金屬?gòu)?fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

謝守理

摘 要： 隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，人民生活水平的提高，金屬?gòu)?fù)合材料的使用范圍也越來(lái)越廣，由于具體使用的方式不同，對(duì)其生產(chǎn)質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。下面就以某幾種金屬?gòu)?fù)合材料為研究對(duì)象，分析爆炸法、擠壓復(fù)合法、擴(kuò)散法、固相結(jié)合法等，然后再對(duì)其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行闡述，希望給有關(guān)人士一些借鑒。

關(guān)鍵詞：金屬?gòu)?fù)合材料 生產(chǎn)技術(shù) 展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TG1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2016）05-0321-01

從美國(guó)企業(yè)可以看到金屬?gòu)?fù)合材料的應(yīng)用前景，基本每年都要耗費(fèi)10億美元研究新的材料，我國(guó)和其相比才是起步階段。研究新型的金屬?gòu)?fù)合材料，需要使用兩種，或者兩種以上的物理、化學(xué)、力學(xué)性能不同的金屬材料，除此之外，這些材料還要具有相補(bǔ)效應(yīng)，就是可以互相彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)，讓合成后的材料優(yōu)勢(shì)更加明顯，這些材料在運(yùn)輸、航天、航空、橋梁、建筑中都有廣泛應(yīng)用。

一、分析復(fù)合材料的制造方法

1.對(duì)爆炸復(fù)合法的分析

利用爆炸復(fù)合法進(jìn)行金屬?gòu)?fù)合材料的生產(chǎn)，其作用效果非常好，主要使用炸藥作為加工能源，當(dāng)炸藥爆炸的一瞬間，其沖擊力會(huì)達(dá)到748千米每秒，在很短暫的時(shí)間內(nèi)，焊接金屬的表面就會(huì)形成一層很薄的塑性變性區(qū)域，這一區(qū)域還會(huì)在不斷的融化和擴(kuò)散，這樣金屬雖然不同，但是融合后就很好的焊接到一起，使用的焊接方法和普通焊接方式也不同，其集成了融化焊接、擴(kuò)散焊接和壓力焊接，屬于一種三位一體的焊接方式，就目前的焊接技術(shù)和爆炸技術(shù)而言，能夠?qū)崿F(xiàn)300多種金屬的復(fù)合。但是在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生很大的污染，不適合連續(xù)的生產(chǎn)模式，薄板生產(chǎn)也存在一定的困難，因此使用有一定的局限性。

2.對(duì)擠壓復(fù)合法的分析

在擠壓操作前需要把包層金屬和被包層金屬的表面進(jìn)行清理，保證表面的干凈度，不要有太多的可見灰塵，再將二者組裝成擠壓柸，然后設(shè)置一定的溫度，制定合理的積壓比參數(shù)，最終就會(huì)按照制定的壓力和形狀積壓而成，在壓力的操作下，不同金屬表面會(huì)緊密的接觸，并完成最終的復(fù)合。在實(shí)踐中大量的應(yīng)用于線、棒、管的生產(chǎn)，除此之外，進(jìn)行矩形斷面的生產(chǎn)也非常擅長(zhǎng)，但是其應(yīng)用范圍也有一定的局限性，連續(xù)化的生產(chǎn)不適合，在擠壓中需要大功率的擠壓機(jī)，操作成本較高。

3.對(duì)擴(kuò)散焊接方法的分析

當(dāng)溫度比母材溫度還要低，就可以應(yīng)用擴(kuò)散焊接方法。進(jìn)行擴(kuò)散焊接時(shí)也要注意，母材避免出現(xiàn)變形，發(fā)生變形生產(chǎn)的材料使用性能就會(huì)發(fā)生變化。保證母材不會(huì)變形后，持續(xù)進(jìn)行加壓，讓要復(fù)合的材料和母材緊密的進(jìn)行接觸，使用原子擴(kuò)散達(dá)到材料的結(jié)合，具體方式有很多種，例如有助劑擴(kuò)散焊接、無(wú)助劑擴(kuò)散焊接、無(wú)助劑自擴(kuò)散焊接、過(guò)渡液相擴(kuò)散焊接、相變超塑性擴(kuò)散焊接，使用這一方法加工復(fù)合材料，可以得到性能基本一致的接頭性能。

4.對(duì)固相結(jié)合方法的分析

該方法主要利用高溫讓不同的材料融合到一起，其也被稱之為扎焊，具體又可以分為熱軋焊復(fù)合法和冷軋焊復(fù)合法，如果利用熱軋焊，先要把基本體和要覆蓋的材料組到一起，然后進(jìn)行四周的焊接，最后再進(jìn)行熱軋，讓二者復(fù)合到一起。

5.對(duì)噴射沉積復(fù)合方法的分析

在二十世紀(jì)八十年代發(fā)展起來(lái)了噴射成型技術(shù)，在操作過(guò)程中，具有快速成型的特點(diǎn)，同時(shí)也是一種新型的粉末冶金技術(shù)。在實(shí)踐操作中，需要先把金屬進(jìn)行霧化，然后讓其快速凝固，當(dāng)噴射成型時(shí)，被霧化的液滴會(huì)高速凝固，最終在宏觀上沒(méi)有偏析，讓小沉積組織比較均勻，一般都會(huì)等軸分布。

二、對(duì)復(fù)合材料在應(yīng)用中的分析

1.熱雙金屬的應(yīng)用

業(yè)內(nèi)人士都清楚，熱雙金屬是由三層或兩層膨脹系數(shù)不同的合金，沿著接觸面融合到一起的，最終形成復(fù)合金屬材料。對(duì)于具有膨脹系數(shù)較高的合金層，通常被稱為主動(dòng)層，對(duì)于膨脹系數(shù)比較低的合金層，其被稱之為被動(dòng)層，對(duì)其進(jìn)行加熱時(shí)，因?yàn)檫@兩層具有不同的膨脹系數(shù)，通常主動(dòng)層會(huì)比被動(dòng)層伸長(zhǎng)量大，金屬片在加工中就會(huì)向被動(dòng)層彎曲，在此過(guò)程中，熱能就被轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，讓二者材料在接觸面位置發(fā)生一定的力和變形，針對(duì)這一情況這一種金屬可以被用來(lái)作為控制儀表、測(cè)量的傳感器。這種熱雙金屬主要分為三種，第一種是普通型，在一般的控制元件上都可以應(yīng)用，有很強(qiáng)的通用性，例如5J18。第二種是高靈敏性型，這一類材料當(dāng)溫度發(fā)生變化后，其受力和位移都會(huì)有很大變化，因此對(duì)信號(hào)有很強(qiáng)的靈敏性，隨著儀表和其他測(cè)量原件都在向小型化發(fā)展，因此其在未來(lái)的使用量還是很大的。例如5J11.第三種是額定的電阻型，主要被加工成短路器元件，這也要求這類熱雙金屬有一定的電阻率，例如R9到R141。

2.對(duì)復(fù)合框架材料的分析

在導(dǎo)彈、航天飛機(jī)、計(jì)算機(jī)等電子產(chǎn)品中都會(huì)用到復(fù)合材料，下面就研究復(fù)合框架材料。銅合金局部復(fù)鋁條冷軋帶材在集成電路[1]，或者耗能電路中都有很好的應(yīng)用。如果和銅合金材料對(duì)比，其不需要鍍金，使用復(fù)鋁層、鋁絲壓焊形成外電路，有效節(jié)約了黃金的使用量，同時(shí)也避免形成鋁-金脆性化合物，很好的提高了電力的可靠性，這種合金就是復(fù)合材料，銅是這種合金的基體，應(yīng)用了固相組合技術(shù)，把鋁條按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行局部的復(fù)合。

三、金屬?gòu)?fù)合材料在以后的發(fā)展趨勢(shì)分析

1.對(duì)軟磁復(fù)合材料的分析

這種材料可以作為各種磁屏蔽、磁心，有效防止電磁波的干擾，是一種很好的吸波材料，還應(yīng)該清楚一點(diǎn)，軟磁復(fù)合材料是磁心經(jīng)常使用的有壓粉磁鐵心和鐵氧體燒結(jié)產(chǎn)品[2]，但是還滿足不了小型化的需求。除此之外，這種材料會(huì)出現(xiàn)漏磁和斷線問(wèn)題，絕緣性不好，因此應(yīng)用中的效率較低。利用軟磁復(fù)合材料進(jìn)行成型制品的注射，可以有效避免上述問(wèn)題的出現(xiàn)，到目前為止，橡膠型電磁波干擾吸收板已經(jīng)得到很好的應(yīng)用[3]，把這種材料直接安放到噪聲源位置即可，由于傳輸電纜有很嚴(yán)重的噪聲問(wèn)題，由此研發(fā)了防電磁波干擾顯微三層管，該設(shè)備由三層材料利用擠壓操作制成的，中間層就放置著吸收電磁波的材料，其外層和內(nèi)層都是由樹脂絕緣材料制成。在以后的發(fā)展中，這類材料的使用范圍會(huì)更廣，目前日本的公司正在研制高性能的磁性復(fù)合材料，例如軟磁復(fù)合材料，硬磁復(fù)合材料等。

2.最新一代納米復(fù)合材料的研究

韓國(guó)的一個(gè)機(jī)械材料研究所使用溶液噴霧干燥技術(shù)，研發(fā)了一款納米級(jí)一氧化鋁復(fù)合材料，具體原理就是利用銅發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化物再繼續(xù)進(jìn)行粉末的凝聚，最終抑制氧化鋁的成長(zhǎng)，最終得到納米復(fù)合材料。通過(guò)對(duì)該材料的分析得知，里面含有1.1%的硝酸銅，當(dāng)在240攝氏度的高溫下經(jīng)過(guò)風(fēng)干，就會(huì)得到20到80納米的非晶體粉末，然后繼續(xù)進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度達(dá)到200度，再利用氫氣芬進(jìn)行還原處理，最終得到小于20納米的銅粉，把這些物質(zhì)在硝酸中溶解24小時(shí)，能夠萃取到氧化鋁納米粉末，這一材料就是氧化鋁相。該材料用于電極材料的焊接，在電車、大型汽車、機(jī)器人等方面也有大量應(yīng)用。但是該材料在耐高溫和硬度等方面有待突破，研發(fā)企業(yè)應(yīng)該以此為基礎(chǔ)，不斷添加其他材料，從而生產(chǎn)出具有更大優(yōu)勢(shì)的納米復(fù)合材料，應(yīng)用范圍更廣，以后在這一領(lǐng)域還會(huì)有更好的發(fā)展。

四、總結(jié)

通過(guò)以上的分析得知，金屬?gòu)?fù)合材料具有相補(bǔ)效應(yīng)，集中了不同材料的各自優(yōu)點(diǎn)，這都是單一金屬不能達(dá)到的。無(wú)論是在功能方面還是經(jīng)濟(jì)方面都有優(yōu)勢(shì)，因此市場(chǎng)需求很大，很多國(guó)家都投入到了新材料的研制行列。但是這些材料不能短流程化和連續(xù)化作業(yè)，這是以后應(yīng)該改善的一方面?？偠灾?，這種復(fù)合材料是以后材料市場(chǎng)的主流。

參考文獻(xiàn)

[1]田廣民，李選明，趙永慶等.層狀金屬?gòu)?fù)合材料加工技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].中國(guó)材料進(jìn)展，2013（11）：696-701.

[2]章應(yīng)，徐永紅，廖國(guó)君，等.微電機(jī)用綠色層狀復(fù)合材料現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)[C]/第二屆層壓金屬?gòu)?fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用學(xué)術(shù)研討會(huì)文集.2010.

[3]劉越，張?zhí)?，孫愛新，等.銅/鋼雙金屬?gòu)?fù)合制備工藝技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].材料導(dǎo)報(bào)，2015（15）：10-14.