Aplikace a příprava matricových kompozitů SiC/Al

Sep 09, 2025 Zanechat vzkaz

V oblasti letectví a kosmonautiky byl kompozitní materiál SiC/Al odolný proti únavě s vysokým modulem{0}} vyvinutý společností British Aerospace Metal Matrix Composites (AMC) Company úspěšně aplikován na civilní vrtulník EC-120. Pod podporou projektu „Title E“ ministerstva obrany použily společnosti DWA Composites Company a Lockheed Martin Corporation ve spolupráci s letectvem metodu práškové metalurgie k přípravě kompozitních materiálů SiCp/6092Al jako klíčových nosných komponent-k nahrazení původního pláště z hliníkové slitiny 2214 na břišním křídle stíhačky F16. Tím se zvýšila tuhost o 50 % a životnost 17krát, z méně než 1 000 hodin na navrženou plnou životnost 8 000 hodin, což prokázalo vynikající výkonnost. Americké letectvo jej přijalo jako náhradní díl pro břišní ploutev stíhačky F16 a postupně nahrazuje původní díly. Kompozitní materiály SiCp/2009Al byly navíc aplikovány na hydraulický brzdový válec stíhačky F-168, výstupní vodicí lopatky ventilátoru motoru Boeing 777, spojovací části rotorového systému vrtulníku a výrobu velkých osobních letadel. V oblasti elektronických součástek společnost IBM ve Spojených státech aplikovala kompozitní materiály SiC/Al na obaly a chladicí systémy zařízení MCM, čímž zlepšila schopnost zařízení rychle odvádět teplo. V 90. letech společnost LEC Company použila kompozitní materiály SiC/Al k nahrazení slitin Cu/W v osobním automobilu EV1 [32]. Americká armáda také použila kompozitní materiály na bázi SiCp/Al k nahrazení slitin berylia a slitin hliníku v pláštích inerciálních součástí střel a zařadila tento materiál jako materiál třetí generace leteckých inerciálních zařízení.

V oblasti materiálů odolných proti opotřebení{0}} použil Duralcan ve Spojených státech při výrobě automobilových brzdových kotoučů kompozitní materiály SiC/Al, které nejen snížily hmotnost o 40 % až 60 %, ale také výrazně zlepšily odolnost brzdových kotoučů proti opotřebení, výrazně snížily hluk při používání a urychlily odvod tepla. Kromě toho jej společnost používá v pístech automobilových motorů, převodovkách a dalších automobilových součástech. V důsledku toho se kompozitní materiály SiC/Al široce používají jako materiály odolné proti opotřebení v brzdových destičkách pro různé automobily. Existuje mnoho metod přípravy kompozitních materiálů na bázi SiC/Al-, včetně odlévání, práškové metalurgie, infiltrace, -syntézy in situ a lití v polotuhém stavu. Běžné metody jsou lití, prášková metalurgie a infiltrace. Prášková metalurgie zahrnuje použití kovového prášku nebo směsi kovu a -kovového prášku jako suroviny a pomocí procesů tváření a slinování se z něj vyrábějí slitinové kovy, kompozitní materiály nebo jiné typy materiálů. Prvním krokem je příprava požadovaného prášku, který může být předmětem specializovaného výzkumu práškového inženýrství. Poté se pomocí tvarování prášku, slinovacích procesů a následného tepelného zpracování získá požadovaný materiál. Výhodou práškové metalurgie je, že může libovolně upravovat složení výztužné fáze a matrice, čímž je zajištěno rovnoměrné rozložení materiálového složení, a proces je relativně jednoduchý. Prášková metalurgie je však náročná na výrobu velkých-a strukturálně složitých hotových výrobků a výrobní proces je zdlouhavý s vysokými požadavky na vybavení. Navzdory tomu zůstává prášková metalurgie relativně pokročilou metodou přípravy kompozitních materiálů na bázi SiC/Al-. Metody lití zahrnují squeeze casting a míchací lití. Mezi nimi existují dva způsoby přípravy kompozitních materiálů SiC/Al tlakovým litím: 1. Přidejte SiC do tekuté Al slitiny, rovnoměrně promíchejte a poté jej vstříkněte do formy pro lisovací lití. 2. Vyrobte SiC do předlisku a vložte jej do formy, poté aplikujte tlak na tekutou slitinu Al, aby pronikla předlitím, a poté proveďte lisování. Výhody squeeze castingu spočívají v jeho jednoduchém a snadném procesu, malém počtu efektivních výrobních kroků, nízkých výrobních nákladech a schopnosti vyrábět složité-tvarované hotové výrobky. Během procesu lisování se však částice SiC mohou vysrážet, což má za následek nerovnoměrné rozložení.

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

Metoda lití za míchání zahrnuje přidání SiC do kapalné slitiny Al a míchání smíšené kovové kapaliny, aby se homogenizovala, než se nalije do formy. Výhodou metody lití za míchání je také její jednoduchost, málo efektivních výrobních kroků, nízké výrobní náklady a schopnost vyrábět složité-tvarované hotové výrobky. Pokud jsou však částice SiC příliš malé, mají tendenci aglomerovat. Mícháním se také snadno zavádějí inkluze a plyny. Při přípravě kompozitů SiC/Al odléváním dochází k závažným mezifázovým reakcím a mnoho odlévaných ingotů vyžaduje sekundární zpracování. Existují dvě hlavní formy infiltračních metod, včetně beztlakové infiltrace a tlakové infiltrace. Beztlaková infiltrace je relativně jednoduchá a byla vyvinuta společností Lanxide Company ve Spojených státech v roce 1989, proto také známá jako proces Lanxide. Zahrnuje zahřívání matricové slitiny Al v peci s řízenou atmosférou nad teplotu likvidu; potom je roztok slitiny ponechán infiltrovat SiC předlisek bez použití tlaku. Rozdíl v tlakové infiltraci je aplikace tlaku, která je podobná squeeze infiltračnímu lití a nebude dále rozvedena. Infiltrace je také levná{11}}technologie přípravy. Proto se často používá k přípravě matricových kompozitů SiCp/Al s vysokými objemovými frakcemi a částice SiC v získaných materiálech jsou relativně rovnoměrně distribuovány. Vyzrálé kompozity SiC/Al připravené pro beztlakou{14}infiltraci byly dokonce použity v elektronických obalech. Tato metoda je však obtížná pro řízení vysoké poréznosti zaváděné preformou, což ztěžuje její další aplikaci na materiály přesných přístrojů.