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篇(1)

關(guān)鍵詞：金屬基；復(fù)合材料；加工技術(shù)

復(fù)合材料不僅具備了高性能、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，而且由于其結(jié)構(gòu)具有可設(shè)計(jì)性、長壽命與減重等特征，因而在航空航天領(lǐng)域之中的應(yīng)用變得愈來愈廣泛。復(fù)合材料是如今復(fù)材零件使用中周期偏長、成本偏高，而且風(fēng)險(xiǎn)也相當(dāng)大的一道工序。在我國創(chuàng)建復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)鏈過程中尚具有比較大的問題。有關(guān)配套加工技術(shù)還不夠成熟，因而在復(fù)合材料加工上的技術(shù)研究上投入的人、財(cái)、物力也具有不足之處，與西方國家先進(jìn)的材料加工技術(shù)研究比較起來尚有比較大的距離。正是由于復(fù)合材料加工技術(shù)尤其是金屬基復(fù)合材料加工技術(shù)在諸多方面得到了非常多的運(yùn)用，所以加大材料加工技術(shù)的探究，顯得極為重要。

一、復(fù)合材料加工技術(shù)概述

復(fù)合材料是一種多相材料。這里所說的多相，主要是指具有兩種或以上的化學(xué)性能的相關(guān)材料。復(fù)合材料則是把多相材料通過諸多加工方法進(jìn)行加工而合成。復(fù)合材料具有的兩相分別為增強(qiáng)相與基體相。復(fù)合材料主要存在兩種加工技術(shù)，也就是常規(guī)加工方法與特種加工方法。常規(guī)加工法和金屬加工法是一樣的，加工手段相對較為簡單，而工藝也比較成熟。但是，一旦加工復(fù)雜工件之時(shí)就會對刀具造成極大的磨損，其加工的質(zhì)量不夠好，且在加工中形成的粉末極易對人體造成極大的影響。后者相對來說比較容易加以監(jiān)控，而在加工的過程中，切削刀具和被加工的工件接觸量非常小以至于為零，這就十分有利于自動(dòng)化加工。然而，由于復(fù)合材料所具有的復(fù)雜性，導(dǎo)致特種加工之運(yùn)用也會遭受限制，因此，一般來說，常規(guī)性加工的運(yùn)用比較多。

二、金屬基復(fù)合材料加工技術(shù)分析

所謂金屬基復(fù)合材料，主要是指以金屬及合金為基礎(chǔ)，使用陶瓷顆粒和纖維等為強(qiáng)化材料復(fù)合起來的一種高質(zhì)量的材料。因?yàn)檫@類材料具備了強(qiáng)度比較高、耐熱與耐磨、穩(wěn)定性高等良好的性能，從而讓這類材料已經(jīng)成為諸多實(shí)踐領(lǐng)域之中最具有吸引力的一類材料。該材料大量運(yùn)用在航空和軍事等諸多領(lǐng)域。在金屬基復(fù)合材料的生產(chǎn)過程之中，為切實(shí)降低材料的生產(chǎn)成本與提升性能，通常是先把該材料制作為鑄錠與初級板材之后，再通過二次加工成形以制做出能夠直接運(yùn)用的零件等。由于精密加工技術(shù)的不斷發(fā)展，對精密化、潔凈化、精度較高的材料需求量不斷增加，精準(zhǔn)化與高韌度的金屬基復(fù)合材料市場份額變得愈來愈大。所以，對這種復(fù)合材料的加工技術(shù)進(jìn)行深入研究，對于推動(dòng)機(jī)械加工技術(shù)的推廣運(yùn)用具備了十分突出的實(shí)際意義。

三、金屬基復(fù)合材料加工的具體技術(shù)手段

一是切削加工技術(shù)手段。金屬基復(fù)合材料加工技術(shù)是一種常用的技術(shù)手段。通過認(rèn)識與把握材料切削加工的常見規(guī)律，準(zhǔn)確選擇刀具與切削的用量，這樣一來才能確保加工質(zhì)量以及相當(dāng)高的成效。使用硬質(zhì)合金以及高速鋼等為主要的切削刀具，探究了碳化硅顆粒提高鋁基復(fù)合材料之中的碳化硅含量和尺寸等參數(shù)對于切削加工性能所造成的影響。有研究證明碳化硅的顆粒尺寸一旦愈大、含量愈多，刀具所產(chǎn)生的磨損度也更加快。碳化硅的顆粒一旦比較粗大，其加工工件的外表也就會相當(dāng)粗糙，而且隨著顆粒含量持續(xù)增加而不斷增加，復(fù)合材料對于刀具造成的磨損也會越大。使用聚晶金剛石刀具，可以對顆粒增強(qiáng)對復(fù)合材料的制備性能進(jìn)行深入研究。在達(dá)到某種切削速度之時(shí)，材料對于刀具所造成的損耗是最小的，而且工件外表的粗糙度比較好。在運(yùn)用常見加工設(shè)備之時(shí)，側(cè)重于刀具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與創(chuàng)新，這是提升工作效率的更具有可行性的方式。

二是線切割加工技術(shù)手段。傳統(tǒng)意義上的刀具只適合于加工體粒徑比較小而且含量比較少的那些復(fù)合材料。當(dāng)體粒徑不斷增加而且含量不斷增多之后，高速鋼與硬質(zhì)合金等普通刀具的磨損相當(dāng)快，即便于選擇了高硬度刀具加以切削，其使用壽命也難以讓使用者滿意。因?yàn)檫@一情況，把特種加工法運(yùn)用到此類材料之中就非常有必要。當(dāng)前運(yùn)用電火花線來切割加工顆粒以強(qiáng)化復(fù)合材料的研究已經(jīng)有了大量的報(bào)道，而切割的速度以及切割之后的外表粗糙度則是十分重要的加工參數(shù)。通過探究電參數(shù)對于電火花線進(jìn)行切割加工，可以對復(fù)合材料切割快慢以及外表粗糙度造成一定的影響。使用掃描電鏡來分析復(fù)合材料線所切割的加工外表的樣貌。脈沖的間隔對于外表粗糙度的影響并不是很大，在其達(dá)到了某種程度之時(shí)，表面上的粗糙度往往不會受到影響。通過選擇比較大的峰值電流以及比較短的脈沖寬度，可以對復(fù)合材料實(shí)施比較理想的電火花線進(jìn)行切割和加工。這類材料的線切割加工必須要科學(xué)地選擇電加工的參數(shù)，電極間的電壓一定要高出間隙以擊穿電壓，合理地確定電極與工件彼此間所具有的距離，合理地選擇電介液絕緣力而且對間隙污染實(shí)施合理評估與清除。

三是磨削加工手段。對金屬基復(fù)合材料實(shí)施磨削加工，主要是指運(yùn)用磨具所具有的切削力，除了工件外表的那些多余層，可以讓工件的外表質(zhì)量能夠達(dá)到預(yù)定要求的一些加工手段。如今，經(jīng)常見到的金屬基復(fù)合材料磨削加工手段主要包括了外圓磨削、內(nèi)圓磨削以及成形面磨削等。這類材料所具有的磨削特點(diǎn)受到了增強(qiáng)相以及其所用的砂輪類型造成的影響，提高材料所具有的磨削方式，而軟性金屬堵塞砂輪則是砂輪喪失效力的一個(gè)重要因素，而磨削加工過程中所出F的主要問題就是砂輪的堵塞、磨削區(qū)出現(xiàn)冷卻。所以說，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的條件之下，磨削顆粒增強(qiáng)型的復(fù)合材料之中，碳化硅砂輪的表現(xiàn)相當(dāng)突出，其在磨削力、粗糙度等各個(gè)方面均超出了CBN以及金剛石磨料砂輪等材料。利用陶瓷基SiC砂輪以及樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪等對增強(qiáng)型復(fù)合材料所實(shí)施的磨削證明了SiC砂輪可用于粗磨之中。在粗磨過程中，工件磨削表面上會產(chǎn)生基體金屬涂敷等問題，從而切實(shí)地降低表面具有的粗糙度。金剛石砂輪十分適合于進(jìn)行精磨。在精磨過程中，基體材料并無顯著的涂敷狀況。利用細(xì)粒度金剛石砂輪，可以對1um深的磨削區(qū)實(shí)施材料的延性化磨削，其表面和亞表面并無裂紋或者缺陷出現(xiàn)，能夠促進(jìn)增強(qiáng)相之延性。所以說，磨削是金屬基復(fù)合材料加工當(dāng)中極有發(fā)展前景的加工方式之一，能實(shí)現(xiàn)無損化加工。

四是鉆削和振動(dòng)切削加工手段。碳化硅鋁基復(fù)合材料的性能有別于普通鋼鐵材料，一般是使用整體或者涂層金剛石鉆頭實(shí)施孔加工。鉆削加工當(dāng)中出現(xiàn)的刀具磨損以及加工表面質(zhì)量則是判斷其可加工性能的重要指標(biāo)。對鋁合金復(fù)合材料刀具所產(chǎn)生的磨損以及表面質(zhì)量開展試驗(yàn)性研究。在鉆削鋁合金復(fù)合材料的過程之中，鉆頭磨損如果發(fā)生于后刀面，產(chǎn)生磨損的原因則是磨料的磨損。運(yùn)用掃描電鏡可發(fā)現(xiàn)鉆頭后和切削速度方向保持一致的磨損溝，而鉆頭的橫刃與外緣處也存在著磨損。刀具耐用度首推YG8鉆頭，TiN涂層以及深冷鉆頭質(zhì)量較次，而HSS鉆頭則是最差的。當(dāng)前，國內(nèi)外對于金屬基復(fù)合材料振動(dòng)切削與加工的研究相對較少。超聲振動(dòng)切削作為特種加工技術(shù)手段之一，具備了減小切削力與降低表面粗糙程度、提升加工精度并且延長刀具壽命等特點(diǎn)。通過對鋁基復(fù)合材料所進(jìn)行的振動(dòng)切削開展研究，把振動(dòng)切削復(fù)合材料的所具有的切屑形態(tài)、變形系數(shù)以及剪切角切削形貌與粗糙度、殘余應(yīng)力等開展對比與研究，可以發(fā)現(xiàn)振動(dòng)切削鋁基復(fù)合材料具備了降低切屑變形、降低表面損傷程度與粗糙度、加大表面壓應(yīng)力等功能，這樣一來就為金屬基復(fù)合材料實(shí)施精密化切削探索出了一條嶄新的發(fā)展途徑。

四、結(jié)束語

綜上所述，復(fù)合材料加工技術(shù)均有各自不同的特色，其中金屬基復(fù)合材料屬于具備組分材料難以擁有的全新優(yōu)質(zhì)性能的一種先進(jìn)材料。因?yàn)閺?fù)合材料的制造成本相對來說比較高，所以在其加工的過程之中應(yīng)當(dāng)盡可能地提升材料的利用率，切實(shí)降低能源所產(chǎn)生的消耗，推動(dòng)我國清潔材料的生產(chǎn)。目前階段，應(yīng)當(dāng)致力于發(fā)展各類二次成形之后的零件不再需要進(jìn)行加工或少加工即可得到成品的技術(shù)，從而不斷推動(dòng)金屬基復(fù)合材料的精密化、清潔化與高效化生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]沃丁柱. 復(fù)合材料大全[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[2]程秀全. 航空工程材料[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2009.

篇(2)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，復(fù)合材料增強(qiáng)有色金屬材料在生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，滿足了當(dāng)下發(fā)展需要，更好地促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。復(fù)合材料增強(qiáng)有色金屬材料應(yīng)用，就是在有色金屬材料中添加非金屬增強(qiáng)材料，這樣一來，可以更好地對原有材料的性能進(jìn)行改變，形成一種新的復(fù)合材料。這種復(fù)合材料將比原來的材料具有更好的性能，能夠滿足更深層次的有色金屬材料應(yīng)用。本文對復(fù)合材料增強(qiáng)有色金屬材料研究，將注重分析有色金屬材料性能的加強(qiáng)分析，希望本文的研究，能夠?yàn)橛猩饘俨牧系陌l(fā)展，提供一些參考和建議。

關(guān)鍵詞：

復(fù)合材料；有色金屬材料；性能分析；

就有色金屬材料的發(fā)展情況來看，目前在航空航天、機(jī)械制造以及交通運(yùn)輸領(lǐng)域，得到了較為廣泛的應(yīng)用。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有色金屬材料在相關(guān)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用變得越發(fā)廣泛，加強(qiáng)有色金屬材料性能，對于提升相關(guān)產(chǎn)業(yè)進(jìn)步來說，具有著一定的積極意義。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，為提高有色金屬材料性能打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，進(jìn)一步提升有色金屬材料的性能，可以更好地促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)、航空航天事業(yè)的發(fā)展，滿足當(dāng)下人們對有色金屬材料的實(shí)際需要。因此，提升有色金屬材料性能，利用復(fù)合材料增強(qiáng)其性能的研究，成為當(dāng)下有色金屬材料發(fā)展的一個(gè)熱門議題。本文對有色金屬材料性能的研究，主要分析了有色金屬材料在添加非金屬增強(qiáng)材料后，形成的復(fù)合材料效果檢測，闡述了復(fù)合型的有色金屬材料在相關(guān)產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用的優(yōu)勢，以期更好地促進(jìn)有色金屬材料性能的提升。

1有色金屬材料SiC的復(fù)合材料增強(qiáng)效果研究

本文對SiC這一有色金屬材料的增強(qiáng)性研究，主要探討了非金屬材料ZA22鋅基合金的添加。ZA22鋅基合金添加到SiC中，可以增強(qiáng)其性能，具有較好的強(qiáng)化效果。

1.1SiC添加ZA22鋅基合金的加入量和加入方式分析SiC顆粒是國產(chǎn)a型砂輪磨料，在實(shí)際生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。這種有色金屬材料的應(yīng)用，主要是通過添加ZA22鋅基合金，增強(qiáng)了其性能，讓SiC顆粒能夠更好地應(yīng)用于砂輪磨料當(dāng)中。在進(jìn)行SiC增強(qiáng)過程中，ZA22鋅基合金的加入量應(yīng)為復(fù)合材料鑄錠的5%、10%、20%，在添加過程中，要使ZA22鋅基合金形成的合金漿料，均勻地分布在合金之中，并且在加入后，對漿料進(jìn)行升溫澆注，保證加強(qiáng)后的SiC能夠具有較好的性能。SiC通過添加ZA22鋅基合金后，將形成SiCp/ZA22復(fù)合材料，這種材料對于實(shí)際生產(chǎn)更具優(yōu)越的性能，能夠更好地滿足砂輪磨料實(shí)際需要[1]。

1.2SiC增強(qiáng)效果分析SiC在添加ZA22鋅基合金后，具有了更加強(qiáng)大的性能，其增強(qiáng)體的性能在基體中均勻分布，使SiC顆粒能夠更好地分布在復(fù)合材料當(dāng)中，并且其強(qiáng)度要比復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度提升許多。就相關(guān)測試數(shù)據(jù)顯示，這種添加了ZA22鋅基合金的SiC復(fù)合材料，抗拉強(qiáng)度要比原來提升了百分之四十七。同時(shí)，SiCp/ZA22復(fù)合材料的抗壓值為518，ZA22鋅基合金的抗壓值為352；SiCp/ZA22復(fù)合材料的GPa為105E，而ZA22鋅基合金的GPa則為66E。除了SiCp/ZA22復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度提升之后，其耐磨損性能也得到了顯著地提升。ZA22鋅基合金添加SiC后，具有了更為強(qiáng)大的耐磨鎖性能，能夠更好地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中。關(guān)于SiC的耐磨損性能測試數(shù)據(jù)顯示，磨環(huán)的淬火數(shù)值為GCrl5，磨損測試時(shí)間為40分鐘，正向壓力數(shù)值為392N，通過磨損試驗(yàn)后，復(fù)合材料會隨著SiC的體積分?jǐn)?shù)增加而有所變化，對比ZA22鋅基合金的磨損數(shù)據(jù)，磨損的損失量僅為ZA22鋅基合金的一半左右。由此可見，在有色金屬材料中添加非有色金屬材料，可以更好地提升材料性能，形成一種增強(qiáng)型的復(fù)合型材料后，更加有利于實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。

2關(guān)于納米三氧化二鋁（Al2O3）增強(qiáng)銅基材料的應(yīng)用分析

納米三氧化二鋁的增強(qiáng)型銅基材料，在機(jī)械化生產(chǎn)中得到了較為廣泛的應(yīng)用，通過提升納米三氧化二鋁的性能，使其具有更好的硬度和抗彎強(qiáng)度，能夠很好地保證有色金屬材料性能在實(shí)際使用中發(fā)揮應(yīng)有的作用，從而更好地促進(jìn)我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步[2]。

2.1關(guān)于納米Al2O3加入量以及相應(yīng)加入方式的分析納米三氧化二鋁在選擇試驗(yàn)材料時(shí)，主要涉及到銅粉、納米、石墨等材料。其中銅粉占有試驗(yàn)量的百分之七十，納米三氧化二鋁則為1%~5%，剩余的則為石墨的含量。在進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)過程中，主要進(jìn)行了摩擦實(shí)驗(yàn)，摩擦實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行條件如下：設(shè)置摩擦的滑動(dòng)速度為5*10-3m/s，載荷數(shù)值為5000N，在實(shí)際測試過程中，要注意磨損穩(wěn)定值，當(dāng)磨損穩(wěn)定值的摩擦系數(shù)和磨損率保持一致時(shí)，對納米三氧化二鋁增強(qiáng)銅基材料進(jìn)行抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)，其試驗(yàn)則在5000N的拉力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。納米三氧化二鋁增強(qiáng)銅基材料的實(shí)驗(yàn)，主要是為了測試其在拉力試驗(yàn)機(jī)上的磨損程度，比較復(fù)合材料與單一材料的磨損能力以及相應(yīng)的硬度、抗彎強(qiáng)度數(shù)值[3]。關(guān)于納米三氧化二鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)的磨損值我們可以從圖中看出：通過對比磨損值與納米三氧化二鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系，我們不難看出，載荷為5000N下，納米三氧化二鋁增強(qiáng)銅基材料的磨損量更少，其性能更加優(yōu)越。

2.2納米Al2O3的增強(qiáng)性能分析關(guān)于納米三氧化二鋁增強(qiáng)性能的分析，我們可以從上述的實(shí)驗(yàn)中看出，納米三氧化二鋁增強(qiáng)銅基材料要比傳統(tǒng)的納米三氧化二鋁具備更好的硬度和抗彎強(qiáng)度。試驗(yàn)過程中，納米三氧化二鋁的體積分?jǐn)?shù)小于4%時(shí)，納米三氧化二鋁增強(qiáng)銅基材料的強(qiáng)度會隨著納米三氧化二鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增強(qiáng)而提升；當(dāng)納米三氧化二鋁的體積分?jǐn)?shù)小于4%時(shí)，銅基復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度也會有所增強(qiáng)。

3鋁合金復(fù)合材料的增強(qiáng)性能研究

鋁合金這種復(fù)合材料我們并不陌生，在實(shí)際應(yīng)用過程中，鋁合金的應(yīng)用范圍更加廣泛。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對鋁合金這種材料的要求也隨之升高，提升鋁合金復(fù)合材料的整體性能，對于促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來說，具有著重要的意義。鋁合金材料在實(shí)際應(yīng)用過程中，在不同溫度條件下，其抗拉強(qiáng)度有著明顯的變化，為了更好地應(yīng)用鋁合金，了解其材料特性的時(shí)候，就要加強(qiáng)鋁合金材料的抗拉強(qiáng)度，使之具備更強(qiáng)大的性能，這樣一來，才能更好地滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。就相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)顯示，三種鋁合金復(fù)合材料在100度的抗拉強(qiáng)度如下：鋁合金（ZL109）抗拉強(qiáng)度為294MPa，K2O.6TiO2/ZL109抗拉強(qiáng)度為296MPa，Al2O3/ZL109抗拉強(qiáng)度為311MPa。由此可見，我們不難看出，鋁合金復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度明顯要強(qiáng)于鋁合金材料[4]。

4鎂基復(fù)合材料和鋁硅合金的增強(qiáng)性能分析

鎂基復(fù)合材料和鋁硅合金的增強(qiáng)，使其在實(shí)際應(yīng)用中具備更好的性能，能夠在實(shí)際生產(chǎn)中，滿足實(shí)際需要，更好地促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

4.1鎂基復(fù)合材料增強(qiáng)性能分析鎂基復(fù)合材料的應(yīng)用，主要是鎂合金基體和非有色金屬材料的結(jié)合，這種復(fù)合型材料更好地提升了鎂合金的強(qiáng)度。一般來說，鎂基復(fù)合材料在應(yīng)用過程中，主要添加了碳纖維、氧化鋁、碳化硼顆粒等。鎂基復(fù)合材料在制造行業(yè)得到了較為廣泛的應(yīng)用。有關(guān)鎂基復(fù)合材料的性能，在添加體積分?jǐn)?shù)為30%的碳纖維后，可以增強(qiáng)鎂合金的剪切強(qiáng)度，鎂基復(fù)合材料的強(qiáng)度為40MPa，而鎂合金材料的強(qiáng)度則為20MPa，對比兩個(gè)數(shù)據(jù)，我們不難看出，鎂基復(fù)合材料的性能要超出鎂合金性能太多。

4.2鋁硅合金增強(qiáng)性能分析鋁硅合金增強(qiáng)性能，主要是利用石墨復(fù)合材料阻尼性能，增強(qiáng)鋁硅合金的自滑性，降低鋁硅合金的摩擦性，使鋁硅合金能夠在內(nèi)燃機(jī)活塞以及軸承中得到廣泛的應(yīng)用。針對于鋁硅合金增強(qiáng)性能的研究分析，主要選擇7.5%的鋁硅合金作為試驗(yàn)材料，并添加石墨，其粒度為60~200um。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，將石墨均勻加入鋁硅中，并且將其鑄造成型，對其阻尼性能以及相關(guān)化學(xué)性能進(jìn)行有效的檢測。關(guān)于鋁硅合金增強(qiáng)性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如下所示：7.5%鋁硅合金的內(nèi)耗為0.83*10-2，GA-1的內(nèi)耗為2.26*10-2，GA-2的內(nèi)耗為3.17*10-2。由此可見，當(dāng)鋁硅合金內(nèi)的石墨含量增加后，鋁硅-石墨復(fù)合材料的內(nèi)耗增大，可以更好地實(shí)現(xiàn)減震目標(biāo)。

5結(jié)束語

篇(3)

關(guān)鍵詞 氧化物；陶瓷；鐵基；復(fù)合材料；潤濕性

中圖分類號TF12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2014）123-0135-02

0引言

氧化物陶瓷/鐵基耐磨復(fù)合材料，氧化物陶瓷的特性有機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨性能好、耐腐蝕性好、熱穩(wěn)定性好，缺點(diǎn)是易碎裂、不易加工、驟冷驟熱性能不良。金屬合金材料加工性能好、韌性好，但耐磨性能不良。如何把陶瓷的優(yōu)良特性與金屬合金材料優(yōu)良特性結(jié)合起來，揚(yáng)長避短，國內(nèi)外都做了大量的研究與實(shí)踐。因此，具有陶瓷的優(yōu)良特性及耐磨性能，又具有金屬材料的優(yōu)良特性的耐磨復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于各種耐磨領(lǐng)域。這就需要把陶瓷與金屬復(fù)合到一起，但現(xiàn)有的生產(chǎn)制作工藝復(fù)雜，對工藝裝備要求高，生產(chǎn)成本居高不下，很難被多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)采用，因此，我們要研究一種生產(chǎn)工藝來降低生產(chǎn)成本，能讓多數(shù)普通企業(yè)能用上高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性、高韌性的復(fù)合材料。

1背景

磨損是零部件失效的一種基本類型，普遍存在于冶金、礦山、電力、機(jī)械、國防、軍工、航空航天等許多工業(yè)部門，這造成了材料的極大浪費(fèi)和能源的巨大消耗。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)每年消耗金屬耐磨材料高達(dá)600萬噸以上。以上數(shù)據(jù)可知，提高機(jī)械設(shè)備及零部件的耐磨損性能，可以大大減少能源消耗，提高生產(chǎn)效率。眾所周知，陶瓷具有很高的耐磨損性能，而金屬具有良好的韌性。這些性能很難在同一材料中協(xié)調(diào)一致，為了解決這一矛盾，使用氧化物陶瓷鐵基耐磨復(fù)合材料是較好的選擇。

2現(xiàn)行生產(chǎn)工藝

現(xiàn)行生產(chǎn)工藝有幾大類：1）將制備好的氧化物陶瓷顆粒與自熔性金屬合金粉末混合后（按一定比例）用油壓機(jī)或等靜壓壓制成工藝所需的形狀，用高于自熔性金屬合金熔點(diǎn)的溫度下，進(jìn)行燒結(jié)；2）將制備好的氧化物陶瓷顆粒與自熔性金屬合金粉末混合燒結(jié)，是利用自熔性金屬合金與氧元素結(jié)合能力的差異，將金屬從其氧化物中置換出來，形成氧化物陶瓷/鐵基耐磨復(fù)合材料；3）將自熔性金屬合金熔液熔滲到陶瓷預(yù)制體多孔之中。上述方法只能生產(chǎn)小型復(fù)合材料塊，無法將復(fù)合材料復(fù)合到需要耐磨的部位，運(yùn)用到礦山機(jī)械、粉碎設(shè)備上難度很大。此工藝經(jīng)濟(jì)性稍差。

3研究方向

氧化物陶瓷鐵合金復(fù)合材料性能優(yōu)良，但與大型結(jié)構(gòu)件復(fù)合復(fù)合困難，制備過程比較復(fù)雜。雖然，現(xiàn)有工藝解決了一些問題，在制作單個(gè)氧化物陶瓷鐵合金復(fù)合材料上等研究取得了一定的進(jìn)展，在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域但仍未開發(fā)出適合實(shí)際的產(chǎn)品。因此，需要研究開發(fā)出適合的新型制備工藝。我們主要研究方向是如何將復(fù)合材料復(fù)合到需要耐磨的部位，運(yùn)用到礦山機(jī)械、粉碎設(shè)備上，重點(diǎn)在能降低成本、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)進(jìn)行研究探討。

4實(shí)施方法

1）合金耐磨預(yù)制件制成工藝：將氧化物陶瓷顆粒與自熔性合金粉末按比例用機(jī)械進(jìn)行充分混合，依據(jù)用戶產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同設(shè)計(jì)不同的模具，在油壓機(jī)下將合金耐磨預(yù)制件壓制制成特定形狀，如柱狀、條狀、塊狀、蜂窩狀等；2）冶金工藝：將耐磨預(yù)制件置于用泡沫、塑料等高分子有機(jī)材料制作的實(shí)體模具內(nèi)用真空冶金鑄造工藝進(jìn)行復(fù)合鑄造。利用金屬母液的溫度將合金耐磨預(yù)制件燒制成型并與合金耐磨預(yù)制件形成冶金結(jié)合面。該工藝設(shè)備投資小、工藝簡單、金屬母體與耐磨預(yù)制件冶金結(jié)合面良好。

5工藝過程

1）將粒徑為8目的氧化物陶瓷顆粒10%、粒徑為30目的氧化物陶瓷顆粒39%、粒徑為60目的氧化鋯陶瓷顆粒48%與自熔性鐵基合金粉末7%，使用水溶性樹脂4%機(jī)械混合均勻得混合物，放入油壓機(jī)中用模具壓制成型然后放入80°C的烘箱中烘干得到耐磨預(yù)制件；

2）將耐磨預(yù)制件在800℃的箱式爐中進(jìn)行排膠；

3）將排膠后的耐磨預(yù)制件涂抹硬釬劑；

4）將涂抹硬釬劑的耐磨預(yù)制件置于用泡沫、塑料等高分子有機(jī)材料制作成為與要生產(chǎn)鑄造的零件結(jié)構(gòu)、尺寸完全一樣的實(shí)體模具內(nèi)；

5）實(shí)體模具經(jīng)過浸涂強(qiáng)化涂料并烘干后，裝入真空造型砂箱中排列好做好澆鑄口，然后用干石英砂埋好，經(jīng)三維振動(dòng)臺振動(dòng)埋實(shí)；

6）用中頻感應(yīng)煉鋼爐將耐磨基礎(chǔ)件金屬母體常用耐磨件的高錳鋼、合金鋼、高碳鉻鐵熔化成金屬液，用澆包將合金鋼水澆鑄到真空造型砂箱上的澆鑄口中，真空造型砂箱在0.5Pa的負(fù)壓狀態(tài)下澆入熔化的合金金屬液，使高分子有機(jī)材料實(shí)體模型受熱氣化被抽出，被液體合金金屬取代冷卻凝固后成型，同時(shí)利用合金金屬母液的溫度將耐磨預(yù)制件燒制成型并與耐磨預(yù)制件形成冶金結(jié)合面。

6優(yōu)點(diǎn)

1）利用合金金屬母液的溫度將耐磨預(yù)制件燒制成型并與耐磨基礎(chǔ)件形成冶金結(jié)合面。耐磨件基體和氧化物陶瓷不會發(fā)生變形；

2）工藝簡單、制作材料不需進(jìn)行熱處理就能達(dá)到所需

硬度；

3）解決了氧化物金屬陶瓷和金屬基體結(jié)合難的難題，避免了澆注工藝帶來的缺陷；

4）耐磨工件表面氧化物陶瓷、金屬呈規(guī)律分布，既保證了耐磨件的耐磨性，又保證了其抗沖擊性能；

5）冶金面結(jié)合良好能大幅度降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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篇(4)

1鋁合金復(fù)合材料技術(shù)及工藝發(fā)展的歷程及現(xiàn)狀

早在19世紀(jì)30年代在美國等國家就開始開發(fā)及研究鋁合金復(fù)合材料，其方式就主要對熱傳輸設(shè)備進(jìn)行研究，此時(shí)與鋁合金復(fù)合材料相關(guān)的技術(shù)及工藝尚不完善，但是在焊板、箔等生產(chǎn)中應(yīng)用有較好的使用效果。而在19世紀(jì)40年代，此項(xiàng)工藝技術(shù)開始在西歐一些發(fā)達(dá)國家的熱傳輸設(shè)備生產(chǎn)中應(yīng)用，這也為鋁合金復(fù)合材料及的關(guān)鍵技術(shù)及工藝提供了進(jìn)一步的發(fā)展空間。在19世紀(jì)80年代鋁合金復(fù)合材料關(guān)鍵技術(shù)及生產(chǎn)工藝仍然由一些發(fā)達(dá)國家所掌控，而我國在鋁合金復(fù)合材料的生產(chǎn)及研究中起步相對較晚，但是在不斷的研究及發(fā)展中仍然取得了一定的進(jìn)步。對于鋁合金復(fù)合材料的生產(chǎn)技術(shù)及工藝來說，其主要是采用特定的手段來改變金屬材料的性質(zhì)及特點(diǎn)，例如其化學(xué)、力學(xué)、物理等性質(zhì)，這樣可以使材料在實(shí)際的使用中滿足不同的生產(chǎn)要求，進(jìn)而提升其應(yīng)用效果。

2鋁合金復(fù)合材料的特點(diǎn)

鋁合金復(fù)合材料因受加工生產(chǎn)的作用使其具備了多種實(shí)用性能，例如在使用中具有金屬、合金、非金屬材料等性質(zhì)特點(diǎn)，可以說其融合了這些單一金屬所具備的特性及優(yōu)勢。目前鋁合金復(fù)合材料在使用中具備了防磨損、耐高溫、阻斷性、導(dǎo)熱性、抗腐蝕、強(qiáng)度高、電磁性、光敏性等特點(diǎn)，再加上其成本相對較低且重量較輕使其在實(shí)際中得到了良好的推廣及應(yīng)用。鋁合金復(fù)合材料通常情況下為兩層或三層復(fù)合軋制而成，皮材采用熔點(diǎn)低且流動(dòng)性好的4XXX鋁合金作為焊料、芯層采用具有中等強(qiáng)度的3XXX防銹鋁合金復(fù)合軋制而成。

3鋁合金復(fù)合材料關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)鋁合金復(fù)合材料在生產(chǎn)應(yīng)用中的特殊性決定了其需具備相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的確定主要是根據(jù)材料實(shí)際使用的場合及情況來進(jìn)行確定的，以此來滿足對鋁合金復(fù)合材料的不同使用要求。在鋁合金復(fù)合材料的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)中主要包括溫度、厚度、尺寸、性能等，以下則是對其各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的研究及總結(jié)。3.1鋁合金復(fù)合材料的主要狀態(tài)及規(guī)格指標(biāo)。鋁合金復(fù)合材料在生產(chǎn)中首先需要注意的就是其基礎(chǔ)性技術(shù)指標(biāo)，包括材料的狀態(tài)、規(guī)格、牌號等，對于此部分指標(biāo)系數(shù)見表1。3.2鋁合金復(fù)合材料的包覆率指標(biāo)。由于鋁合金復(fù)合材料在實(shí)際應(yīng)用中其產(chǎn)品要求及使用性能的不同使其實(shí)際的規(guī)格也有一定的區(qū)別，而在此種情況下材料實(shí)際的包覆層厚度也有一定的區(qū)別，根據(jù)鋁合金復(fù)合材料性質(zhì)來看，其包覆率水平越高，整體材料的性能就越就穩(wěn)定，相應(yīng)的質(zhì)量也可以得到良好的保障，其具體的指標(biāo)參數(shù)見表2。3.3鋁合金復(fù)合材料的化學(xué)成分指標(biāo)。目前在相關(guān)技術(shù)及工藝的發(fā)展及進(jìn)步使化學(xué)成分也在不斷的變化，同時(shí)在鋁合金復(fù)合材料生產(chǎn)中對其控制標(biāo)準(zhǔn)的要求也在不斷的提升，而對其化學(xué)成分控制指標(biāo)的確定及運(yùn)用主要是以GB/T3190作為標(biāo)準(zhǔn)，以此來控制合金產(chǎn)品中的化學(xué)成分。3.4鋁合金復(fù)合材料的力學(xué)指標(biāo)。在原有的鋁合金復(fù)合材料生產(chǎn)中其力學(xué)指標(biāo)控制相對較松，而在現(xiàn)今此種材料的使用形式及使用功能在不斷完善的情況下，力學(xué)指標(biāo)的重要性也逐漸凸顯出來。其力學(xué)指標(biāo)的確定主要針對焊接性能，因此對于力學(xué)指標(biāo)的確定需要根據(jù)鋁合金復(fù)合材料的實(shí)際應(yīng)用方向及應(yīng)用性能來進(jìn)行確定。3.5鋁合金復(fù)合材料的溫度指標(biāo)。其溫度指標(biāo)主要是指在釬焊中的溫度指標(biāo)，由于在釬焊過程中高溫會對鋁合金復(fù)合材料的穩(wěn)定性及質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，為此在實(shí)際中需要對其溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，其指標(biāo)參數(shù)見表3。

4鋁合金復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝

4.1鋁合金復(fù)合材料的包覆厚度理論。第一，在鋁合金復(fù)合材料軋制的過程中需要注意材料所具備的金屬鍵特點(diǎn)；第二，在雙金屬中其所需要復(fù)合的材料需要注意其臨界值；第三，在鋁合金復(fù)合材料生產(chǎn)中其材料原子在一定的條件下會產(chǎn)生一定的能量；第四，雙金屬在進(jìn)行復(fù)合生產(chǎn)的過程中國會因表面接觸出現(xiàn)塑性變形的情況，而此種情況主要是由于其表面覆蓋的氧化層破裂而出現(xiàn)的一種位錯(cuò)遷移；第五，在雙金屬復(fù)合中其化學(xué)鍵會在接觸及外部條件的作用下出現(xiàn)激活的情況，最后雙金屬在化學(xué)反應(yīng)中出現(xiàn)結(jié)合情況；第六，在雙金屬復(fù)合中其在結(jié)合過后會會產(chǎn)生擴(kuò)散情況，此情況主要是指在結(jié)合部分金屬原子通過擴(kuò)散活動(dòng)來增強(qiáng)其結(jié)合程度及強(qiáng)度，此種擴(kuò)散情況可以有效的提高鋁合金復(fù)合材料的性能。4.2鋁合金復(fù)合材料的包覆軋制技術(shù)。目前在鋁合金復(fù)合材料的復(fù)合軋制中所使用的技術(shù)主要分為兩種，熱軋制及冷軋制，其中熱軋復(fù)合技術(shù)在使用中其高溫可以使金屬溫度升高，進(jìn)而使材料可以受到更好的變形重塑，相對的其變形抗力也要較其它方式小，在應(yīng)用中復(fù)合效率高。而冷軋復(fù)合技術(shù)由于溫度等條件的影響使材料的抗變形能力較強(qiáng)，為此在實(shí)際施工中其設(shè)備及技術(shù)使用要求也較多，相應(yīng)的成本也要高于熱軋復(fù)合技術(shù)。

以上根據(jù)鋁合金復(fù)合材料的特點(diǎn)對其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)及生產(chǎn)工藝進(jìn)行了全面的解析，為其生產(chǎn)及使用提供了一定的參考依據(jù)，在實(shí)際中還需對相關(guān)技術(shù)不斷研究及發(fā)展，從而提升產(chǎn)品的綜合性能，滿足高端產(chǎn)品發(fā)展需求。

作者:胡建兵 單位:深圳市萬德裝飾設(shè)計(jì)工程有限公司

參考文獻(xiàn)

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篇(5)

鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有高的比強(qiáng)度和比剛度、優(yōu)良的鑄造性能和機(jī)械加工性能，被譽(yù)為21世紀(jì)的綠色結(jié)構(gòu)材料，有著廣泛的應(yīng)用前景。但是與鋁合金相比，鎂合金由于高溫下強(qiáng)度下降使其應(yīng)用受到一定的限制。

為了改善鎂合金強(qiáng)度低、力學(xué)性能差的缺點(diǎn)，常向鎂合金中加入連續(xù)或非連續(xù)（短纖維、晶須等）纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。但其中纖維或晶須作為增強(qiáng)體價(jià)格昂貴、制備工藝復(fù)雜、存在晶須斷裂等問題使纖維/晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的實(shí)際應(yīng)用受到很大限制。為了滿足進(jìn)一步推廣應(yīng)用的要求，開始研究顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，其具有力學(xué)性能呈各向同性、制備工藝簡單、增強(qiáng)體價(jià)格低廉、等特點(diǎn)， 是目前最有可能實(shí)現(xiàn)低成本、規(guī)模化商業(yè)生產(chǎn)的鎂基復(fù)合材料。

1.鎂基復(fù)合材料組成

鎂基復(fù)合材料主要由基體及增強(qiáng)相組成。基體所用鎂合金系主要有Mg-AI-Zn系、Mg-Zn-Zr系、Mg-Li系、Mg-Mn系等。而對于鎂基復(fù)合材常用增強(qiáng)體主要有碳纖維、碳化硅、氧化鋁及碳化硼顆粒等。

2.專利申請概況

2.1 申請人類型分析

本文從中國專利文摘數(shù)據(jù)庫CPRSABS和世界專利文摘庫SIPOABS、德溫特世界專利庫DWPI中選取分類號和關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，并對檢索結(jié)果進(jìn)行了分析。從專利的申請人類型來看，高校及科研院所擁有較大優(yōu)勢，占全部專利申請量的51%；其次為公司及企業(yè)，占全部專利申請量的44%，個(gè)人以及其他擁有的份額較少，僅占5%。其中，國外申請人以企業(yè)或公司為主，國內(nèi)申請人以高校及研究院為主。

2.2 專利申請量分析

通過對全球范圍內(nèi)顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料專利申請量的分析發(fā)現(xiàn)，在顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的整個(gè)發(fā)展過程中，國外技術(shù)的發(fā)展主要集中于2010年以前，而國內(nèi)則是從2000年開始，由高校牽頭開始研究顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。

3.顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料專利現(xiàn)狀分析

根據(jù)鎂基復(fù)合材料的使用性能、基體鎂合金的種類和成分來選擇所需的顆粒增強(qiáng)相。要求增強(qiáng)相與基體物理、化學(xué)相容性好，應(yīng)盡量避免增強(qiáng)相與基體合金之間的有害界面反應(yīng)，并使其與基體潤濕性良好，載荷承受能力強(qiáng)等。根據(jù)種類的不同其主要包括硅化物、碳化物、氧化物、氮化物、金屬以及準(zhǔn)晶等。

3.1 硅化物顆粒

硅化物顆粒主要包括Mg2Si，CrSi2以及TiSi2等。在使用硅化物顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料時(shí)，增強(qiáng)相硅化物顆粒主要是通過原位反應(yīng)生成。在1994年，日本專利JPH0841564 A首先通過原位反應(yīng)生成Mg2Si顆粒增強(qiáng)相，與碳化硅顆粒一起增強(qiáng)鎂合金。但是在鎂合金中反應(yīng)生成的Mg2Si相極易長大變成粗大的漢字狀，影響材料的力學(xué)性能。隨后，上海交通大學(xué)（CN1789446 A、CN101148723 A）、江蘇大學(xué)（CN101381829 A）、南昌大學(xué)（CN101748300 A、CN102776396 A）、南昌航空航天大學(xué)（CN104131190 A）等各大高校開始采用不同的方式細(xì)化鎂合金復(fù)合材料中的Mg2Si相，例如利用脈沖磁場、超聲波、超聲變幅桿以及在合金中一定量的銻元素合金等，改善增強(qiáng)相的強(qiáng)化效果。

3.2 碳化物顆粒

常用碳化物添加顆粒主要包括SiC，TiC。1986年，AMAX公司（US4657065 A）首先采用碳化硅顆粒和/纖維和碳化鈦顆粒作為增強(qiáng)相。 隨后，碳化物作為最常規(guī)的增強(qiáng)相添加到鎂合金中用于制備顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料（JPH01156448 A、JPH02129322 A、JPH02145233 A、JPH01279721 A、JPH05209205 A、JPH05202443 A、WO9315238 A1、CN1396284A、CN1470662A、CN1441073A等），并且為了適用于不同的領(lǐng)域、不同的制備工藝以及與其余增強(qiáng)相的潤濕性，JPH01156448 A、JP2003183748 A 、CN1667149 A、CN1666833A采用在碳化硼、碳化硅表面涂覆鍍層強(qiáng)化碳化物顆粒，改善碳化硅和鎂基體之間的潤濕，促進(jìn)燒結(jié)；CN1676645 A、CN1837392 A、TW200914167 A、TW200912012 A、CN103667841、CN103667839、CN103667840、CN103695744則采用納米態(tài)的碳化硅作為增強(qiáng)相，集納米材料和復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)于一身。

3.3 氧化物顆粒

氧化物添加顆粒主要包括SiO2、MgO、Al2O3、Fe2O3、MnO2、ZrO2等。由于氧化物的成本較低，氧化物在1984年最先作為增強(qiáng)相用于制備顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料（JPS60243245 A），并在隨后的技術(shù)發(fā)展中得到了廣泛的應(yīng)用，例如專利JPS6350615 A、JPH01261266 A，JPH05202443 A；CN1837392 A、TW200914167 A充分發(fā)揮納米材料的特征，將碳化物和氧化物以納米形態(tài)添加到鎂合金中，制備出的鎂基復(fù)合材料集納米材料和復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)于一身；哈爾濱工業(yè)大學(xué)（CN103589891A）則改變氧化物的形式，將Al2O3以空心球的方式添加到鎂合金。

3.4 金屬顆粒

金屬顆粒首次被用作增強(qiáng)相顆粒是在2001年，神戶制鋼株式會所嘗試將金屬鋯作為增強(qiáng)相制備出鋯增強(qiáng)的鎂基復(fù)合材料；在國內(nèi)， 2006年上海交通大學(xué)（CN1718792A）才將鈦金屬顆粒作為增強(qiáng)相；隨后，江蘇大學(xué)（CN101067188 A）、北京航空航天大學(xué)（CN101538672 A）、南昌大學(xué)（CN104313371 A，CN104313372 A）先后研究了將含稀土元素的金屬間化合物顆粒作為顆粒增強(qiáng)相；中科學(xué)院金屬研究所在2006年（CN101186996A）首次嘗試將Nb顆粒添加到非晶態(tài)的鎂合金中；并在隨后研究了（CN102108454 A）將金屬顆粒與非金屬顆粒一起作為增強(qiáng)相；以及（CN102108460 A）將Co基、Zr基、Ni-Al基等形狀記憶合金顆粒添加到鎂基合金中，使得制備的復(fù)合材料具有形狀記憶效應(yīng)性能。

3.5 準(zhǔn)晶顆粒

準(zhǔn)晶由于具有各向同性及準(zhǔn)周期晶格結(jié)構(gòu)，使得位錯(cuò)滑移困難，而具有高硬度和高強(qiáng)度。因此，研究人員遂利用其作為增強(qiáng)相。首先是在2003年時(shí)，上海交通大學(xué)（CN1524974A A）將AlxCuyFez合金準(zhǔn)晶粉添加到到鎂基合金中。隨后，太原理工大學(xué)（CN1644738 A、CN102206782 A）、北京工業(yè)大學(xué)（CN102618766 A）、華東交通大學(xué)（CN102618766 A）、西安理工大學(xué)（CN103421995 A）等高校都開始研究不同成分和形態(tài)的準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)相，制備出具有細(xì)小尺寸、近似球狀的準(zhǔn)晶增強(qiáng)的鎂基復(fù)合材料。

3.6 其他

除了上述幾種常見的增強(qiáng)顆粒以外，單質(zhì)B（JP29893488A、JP29826588A、JP5313789A）、C（JP28139188A）、尖晶石（JP5313789A）、石墨（CN1676245 A、CN103820670 A）、碳納米管（TW200914167 A、CN101376276 A、CN101376170 A、CN101386926 A）、Ca-P陶瓷顆（CN103834840 A）、石墨烯（CN104233028 A）等也曾作為增強(qiáng)顆粒被添加到鎂合金中或者在鎂合金中原位生成。

篇(6)

【關(guān)鍵詞】廢印刷電路板物理回收非金屬粉

1、概述

印刷電路板的基材通常為玻璃纖維強(qiáng)化的酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂，其上焊接有各種構(gòu)件，成分非常復(fù)雜，其中含有多種金屬，具有很高的資源回收價(jià)值。PCB含有如鋁、銅、鐵、鎳、鉛、錫和鋅等基本金屬和金、銀、鈀、銠、硒等貴金屬稀有金屬，含量約為電路板質(zhì)量的25%玻璃纖維強(qiáng)化酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂。

廢印刷電路板中包含的金屬材料、塑料、玻璃纖維材料等物質(zhì)都是有用的可回收利用的資源，其中金屬物質(zhì)相當(dāng)于普通礦物中金屬的幾十倍甚至幾百倍，而且還有一定量的貴重金屬和稀有金屬，因而具有很高的回收利用價(jià)值，大量的金屬的回收再利用，是印刷線路板回收的一大推動(dòng)力。

廢舊印刷電路板基材中含有大量的被樹脂包覆的玻纖，因而具有很高的力學(xué)性能，可以用作復(fù)合材料的填料，降低成本，有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

由此看出，如果廢舊印刷電路板不能采取合適的方式進(jìn)行回收利用處理，這樣不僅會造成資源的巨大損傷，并且電路板中含有的重金屬鹵素聚合物，如鉛、含溴的阻燃劑等，會對環(huán)境和人體造成嚴(yán)重的危害。

2、廢舊印刷電路板基材的處理工藝與利用

就如何回收利用廢舊印刷電路板基材可以分為兩種：物理方法回收和化學(xué)方法回收再利用。

2.1物理方法回收

目前可采取的主要的金屬回收技術(shù)多采用機(jī)械破碎，這樣子造成PCB中金屬的解離，然后通過靜電、磁力、重力等分選方式將金屬材料和非金屬材料進(jìn)行分離。非金屬粉末大小一般為3～5μm，成分主要為玻璃纖維、熱固性環(huán)氧樹脂和各種添加劑，這些粉末可作為復(fù)合材料的填料，用于制備復(fù)合材料。

根據(jù)PCB中非金屬材料成分及各項(xiàng)性質(zhì)，非金屬可作為填料用于制備復(fù)合材料。由此粉末填充所制得的復(fù)合材料，同樣具有密度小、吸水率低和硬度高的優(yōu)點(diǎn)，力學(xué)性能與常規(guī)無機(jī)填料制得的材料力學(xué)性能相當(dāng)。

2.2化學(xué)方法回收

化學(xué)回收也被稱為三次回收，是指廢棄物經(jīng)初步粉碎后，利用化學(xué)方法將其分解成小分子碳氧化合物的氣體、液體或者焦炭，同時(shí)使填料和纖維得到分離。廢棄線路板非金屬材料的化學(xué)回收利用形式有：

（1）熱解回收法

熱解法是用加熱的手段，將交聯(lián)的熱固性樹脂中的化學(xué)鍵斷裂，將網(wǎng)狀的大分子分解成有機(jī)小分子，殘留物為無機(jī)化合物（主要是玻璃纖維）。目前對PCB中的非金屬材料主要有兩種處理工藝。一種是將廢線路板經(jīng)預(yù)處理后直接熱解，其中的非金屬材料在惰性氣體保護(hù)下加熱到一定溫度發(fā)生熱解，生成氣體、液體（油）、固體（焦）。固體（焦）中含廢線路板的金屬成分和玻璃纖維等殘?jiān)俨捎梦锢矸椒ǚ蛛x回收金屬成分。直接熱解的工藝優(yōu)點(diǎn)是防止粉碎的非金屬粉末過細(xì)，熱解產(chǎn)生有毒氣體。另一種工藝路線是把物理回收金屬和熱解處理非金屬兩個(gè)過程串聯(lián)起來，這樣避免了金屬因被氧化而影響回收。

（2）溶劑回收

溶劑回收是用有機(jī)或無機(jī)溶劑，將廢棄線路板中的網(wǎng)狀交聯(lián)高分子基體分解或水解成低分子督的線性有機(jī)化合物，使復(fù)合材料中的各組分易于分離和回收的一項(xiàng)技術(shù)。

2.3回收技術(shù)分析

對于熱固性的印刷線路板基材來說，物理回收不需要改變基材樹脂的化學(xué)狀態(tài)，操作簡單方便，能耗低且污染物質(zhì)較小，廢棄物全部得到利用，能緩解焚燒、填埋帶來的環(huán)境壓力。不足之處在于線路板成分和性質(zhì)的差異以及雜質(zhì)的存在會造成再生產(chǎn)品性能的下降或降級使用。

相對于熱解法，溶劑回收法要溫和得多，不需要太高的溫度。但溶劑回收法尚處于起步研究階段，研究對象多為實(shí)驗(yàn)室合成的熱固性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，研究過程中還有許多技術(shù)難題需要克服。

綜合上述廢棄線路板中非金屬材料的回收利用方法，我們認(rèn)為不管從技術(shù)可行抑或是實(shí)用性來看，熱解回收和溶劑回收法難度大且工藝尚未成熟，都實(shí)驗(yàn)室階段，這種方法可以作為科學(xué)研究的新思路。而物理粉碎回收適合我國目前的經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平。

3、廢舊印刷電路板基材填充聚丙烯復(fù)合材料的界面改性

為了得到高強(qiáng)度的復(fù)合材料，必須在增強(qiáng)材料與基體之間形成有效的界面粘結(jié)。但是，在選用聚丙烯（PP）為基體樹脂與PCBs非金屬粉生產(chǎn)復(fù)合材料時(shí)，填料和聚丙烯樹脂基體間較差的相容性是造成復(fù)合材料力學(xué)性能大幅下降的主要原因。

廢舊印刷電路板基材填充聚丙烯復(fù)合材料的界面改性主要是通過兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)的：一方面是對基材填料表面進(jìn)行改性處理，增強(qiáng)其與基體聚丙烯的黏附性；另一方面是對另一方面是對聚丙烯進(jìn)行改性處理，使填料和樹脂基體能充分接觸。

4、結(jié)語

綜合上述幾種回收利用方法，采用物理方法回收具有較大的發(fā)展優(yōu)勢，也是當(dāng)前最適合國情的一種資源化方法。考慮到復(fù)合材料已成為目前材料領(lǐng)域最具有前景的領(lǐng)域之一，利用這種材料作填料制備復(fù)合材料具有很高的應(yīng)用價(jià)值和良好的市場前景。

目前WPCBs中非金屬材料的資源化還存在很多問題，從而造成產(chǎn)品的降級使用，如何說服他們讓消費(fèi)者接受回收料還是一個(gè)時(shí)間問題。WPCBS中非金屬材料的資源化處置仍是當(dāng)前全國上下面臨的嚴(yán)峻問題，要實(shí)現(xiàn)其真正的回收利用、無害化處理還需要時(shí)間和具體舉措。

參考文獻(xiàn)

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[2]明果英.廢印制電路板的物理回收及綜合利用技術(shù)[J].印刷電路信息，2007，7：47～50.

篇(7)

0　引　言

生物醫(yī)用復(fù)合材料(biomedical composite materials)是由兩種或兩種以上的不同材料復(fù)合而成的生物醫(yī)用材料，它主要用于人體組織的修復(fù)、替換和人工器官的制造［1］。長期臨床發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)醫(yī)用金屬材料和高分子材料不具生物活性，與組織不易牢固結(jié)合，在生理環(huán)境中或植入體內(nèi)后受生理環(huán)境的，導(dǎo)致金屬離子或單體釋放，造成對機(jī)體的不良影響。而生物陶瓷材料雖然具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和相容性、高的強(qiáng)度和耐磨、耐蝕性，但材料的抗彎強(qiáng)度低、脆性大，在生理環(huán)境中的疲勞與破壞強(qiáng)度不高，在沒有補(bǔ)強(qiáng)措施的條件下，它只能應(yīng)用于不承受負(fù)荷或僅承受純壓應(yīng)力負(fù)荷的情況。因此，單一材料不能很好地滿足臨床應(yīng)用的要求。利用不同性質(zhì)的材料復(fù)合而成的生物醫(yī)用復(fù)合材料，不僅兼具組分材料的性質(zhì)，而且可以得到單組分材料不具備的新性能，為獲得結(jié)構(gòu)和性質(zhì)類似于人體組織的生物醫(yī)學(xué)材料開辟了一條廣闊的途徑，生物醫(yī)用復(fù)合材料必將成為生物醫(yī)用材料和中最為活躍的領(lǐng)域。

1　生物醫(yī)用復(fù)合材料組分材料的選擇要求

生物醫(yī)用復(fù)合材料根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，由基體材料與增強(qiáng)材料或功能材料組成，復(fù)合材料的性質(zhì)將取決于組分材料的性質(zhì)、含量和它們之間的界面。常用的基體材料有醫(yī)用高分子、醫(yī)用碳素材料、生物玻璃、玻璃陶瓷、磷酸鈣基或其他生物陶瓷、醫(yī)用不銹鋼、鈷基合金等醫(yī)用金屬材料；增強(qiáng)體材料有碳纖維、不銹鋼和鈦基合金纖維、生物玻璃陶瓷纖維、陶瓷纖維等纖維增強(qiáng)體，另外還有氧化鋯、磷酸鈣基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等顆粒增強(qiáng)體。

植入體內(nèi)的材料在人體復(fù)雜的生理環(huán)境中，長期受物理、化學(xué)、生物電等因素的影響，同時(shí)各組織以及器官間普遍存在著許多動(dòng)態(tài)的相互作用，因此，生物醫(yī)用組分材料必須滿足下面幾項(xiàng)要求：(1)具有良好的生物相容性和物理相容性，保證材料復(fù)合后不出現(xiàn)有損生物學(xué)性能的現(xiàn)象；(2)具有良好的生物穩(wěn)定性，材料的結(jié)構(gòu)不因體液作用而有變化，同時(shí)材料組成不引起生物體的生物反應(yīng)；(3)具有足夠的強(qiáng)度和韌性，能夠承受人體的機(jī)械作用力，所用材料與組織的彈性模量、硬度、耐磨性能相適應(yīng)，增強(qiáng)體材料還必須具有高的剛度、彈性模量和抗沖擊性能；(4)具有良好的滅菌性能，保證生物材料在臨床上的順利應(yīng)用。此外，生物材料要有良好的成型、加工性能，不因成型加工困難而使其應(yīng)用受到限制。

2　生物醫(yī)用復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用

2.1　陶瓷基生物醫(yī)用復(fù)合材料

陶瓷基復(fù)合材料是以陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷基體，通過不同方式引入顆粒、晶片、晶須或纖維等形狀的增強(qiáng)體材料而獲得的一類復(fù)合材料。生物陶瓷基復(fù)合材料雖沒有多少品種達(dá)到臨床應(yīng)用階段，但它已成為生物陶瓷研究中最為活躍的領(lǐng)域，其研究主要集中于生物材料的活性和骨結(jié)合性能研究以及材料增強(qiáng)研究等。

Al2O3、ZrO3等生物惰性材料自70年代初就開始了臨床應(yīng)用研究，但它與生物硬組織的結(jié)合為一種機(jī)械的鎖合。以高強(qiáng)度氧化物陶瓷為基材，摻入少量生物活性材料，可使材料在保持氧化物陶瓷優(yōu)良力學(xué)性能的基礎(chǔ)上賦予其一定的生物活性和骨結(jié)合能力。將具有不同膨脹系數(shù)的生物玻璃用高溫熔燒或等離子噴涂的，在致密Al2O3陶瓷髖關(guān)節(jié)植入物表面進(jìn)行涂層，試樣經(jīng)高溫處理，大量的Al2O3進(jìn)入玻璃層中，有效地增強(qiáng)了生物玻璃與Al2O3陶瓷的界面結(jié)合，復(fù)合材料在緩沖溶液中反應(yīng)數(shù)十分鐘即可有羥基磷灰石的形成［2］。為滿足外科手術(shù)對生物學(xué)性能和力學(xué)性能的要求，人們又開始了生物活性陶瓷以及生物活性陶瓷與生物玻璃的復(fù)合研究，以使材料在氣孔率、比表面積、生物活性和機(jī)械強(qiáng)度等方面的綜合性能得以改善。近年來，對羥基磷灰石(HA)和磷酸三鈣(TCP)復(fù)合材料的研究也日益增多［3，4］。30% HA與70%TCP在1150℃燒結(jié)，其平均抗彎強(qiáng)度達(dá)155MPa，優(yōu)于純HA和TCP陶瓷，研究發(fā)現(xiàn)HA-TCP致密復(fù)合材料的斷裂主要為穿晶斷裂，其沿晶斷裂的程度也大于純單相陶瓷材料。HA-TCP多孔復(fù)合材料植入動(dòng)物體內(nèi)，其性能起初類似于β-TCP，而后具有HA的特性，通過調(diào)整HA與TCP的比例，達(dá)到滿足不同臨床需求的目的。45SF1/4玻璃粉末與HA制備而成的復(fù)合材料，植入兔骨中8周后取出，骨質(zhì)與復(fù)合材料之間的剪切破壞強(qiáng)度達(dá)27MPa，比純HA陶瓷有明顯的提高。

生物醫(yī)用陶瓷材料由于其結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)，其力學(xué)可靠性(尤其在濕生理環(huán)境中)較差，生物陶瓷的活性研究及其與骨組織的結(jié)合性能研究，并未能解決材料固有的脆性特征。因此生物陶瓷的增強(qiáng)研究成為另一個(gè)研究重點(diǎn)，其增強(qiáng)方式主要有顆粒增強(qiáng)、晶須或纖維增強(qiáng)以及相變增韌和層狀復(fù)合增強(qiáng)等［3，5～7］。當(dāng)HA粉末中添加10%～50%的ZrO2粉末時(shí)，材料經(jīng)1350～1400℃熱壓燒結(jié)，其強(qiáng)度和韌性隨燒結(jié)溫度的提高而增加，添加50%TZ-2Y的復(fù)合材料，抗折強(qiáng)度達(dá)400MPa、斷裂韌性為2.8～3.0MPam1/2。ZrO2增韌β-TCP復(fù)合材料，其彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性也隨ZrO2含量的增加而得到增強(qiáng)。納米SiC增強(qiáng)HA復(fù)合材料比純HA陶瓷的抗彎強(qiáng)度提高1.6倍、斷裂韌性提高2倍、抗壓強(qiáng)度提高1.4倍，與生物硬組織的性能相當(dāng)。晶須和纖維為陶瓷基復(fù)合材料的一種有效增韌補(bǔ)強(qiáng)材料，目前用于補(bǔ)強(qiáng)醫(yī)用復(fù)合材料的主要有：SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2、HA纖維或晶須以及C纖維等，SiC晶須增強(qiáng)生物活性玻璃陶瓷材料，復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度可達(dá)460MPa、斷裂韌性達(dá)4.3MPam1/2，其韋布爾系數(shù)高達(dá)24.7，成為可靠性最高的生物陶瓷基復(fù)合材料。磷酸鈣系生物陶瓷晶須或纖維同其它增強(qiáng)材料相比，不僅不影響材料的增強(qiáng)效果，而且由于其具有良好的生物相容性，與基體材料組分相同或相近，不會影響到生物材料的性能。HA晶須增韌HA復(fù)合材料的增韌補(bǔ)強(qiáng)效果同復(fù)合材料的氣孔率有關(guān)，當(dāng)復(fù)合材料相對密度達(dá)92%～95%時(shí)復(fù)合材料的斷裂韌性可提高40%。

2.2　高分子基生物醫(yī)用復(fù)合材料

研究表明幾乎所有的生物體組織都是由兩種或兩種以上的材料所構(gòu)成的，如人體骨骼和牙齒就是由天然有機(jī)高分子構(gòu)成的連續(xù)相和彌散于其基質(zhì)中的羥基磷灰石晶粒復(fù)合而成的。生物有機(jī)高分子基復(fù)合材料，尤其生物無機(jī)與高分子復(fù)合材料的出現(xiàn)和發(fā)展，為人工器官和人工修復(fù)材料、骨填充材料開發(fā)與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

生物陶瓷增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料于1981年由Bonfield提出，目前的研究對象主要有：HA、AW玻璃陶瓷、生物玻璃等增強(qiáng)高密度聚乙烯(HDPE)和聚乳酸等高分子化合物［8，9］。HDPE-HA復(fù)合材料隨HA摻量的增加，其密度也增加，彈性模量可從1GPa提高到9MPa，但材料從柔性向脆性轉(zhuǎn)變，其斷裂形變可從大于90%下降至3%，因此可通過控制HA的含量調(diào)整和改變復(fù)合材料的性能。HA增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料的最佳抗拉強(qiáng)度可達(dá)22～26MPa、斷裂韌性達(dá)2.9±0.3MPam1／2。由于該復(fù)合材料的彈性模量處于骨楊氏模量范圍之內(nèi)，具有極好的力學(xué)相容性，并且具有引導(dǎo)新骨形成的功能。AW玻璃陶瓷和生物玻璃增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料具有與HA增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料相似的力學(xué)性能和生物學(xué)性能，復(fù)合材料在37℃的SBF溶液中體外實(shí)驗(yàn)研究表明，在其表面可形成磷灰石層，通過控制和調(diào)整AW玻璃陶瓷和生物玻璃的含量，使其滿足不同臨床應(yīng)用的需求。

聚乳酸具有良好的生物相容性和可降解性，但材料還缺乏骨結(jié)合能力，對X光具有穿透性，不便于臨床上顯影觀察。將聚乳酸與HA顆粒復(fù)合有助于提高材料的初始硬度和剛性，延緩材料的早期降解速度，便于骨折早期愈合。隨著聚乳酸的降解吸收，HA在體內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)化為自然骨組織，從而提高材料的骨結(jié)合能力和材料的生物相容性；此外可提高材料對X-射線的阻拒作用，便于臨床顯影觀察。最近，國外采用一種新的共混及精加工工藝將HA均勻分散于PLLA基體中制備了超高強(qiáng)度生物可吸收PLLA-HA復(fù)合材料［10］，隨HA在PLLA基體中含量增加，材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量也增加，其最高彎曲強(qiáng)度可達(dá)280MPa，它既有高分子的彈性又具有類皮質(zhì)骨的剛度。將該材料浸入到SBF溶液中3天后即有大量HA晶體在表面沉積，具有骨結(jié)合能力，12周后材料具有210MPa的彎曲強(qiáng)度，高于皮質(zhì)骨內(nèi)固定材料彎曲強(qiáng)度200MPa的最底要求。因此該復(fù)合材料可望作為骨折內(nèi)固定材料，廣泛應(yīng)用于臨床。PDLLA-HA復(fù)合內(nèi)固定棒兔子髁部骨折的實(shí)驗(yàn)研究表明［11］，術(shù)后動(dòng)物自由活動(dòng)，不用任何外固定，所有動(dòng)物傷口Ⅰ期愈合，無關(guān)節(jié)積液和竇道形成。X線攝片見3周時(shí)骨折端無移位，有明顯骨痂生成，骨折線模糊。6周骨折愈后，骨折線消失，骨痂最多，以后各時(shí)間點(diǎn)骨折無移位和再骨折，骨痂逐漸減少。12周前材料可清晰顯影，24周后模糊至消失。

碳纖維增強(qiáng)生物醫(yī)用高分子復(fù)合材料是發(fā)展最早的一類醫(yī)用復(fù)合材料，它主要用作骨水泥、人工關(guān)節(jié)和接骨板等［12，13］。碳纖維增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料，其強(qiáng)度、剛性、抗疲勞和抗磨損性能均顯著高于HDPE材料，因此它常用作承受復(fù)雜應(yīng)力和摩擦作用的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)。碳纖維增強(qiáng)聚砜復(fù)合材料的抗扭強(qiáng)度最高可達(dá)100MPa，與金屬板相比，其斷裂模量可減少2～4倍。碳纖維增強(qiáng)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)復(fù)合材料在90年代初就成功地用于顱骨缺損修復(fù)，其彎曲強(qiáng)度、斷裂模量及其抗沖擊性能均優(yōu)于人體顱骨材料，對患者實(shí)施顱骨缺損修復(fù)后起到重要的防護(hù)作用。用四氟乙烯纖維與碳纖維復(fù)合制備成多孔復(fù)合材料，其表面積為宏觀的1200倍，有利于生物組織的長入，它已用于牙槽骨、下頜骨、關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù)。