Materiały KOMPOZYTowe Część I ^

Materiały KOMPOZYTowe Część III >

Materiały gradientowe Część IV >

 

 

2. Materiały KOMPOZYTowe

Część II

 

Uwaga:

Poniższa internetowa publikacja zawiera kompleksowy opis wszystkich metod wytwarzania kompozytów. W celu ułatwienia wykonania indywidualnych opracowań studenckich publikację uzupełniono opisem w języku polskim.

 

* * *  Aluminium Matrix Composite Materials

prepared by B. Verlinden and L. Froyen, University of Leuven (TALAT, 28 pages, 29 figures)

 

 

Metody wytwarzania (Manufacturing Techniques)

I. Metody wytwarzania aluminiowych kompozytów zbrojonych w sposób ciągły

(Manufacturing Routes of Continuously Reinforced Al-Composites)

 

A. Metody z udziałem fazy ciekłej (Liquid State Techniques):

< 1 Infiltracja ciekłym metalem (Liquid infiltration):

                        grawitacyjna (gravity),

                        próżniowa (vacuum),

                        ciśnieniowa (pressure).

2 Łączenie spoiwem (Braze bonding)

3 Gorące prasowanie z udziałem fazy ciekłej (Hot moulding)

4 Napylanie plazmowe (Plasma spray deposition technique)

 

 


 

2 Łączenie spoiwem^ (Braze bonding)                 5 Zgrzewanie dyfuzyjne^ (Diffusion bonding)

 

B. Metody w stanie stałym (Solid State Techniques):

5 Zgrzewanie dyfuzyjne (Diffusion bonding)

Wstępnymi materiałami mogą być druty, taśmy lub blachy ze zbrojeniem osadzonym:

(Preforms can be wires, tapes or sheet that have had the metal introduced by:)

v     natryskiem plazmowym (plasma spraying) (rys. 5^),

v     infiltracją (infiltration),

v     powlekaniem elekrolitycznym (electrodeposition),

v     naparowywaniem próżniowym (vapour deposition)

v     zawiesiną proszkową (powder slurry).

            zgrzewanie walcowaniem na gorąco (hot roll bonding),

            zgrzewanie wyciskaniem na gorąco (itp) (hot extrusion bonding),

6 Wysokoenergetyczne kształtowanie (High energy rate forming)

bardzo wysoki nacisk działający w skrajnie krótkim czasie

(very high pressure pulses for extremely short times)

 

II. Metody wytwarzania aluminiowych kompozytów zbrojonych w sposób nieciągły

(Manufacturing Routes of Continuously Discontinuously Reinforced Al-Composites)

A. Metody w stanie stałym (Solid state routes):

 

1 Procesy metalurgii proszków (Powder metallurgical processing)

a)     Mixing, blending (wet or dry) or mechanical alloying of the matrix powders and the reinforcements

b)      Degassing

c)       Consolidation.

 

^Etapy wytwarzania kompozytów procesami metalurgii proszków;

(Steps of the Powder Metallurgical Processing Route)

Patrz także na > * uzupełnienie lub* Powder Metallurgy DRA Process Description (P/M)

 

The consolidation stage may consist of

- prasowanie na zimno i gorąco (cold and/or hot pressing),

- wyciskanie (extrusion),

- kucie (forging),

- walcowanie na gorąco (hot rolling),

- izostatyczne prasowanie na zimno i gorąco

(cold and/or hot isostatic pressing CIP/HIP) > Patrz także na > * uzupełnienie lub niżej a, b, c:

 

- formowanie wtryskowe (injection moulding) > Patrz także na > * uzupełnienie lub niżej d, e:

^ CIP >* Design inSite + Cold Isostatic Pressing ^(a, b),                  HIP>* Design inSite ^(c)

^ Powder injection moulding>* Design inSite (d)           * ^ Powder Injection Moulding (e)

 

B. Metody z udziałem fazy ciekłej (Liquid state routes):

1 Metody mieszania metalu w stanie ciekłym (Molten metal mixing techniques)

(poprzedzające najczęściej konwencjonalne techniki odlewania)

Stirring can be by means of

1/       metodami mechanicznymi (mechanical methods),

2/       metodami elekromagnetycznymi (electromagnetic methods)

3/       wtryskiwaniem gazu (gas injection).

   +a) Odlewanie w formach piaskowych (Sand Casting),

<+b) Odlewanie kokilowe (Die casting)

   +c) Odlewanie odśrodkowe (Centrifugal Casting) > (może być wykorzystane do wytwarzania materiałów gradientowych)

 


2 Metody infiltracyjne (Liquid infiltration)

 

      Niskociśnieniowe odlewanie (< 15 MPa) (Low Pressure Die Casting)

<  Prasowanie ciśnieniowe (70-150 MPa) (Squeeze Casting)

      Infiltracja próżniowa (Vacuum Infiltration).


3 Mieszanie w stanie ciekło-stałym (Compocasting / Rheocasting)

 < Compocasting of Al-Based Composites

 

4 Metody natryskowe (Spray Methods):

4a Osprey Process Metoda Osprey

4b Niskociśnieniowe napylanie plazmowe (Low Pressure Plasma Deposition)

   

Osprey Process^ Metoda Osprey       Niskociśnieniowe napylanie plazmowe^ (Low Pressure Plasma Deposition)

 

C. Metody wytwarzania IN SITU (In situ Production Methods):

Ø      W kompozytach „IN SITU” faza zbrojąca powstaje w sposób naturalny (in situ) w wyniku inicjowanych i sterowanych reakcji chemicznych w kąpieli ciekłej.

Ø      Faza zbrojąca zarodkuje i wyrasta z roztworu macierzystego.

Ø      W wyniku reakcji chemicznych otrzymuje się węgliki, azotki, tlenki, borki, krzemki; TiC, TaC, B4C,SiC, Si3N4, BN.

Ø      Procesy IN SITU można podzielić na

*        reakcje w układzie ciecz- ciecz, ciecz –gaz, ciecz-ciało stałe,

*        reakcje w mieszaninach solnych,

*        bezpośrednie utlenianie i azotowanie,

*        reaktywne formowanie natryskowe (reactive spray forming),

*        samorozwijającą się syntezę wysokotemperaturową (self-propagating high-temperature synthesis),

*        reaktywną syntezę plazmową (plasma reactive synthesis).

(Uwaga: określenie „in situ” odnosi się także do struktur specyficznie ukierunkowanych, otrzymywanych z eutektyk badź perytektyk, jednakże w niniejszej publikacji procesy te nie są uznawane jako metody otrzymywania kompozytów)

 

Do podstawowych metod wytwarzania kompozytów IN SITU należą:

 

1* Proces Lanxide (Lanxide Process) Rys:

(kontrolowane utlenianie i azotowanie ciekłego stopu aluminium tworzące metalowo-ceramiczną mieszaninę w ukadzie Al-Al2O3 lub Al-AlN, przy; podczas produkcji bardziej złożonych kompozytów, do ciekłego stopu wprowadza sięrównież w sposób sztuczny (in vitro) cząstki lub włókna ceramiczne, np. Al2O3 fibres, TiB, B4C, w celu dodatkowego uzbrojenia osnowy metalowej)

 

2* Proces XD (XD-Process)

(mieszanka ceramicznego i metalowego proszku pod wpywem wysokich temperatur i nadtopień prowadzi do utworzenia nowych ceramicznych faz w osnowie metalicznej np. borków i azotków)

 

3* Metody reakcji w układzie ciecz-ciało stałe lub ciecz-gaz (Liquid, Solid or Gaseous Reactant Methods)–Rys:

(kontrolowane reakcje w układzie ciecz-ciało stałe lub ciecz- gaz pozwalają na utworzenie w osnowie stopu aluminiowego fazy zbrojącej w postaci cząstek węglików, azotków lub borków)

 

.            

Proces Lanxide^ (Lanxide Process);  Reakcja w układzie ciecz- gaz^ (In Situ Method with Gaseous Reactants)

Patrz także na > * uzupełnienie lub :

*Cast MMC Proc.(Lanxide);*In Situ Compositing Proc.;*In Situ MMC Microstr.

 

Zastosowanie (Applications)

The first high volume application is the successful aluminium Toyota-piston ring (Rys.), reinforced with short Saffil fibres and produced by squeeze casting. Both weight saving and increase wear resistance are the main reasons for the success. The production rate was more than 100,000 parts per month in 1991. Other current applications are piston parts, cylinder liners and connecting rods.

< Toyota-piston ring (reinforced with short Saffil fibres)

 

Literature

1.      T. W. Clyne, P.J. Withers: An introduction to metal matrix composites, Cambridge Solid State Science series, Cambridge University Press, Cambridge,1993, 509 p.

2.      Shasiro Ochiai (editor): Mechanical Properties of Metallic Composites, Marcel Dekker Inc., New York, 1994, 808 p.

3.      G. Chadwick, L. Froyen (editors): Metal Matrix Composites, North Holland (Elseviers), Amsterdam, 1991, 305 p.

4.      M. Taya , R. J. Arsenault: Metal Matrix Composites, Pergamon Press, Oxford, 1989, 264 p.


 .

 

Materiały KOMPOZYTowe Część I ^

Materiały KOMPOZYTowe Część III >

Materiały gradientowe Część IV >

 

Aktualizowano: 2003-04-16