Приложение и подготовка на SiC/Al матрични композити

Sep 09, 2025 Остави съобщение

В космическата област високомодулният устойчив на умора -композитен материал SiC/Al, разработен от British Aerospace Metal Matrix Composites (AMC) Company, беше успешно приложен към гражданския хеликоптер EC-120. С подкрепата на проекта „Заглавие E“ на Министерството на отбраната, DWA Composites Company и Lockheed Martin Corporation, в сътрудничество с Военновъздушните сили, използваха метода на праховата металургия, за да подготвят SiCp/6092Al композитни материали като ключови-носещи натоварване компоненти, за да заменят оригиналната обвивка от алуминиева сплав 2214 на вентралната перка на изтребителя F16. Това увеличи твърдостта с 50% и експлоатационния живот със 17 пъти, от по-малко от 1000 часа до проектирания пълен живот от 8000 часа, демонстрирайки отлични експлоатационни характеристики. Военновъздушните сили на САЩ го приеха като резервна част за коремната перка на изтребителя F16 и постепенно заменят оригиналните части. Освен това композитни материали SiCp/2009Al са приложени към хидравличния спирачен цилиндър на изтребителя F-168, направляващите лопатки на вентилатора на двигателя Boeing 777, свързващите части на роторната система на хеликоптера и производството на големи пътнически самолети. В областта на електронните компоненти, IBM в Съединените щати е приложила SiC/Al композитни материали към системите за опаковане и охлаждане на MCMs устройства, подобрявайки способността за бързо разсейване на топлината на устройствата. През 90-те години LEC Company използва SiC/Al композитни материали, за да замени Cu/W сплави в пътническия автомобил EV1 [32]. Американските военни също са използвали композитни материали на основата на SiCp/Al, за да заменят берилиевите и алуминиевите сплави в корпусите на инструментите на инерционните компоненти на ракетите и са посочили този материал като материал за аерокосмически инерционни устройства от трето поколение.

В областта на износоустойчивите -материали Duralcan в Съединените щати приложи SiC/Al композитни материали за производството на автомобилни спирачни дискове, като не само намали теглото с 40% до 60%, но също така значително подобри устойчивостта на износване на спирачните дискове, значително намали шума по време на употреба и ускори разсейването на топлината. Освен това компанията го е използвала в бутала на автомобилни двигатели, скоростни кутии и други автомобилни части. Следователно композитните материали SiC/Al са широко използвани като устойчиви-на износване материали в спирачни накладки за различни автомобили. Съществуват много методи за приготвяне на композитни материали на основата на SiC/Al-, включително леене, прахова металургия, инфилтрация, синтез на-in situ и леене с разбъркване в полу-твърдо състояние. Общите методи са леене, прахова металургия и инфилтрация. Праховата металургия включва използването на метален прах или смес от метален и не-метален прах като суровини и чрез процеси на формоване и синтероване той се прави в метални сплави, композитни материали или други видове материали. Първата стъпка е да се подготви необходимия прах, който може да бъде обект на специализирани прахови инженерни изследвания. След това чрез прахообразуване, процеси на синтероване и последваща термична обработка се получава желаният материал. Предимството на праховата металургия е, че тя може свободно да регулира състава на усилващата фаза и матрицата, осигурявайки равномерно разпределение на състава на материала, а процесът е сравнително прост. Въпреки това, праховата металургия е трудна за производство на големи-размери и структурно сложни крайни продукти, а производственият процес е дълъг с високи изисквания за оборудване. Въпреки това праховата металургия остава сравнително напреднал метод за получаване на композитни материали на основата на SiC/Al-. Методите за леене включват леене чрез изстискване и леене с разбъркване. Сред тях има два начина за приготвяне на SiC/Al композитни материали чрез леене под налягане: 1. Добавете SiC към течната Al сплав, разбъркайте равномерно и след това го инжектирайте във формата за леене под налягане. 2. Направете SiC в заготовка и я поставете във формата, след това приложете натиск върху течната Al сплав, за да я накарате да проникне в предварителната форма и след това извършете леене под налягане. Предимствата на леенето под налягане се крият в неговия прост и лесен процес, малко и ефективни производствени стъпки, ниска производствена цена и възможност за производство на крайни продукти със сложна-форма. Въпреки това, по време на процеса на леене под налягане, SiC частиците могат да се утаят, което води до неравномерно разпределение.

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

Методът на леене с разбъркване включва добавяне на SiC към течната Al сплав и разбъркване на смесената метална течност, за да се хомогенизира, преди да се излее във форма. Предимствата на метода на леене с разбъркване също са неговата простота, няколко и ефективни производствени стъпки, ниска производствена цена и възможност за производство на готови продукти със сложна-форма. Въпреки това, ако частиците SiC са твърде малки, те са склонни да се агломерират. Разбъркването също така лесно въвежда включвания и газове. При получаването на SiC/Al композити чрез леене възникват тежки междинни реакции и много от отливките се нуждаят от вторична обработка. Има две основни форми на инфилтрационни методи, включително инфилтрация без налягане и инфилтрация под налягане. Инфилтрацията без налягане е сравнително проста и е разработена от Lanxide Company в Съединените щати през 1989 г., поради което е известна също като процес Lanxide. Това включва нагряване на матричната Al сплав в пещ с контролирана атмосфера до над температурата на ликвидус; след това разтворът на сплавта се оставя да инфилтрира SiC заготовката без прилагане на натиск. Разликата в инфилтрацията под налягане е прилагането на натиск, който е подобен на леенето чрез инфилтрация чрез изстискване и няма да бъде разглеждан допълнително. Проникването също е ниска{11}}разходна и проста технология за подготовка. Поради това често се използва за приготвяне на SiCp/Al матрични композити с големи обемни фракции, а частиците SiC в получените материали са относително равномерно разпределени. Подготвени чрез зряла инфилтрация без налягане-композити SiC/Al дори са използвани в електронните опаковки. Този метод обаче е труден за контролиране на високата порьозност, въведена от заготовката, което затруднява по-нататъшното му прилагане към материали за прецизни инструменти.