Aplicarea și prepararea compozitelor cu matrice SiC/Al

Sep 09, 2025 Lăsaţi un mesaj

În domeniul aerospațial, materialul compozit SiC/Al cu modul înalt de oboseală-rezistent la oboseală dezvoltat de compania British Aerospace Metal Matrix Composites (AMC) a fost aplicat cu succes la elicopterul civil EC-120. Sub sprijinul proiectului „Titlul E” al Departamentului de Apărare, DWA Composites Company și Lockheed Martin Corporation, în colaborare cu Air Force, au folosit metoda metalurgiei pulberilor pentru a prepara materiale compozite SiCp/6092Al ca componente cheie portante de sarcină pentru a înlocui originalul 2214 din aliaj de aluminiu de pe pielea de luptă ventrală a aripioarei F16. Acest lucru a crescut rigiditatea cu 50% și durata de viață de 17 ori, de la mai puțin de 1.000 de ore la durata de viață completă proiectată de 8.000 de ore, demonstrând performanțe excelente de service. Forțele aeriene americane l-au adoptat ca piesă de schimb pentru înotătoarea ventrală a avionului de vânătoare F16 și înlocuiește treptat piesele originale. În plus, materiale compozite SiCp/2009Al au fost aplicate la cilindrul hidraulic de frână al avionului de luptă F-168, paletele de ghidare a ventilatorului motorului Boeing 777, părțile de conectare ale sistemului rotor elicopter și fabricarea avioanelor mari de pasageri. În domeniul componentelor electronice, IBM din Statele Unite a aplicat materiale compozite SiC/Al la sistemele de ambalare și răcire ale dispozitivelor MCM, sporind capacitatea de disipare rapidă a căldurii a dispozitivelor. În anii 1990, compania LEC a folosit materiale compozite SiC/Al pentru a înlocui aliajele Cu/W în autoturismul EV1 [32]. Armata SUA a folosit, de asemenea, materiale compozite pe bază de SiCp/Al pentru a înlocui aliajele de beriliu și aliajele de aluminiu din carcasa instrumentelor componentelor inerțiale ale rachetelor și a enumerat acest material ca materialul pentru dispozitivele inerțiale aerospațiale de a treia generație.

În domeniul materialelor rezistente la uzură, Duralcan din Statele Unite a aplicat materiale compozite SiC/Al la fabricarea discurilor de frână pentru automobile, nu doar reducând greutatea cu 40% până la 60%, dar și îmbunătățind semnificativ rezistența la uzură a discurilor de frână, reducând foarte mult zgomotul în timpul utilizării și accelerând disiparea căldurii. În plus, compania l-a folosit în pistoanele motoarelor, cutii de viteze și alte piese auto. În consecință, materialele compozite SiC/Al au fost utilizate pe scară largă ca materiale rezistente la uzură-în plăcuțele de frână pentru diverse automobile. Există multe metode de preparare a materialelor compozite pe bază de SiC/Al-, inclusiv turnare, metalurgia pulberilor, infiltrare, sinteză in-situ și turnare sub agitare semi{-. Metodele comune sunt turnarea, metalurgia pulberilor și infiltrarea. Metalurgia pulberilor implică utilizarea pulberilor metalice sau a unui amestec de metal și pulbere nemetalică ca materii prime și, prin procese de formare și sinterizare, se transformă în metale aliate, materiale compozite sau alte tipuri de materiale. Primul pas este pregătirea pulberii necesare, care poate face obiectul cercetărilor specializate în inginerie a pulberii. Apoi, prin formarea pulberii, procesele de sinterizare și prelucrarea termică ulterioară, se obține materialul dorit. Avantajul metalurgiei pulberilor este că poate ajusta liber compoziția fazei de armare și a matricei, asigurând o distribuție uniformă a compoziției materialului, iar procesul este relativ simplu. Cu toate acestea, metalurgia pulberilor este dificil de fabricat-produse finite de dimensiuni mari și complexe structural, iar procesul de fabricație este lung, cu cerințe ridicate pentru echipamente. În ciuda acestui fapt, metalurgia pulberilor rămâne o metodă relativ avansată de preparare a materialelor compozite pe bază de SiC/Al{19}. Metodele de turnare includ turnarea prin presare și turnarea prin amestecare. Printre acestea, există două moduri de preparare a materialelor compozite SiC/Al prin turnare prin presare: 1. Adăugați SiC în aliajul de Al lichid, amestecați uniform și apoi injectați-l în matriță pentru turnarea prin presare. 2. Faceți SiC într-o preformă și plasați-o în matriță, apoi aplicați presiune pe aliajul de Al lichid pentru a-l face să pătrundă în preforma de comprimare și apoi turnarea. Avantajele turnării prin presare constau în procesul său simplu și ușor, pașii de producție puțini și eficienți, costurile de producție scăzute și capacitatea de a produce produse finite de formă-complexă. Cu toate acestea, în timpul procesului de turnare prin presare, particulele de SiC pot precipita, rezultând o distribuție neuniformă.

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

Metoda de turnare prin amestecare implică adăugarea de SiC la aliajul de Al lichid și agitarea lichidului de metal amestecat pentru a-l omogeniza înainte de a-l turna într-o matriță. Avantajele metodei de turnare prin amestecare sunt, de asemenea, simplitatea, pașii de producție puțini și eficienți, costul de producție scăzut și capacitatea de a produce produse finite în formă de-complexă. Cu toate acestea, dacă particulele de SiC sunt prea mici, acestea au tendința de a se aglomera. Agitarea introduce, de asemenea, cu ușurință incluziuni și gaze. La prepararea compozitelor SiC/Al prin turnare, apar reacții interfațiale severe, iar multe dintre lingourile turnate necesită o prelucrare secundară. Există două forme principale de metode de infiltrare, inclusiv infiltrarea fără presiune și infiltrarea sub presiune. Infiltrarea fără presiune este relativ simplă și a fost dezvoltată de compania Lanxide în Statele Unite în 1989, cunoscută astfel și sub numele de procesul Lanxide. Aceasta implică încălzirea aliajului de matrice de Al într-un cuptor cu atmosferă controlată la peste temperatura lichidului; apoi, soluția de aliaj este lăsată să se infiltreze în preforma de SiC fără a aplica presiune. Diferența în infiltrarea sub presiune este aplicarea presiunii, care este similară cu turnarea prin infiltrare prin presare și nu va fi elaborată în continuare. Infiltrarea este, de asemenea, o tehnologie de pregătire-scăzută și simplă. Prin urmare, este adesea folosit pentru a prepara compozite de matrice SiCp/Al cu fracții de volum mare, iar particulele de SiC din materialele obținute sunt distribuite relativ uniform. Compozite mature de infiltrare fără presiune-SiC/Al au fost aplicate chiar și în ambalaje electronice. Cu toate acestea, această metodă este dificil de controlat porozitatea ridicată introdusă de preformă, ceea ce face dificilă aplicarea acesteia pe materialele instrumentelor de precizie.