inerciálnych zariadení.

V oblasti materiálov odolných proti opotrebeniu{0}}v Spojených štátoch použila spoločnosť Duralcan kompozitné materiály SiC/Al na výrobu brzdových kotúčov pre automobily, čím sa nielen znížila hmotnosť o 40 % až 60 %, ale tiež sa výrazne zlepšila odolnosť brzdových kotúčov voči opotrebovaniu, výrazne sa znížila hlučnosť počas používania a zrýchlil sa odvod tepla. Okrem toho ho spoločnosť použila v piestoch automobilových motorov, prevodovkách a iných častiach automobilov. V dôsledku toho sa kompozitné materiály SiC/Al široko používajú ako materiály odolné proti opotrebovaniu{5}} v brzdových doštičkách pre rôzne automobily. Existuje mnoho spôsobov prípravy kompozitných materiálov na báze SiC/Al-, vrátane odlievania, práškovej metalurgie, infiltrácie, -syntézy in situ a odlievania v polotuhom stave. Bežné metódy sú odlievanie, prášková metalurgia a infiltrácia. Prášková metalurgia zahŕňa použitie kovového prášku alebo zmesi kovu a -kovového prášku ako surovín a prostredníctvom procesov tvarovania a spekania sa z neho vyrábajú zliatinové kovy, kompozitné materiály alebo iné typy materiálov. Prvým krokom je príprava požadovaného prášku, ktorý môže byť predmetom špecializovaného práškového inžinierskeho výskumu. Potom sa pomocou tvarovania prášku, procesov spekania a následného tepelného spracovania získa požadovaný materiál. Výhodou práškovej metalurgie je, že môže voľne upravovať zloženie výstužnej fázy a matrice, čím sa zabezpečí rovnomerné rozloženie materiálového zloženia a proces je relatívne jednoduchý. Prášková metalurgia je však náročná na výrobu veľkých{17}}a štrukturálne zložitých hotových výrobkov a výrobný proces je zdĺhavý s vysokými požiadavkami na vybavenie. Napriek tomu zostáva prášková metalurgia relatívne pokročilou metódou prípravy kompozitných materiálov na báze SiC/Al-. Metódy odlievania zahŕňajú squeeze casting a miešanie. Medzi nimi existujú dva spôsoby prípravy kompozitných materiálov SiC/Al liatím lisovaním: 1. Pridajte SiC do tekutej zliatiny Al, rovnomerne premiešajte a potom vstreknite do formy na liatie lisovaním. 2. Vyrobte SiC do predlisku a umiestnite ho do formy, potom aplikujte tlak na tekutú zliatinu Al, aby prenikla do predlisku a potom vykonajte lisovanie. Výhody squeeze castingu spočívajú v jeho jednoduchom a ľahkom procese, málo a efektívnych výrobných krokoch, nízkych výrobných nákladoch a schopnosti produkovať komplexné-tvarované hotové výrobky. Avšak počas procesu lisovania sa častice SiC môžu vyzrážať, čo má za následok nerovnomerné rozloženie.

The advantage of powder metallurgy lies DWA Composites of the United States

Metóda odlievania za miešania zahŕňa pridanie SiC do tekutej Al zliatiny a miešanie zmiešanej kovovej kvapaliny, aby sa homogenizovala pred jej naliatím do formy. Výhodou metódy miešania je aj jej jednoduchosť, málo a efektívnych výrobných krokov, nízke výrobné náklady a schopnosť produkovať komplexné-tvarované hotové výrobky. Ak sú však častice SiC príliš malé, majú tendenciu aglomerovať. Miešanie tiež ľahko zavádza inklúzie a plyny. Pri príprave kompozitov SiC/Al odlievaním dochádza k závažným medzifázovým reakciám a mnohé z odlievaných ingotov potrebujú sekundárne spracovanie. Existujú dve hlavné formy infiltračných metód, vrátane beztlakovej infiltrácie a tlakovej infiltrácie. Beztlaková infiltrácia je relatívne jednoduchá a bola vyvinutá spoločnosťou Lanxide Company v Spojených štátoch v roku 1989, teda známa aj ako proces Lanxide. Zahŕňa zahrievanie matrice Al zliatiny v peci s riadenou atmosférou nad teplotu likvidu; potom sa roztok zliatiny nechá infiltrovať SiC predlisok bez použitia tlaku. Rozdiel v tlakovej infiltrácii je aplikácia tlaku, ktorá je podobná ako pri squeeze infiltration casting a nebude ďalej rozvádzaná. Infiltrácia je tiež nízkonákladová{11}}technológia prípravy. Preto sa často používa na prípravu matricových kompozitov SiCp/Al s vysokými objemovými frakciami a častice SiC v získaných materiáloch sú relatívne rovnomerne rozložené. Vyspelé kompozity SiC/Al pripravené na beztlakovú infiltráciu{14}sa dokonca použili v elektronických obaloch. Tento spôsob je však obtiažne kontrolovať vysokú pórovitosť zavedenú predliskom, čo sťažuje jeho ďalšie použitie na presné prístrojové materiály.