SiC/Al mátrix kompozitok alkalmazása és előállítása

Sep 09, 2025 Hagyjon üzenetet

A repülés területén a British Aerospace Metal Matrix Composites (AMC) Company által kifejlesztett, nagy modulusú kifáradásnak{0}}álló SiC/Al kompozit anyagot sikeresen alkalmazták az EC-120 polgári helikopteren. A Védelmi Minisztérium „Title E” projektjének támogatásával a DWA Composites Company és a Lockheed Martin Corporation a légierővel együttműködve porkohászati ​​módszert alkalmazva SiCp/6092Al kompozit anyagokat készítettek kulcsfontosságú teherhordó komponensekként, amelyek az eredeti 2214-es alumíniumötvözetből készült burkolatot helyettesítették az F16-osventral vadászrepülőgépen. Ez 50%-kal növelte a merevséget és 17-szeresére az élettartamot, kevesebb mint 1000 óráról a tervezett teljes élettartamra, 8000 órára, ami kiváló szervizteljesítményt mutat. Az Egyesült Államok légiereje az F16-os vadászgép hasúszójának alkatrészeként alkalmazta, és fokozatosan lecseréli az eredeti alkatrészeket. Ezenkívül SiCp/2009Al kompozit anyagokat alkalmaztak az F-168-as vadászgép hidraulikus fékhengerére, a Boeing 777-es hajtómű ventilátorkimeneti vezetőlapátjaira, a helikopter rotorrendszerének csatlakozóelemeire, valamint a nagy utasszállító repülőgépek gyártására. Az elektronikai alkatrészek területén az Egyesült Államokban az IBM SiC/Al kompozit anyagokat alkalmazott az MCM-eszközök csomagolására és hűtőrendszerére, fokozva az eszközök gyors hőelvezetési képességét. Az 1990-es években a LEC Company SiC/Al kompozit anyagokat használt a Cu/W ötvözetek helyettesítésére az EV1 személygépkocsikban [32]. Az amerikai hadsereg SiCp/Al-alapú kompozit anyagokat is használt a berillium- és alumíniumötvözetek helyettesítésére a rakéta tehetetlenségi alkatrészeinek műszerhéjában, és ezt az anyagot a harmadik generációs repülőgép-ipari inerciális eszközök anyagaként sorolta fel.

A kopásálló-anyagok terén az egyesült államokbeli Duralcan SiC/Al kompozit anyagokat alkalmazott az autóipari féktárcsák gyártásához, ami nemcsak a tömeget 40-60%-kal csökkenti, hanem jelentősen javítja a féktárcsák kopásállóságát, jelentősen csökkenti a használat során fellépő zajt és gyorsítja a hőleadást. Ezen túlmenően a vállalat használta az autómotorok dugattyúiban, sebességváltóiban és más autóalkatrészekben. Következésképpen a SiC/Al kompozit anyagokat széles körben használták-kopásálló anyagként különböző autók fékbetétjeiben. Számos módszer létezik a SiC/Al-alapú kompozit anyagok előállítására, ideértve az öntést, a porkohászatot, az infiltrációt, az in{8}}situ szintézist és a félig-szilárd keverőöntést. Az általános módszerek az öntés, a porkohászat és a beszivárgás. A porkohászat során nyersanyagként fémport vagy fém és nem{12}}fémpor keverékét használnak, és formázási és szinterezési folyamatok révén ötvözött fémeket, kompozit anyagokat vagy más típusú anyagokat készítenek belőle. Az első lépés a szükséges por elkészítése, amely speciális portechnikai kutatások tárgya lehet. Ezután porformázással, szintereléssel és ezt követő hőkezeléssel megkapjuk a kívánt anyagot. A porkohászat előnye, hogy szabadon állíthatja az erősítő fázis és a mátrix összetételét, biztosítva az anyagösszetétel egyenletes eloszlását, és a folyamat viszonylag egyszerű. A porkohászatban azonban nehéz nagy{17}}méretű és szerkezetileg összetett késztermékeket előállítani, és a gyártási folyamat hosszadalmas, a berendezésekkel szembeni követelmények pedig magasak. Ennek ellenére a porkohászat továbbra is viszonylag fejlett módszer a SiC/Al{19}}alapú kompozit anyagok előállítására. Az öntési módszerek közé tartozik a préseléssel és keveréssel történő öntés. Ezek közül kétféleképpen készíthet SiC/Al kompozit anyagokat préseléssel: 1. Adjon SiC-ot a folyékony Al-ötvözethez, egyenletesen keverje össze, majd fecskendezze be a présöntéshez. . 2. Készítsen SiC-t egy előformába, helyezze a formába, majd gyakoroljon nyomást a folyékony Al-ötvözetre az előformázáshoz, majd végezze el az ötvözet előöntését. A préselt öntés előnyei az egyszerű és könnyű folyamatban, a kevés és hatékony gyártási lépésben, az alacsony gyártási költségben, valamint az összetett -formájú késztermékek előállításának képességében rejlenek. A préseléssel végzett öntési folyamat során azonban SiC-részecskék kicsapódhatnak, ami egyenetlen eloszlást eredményez.

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

A keverős öntés módszere abból áll, hogy a folyékony Al-ötvözethez szilícium-karbidot adnak, és a kevert fémfolyadékot homogenizálják, mielőtt a formába öntik. A keverőöntési módszer előnye az egyszerűség, a kevés és hatékony gyártási lépés, az alacsony gyártási költség, valamint az összetett -formájú késztermékek előállításának lehetősége. Ha azonban a SiC részecskék túl kicsik, hajlamosak agglomerálódásra. A keverés könnyen zárványokat és gázokat is bevezet. A SiC/Al kompozitok öntéssel történő előállítása során súlyos határfelületi reakciók lépnek fel, és sok öntött tuskó másodlagos feldolgozást igényel. Az infiltrációs módszereknek két fő formája van, beleértve a nyomás nélküli infiltrációt és a nyomásos infiltrációt. A nyomás nélküli beszivárgás viszonylag egyszerű, és a Lanxide Company fejlesztette ki 1989-ben az Egyesült Államokban, így Lanxide eljárásként is ismert. Ez magában foglalja a mátrix Al-ötvözet felmelegítését szabályozott atmoszférájú kemencében a likvidusz hőmérséklet fölé; majd az ötvözetoldatot nyomás alkalmazása nélkül hagyjuk beszivárogni a SiC előformába. A nyomás infiltráció különbsége a nyomás alkalmazása, amely hasonló a préselt infiltrációs öntéshez, és nem részletezzük tovább. A beszivárgás alacsony költségű és egyszerű előkészítési technológia. Ezért gyakran használják nagy térfogatú frakciókkal rendelkező SiCp/Al mátrix kompozitok előállítására, és a kapott anyagokban a SiC részecskék viszonylag egyenletesen oszlanak el. Érett, nyomásmentes infiltrációval{14}}előkészített SiC/Al kompozitokat még elektronikus csomagolásban is alkalmaztak. Ezzel a módszerrel azonban nehéz szabályozni az előforma által bevezetett nagy porozitást, ami megnehezíti a további alkalmazását precíziós műszeranyagokra.