Застосування та приготування матричних композитів SiC/Al

Sep 09, 2025 Залишити повідомлення

В аерокосмічній галузі високомодульний стійкий до втоми-композитний матеріал SiC/Al, розроблений компанією British Aerospace Metal Matrix Composites (AMC), успішно застосовано на цивільному вертольоті EC-120. За підтримки проекту Міністерства оборони «Title E» компанія DWA Composites і корпорація Lockheed Martin у співпраці з ВПС використали метод порошкової металургії для виготовлення композитних матеріалів SiCp/6092Al як ключових компонентів, що несуть навантаження, щоб замінити оригінальну обшивку з алюмінієвого сплаву 2214 на черевній частині винищувача F16. Це збільшило жорсткість на 50% і термін служби в 17 разів, з менш ніж 1000 годин до розрахованого повного терміну служби в 8000 годин, демонструючи відмінні експлуатаційні характеристики. ВВС США прийняли його як запасну частину для переднього оперення винищувача F16 і поступово замінюють оригінальні частини. Крім того, композитні матеріали SiCp/2009Al були застосовані для гідравлічного гальмівного циліндра винищувача F-168, направляючих лопаток вентилятора двигуна Boeing 777, з’єднувальних частин роторної системи гелікоптера, а також для виробництва великих пасажирських літаків. У галузі електронних компонентів IBM у Сполучених Штатах застосувала композитні матеріали SiC/Al для упаковки та систем охолодження пристроїв MCM, покращуючи здатність пристроїв швидко розсіювати тепло. У 1990-х компанія LEC використовувала композитні матеріали SiC/Al для заміни сплавів Cu/W в легковому автомобілі EV1 [32]. Військові США також використовували композитні матеріали на основі SiCp/Al для заміни сплавів берилію та алюмінію в корпусах приладів інерційних компонентів ракет і включили цей матеріал до списку матеріалів для аерокосмічних інерційних пристроїв третього покоління.

У сфері зносостійких матеріалів Duralcan у Сполучених Штатах застосував композитні матеріали SiC/Al для виробництва автомобільних гальмівних дисків, не лише зменшивши вагу на 40–60%, але й значно покращивши зносостійкість гальмівних дисків, значно зменшивши шум під час використання та прискоривши розсіювання тепла. Крім того, компанія використовувала його в поршнях автомобільних двигунів, коробках передач та інших автомобільних деталях. Отже, композитні матеріали SiC/Al широко використовуються як зносостійкі-матеріали для гальмівних колодок для різних автомобілів. Існує багато методів виготовлення композитних матеріалів на основі SiC/Al-, зокрема лиття, порошкова металургія, інфільтрація,-синтез in situ та напів-лиття з перемішуванням. Поширеними методами є лиття, порошкова металургія та інфільтрація. Порошкова металургія передбачає використання металевого порошку або суміші металевого та не-металевого порошку як сировини, а за допомогою процесів формування та спікання з нього перетворюють сплави металів, композитні матеріали чи інші типи матеріалів. Першим кроком є ​​приготування необхідного порошку, який може бути предметом спеціалізованих порошкових інженерних досліджень. Потім шляхом формування порошку, процесів спікання та подальшої термічної обробки отримують бажаний матеріал. Перевага порошкової металургії полягає в тому, що вона може вільно регулювати склад армуючої фази та матриці, забезпечуючи рівномірний розподіл складу матеріалу, а процес відносно простий. Однак за допомогою порошкової металургії важко виготовляти-великі та конструктивно складні готові вироби, а процес виробництва тривалий із високими вимогами до обладнання. Незважаючи на це, порошкова металургія залишається відносно прогресивним методом отримання композиційних матеріалів на основі SiC/Al-. Методи лиття включають лиття під тиском і лиття з перемішуванням. Серед них є два способи виготовлення композиційних матеріалів SiC/Al шляхом лиття під тиском: 1. Додайте SiC до рідкого сплаву Al, рівномірно перемішайте, а потім введіть його у форму для лиття під тиском. 2. Перетворіть SiC у преформу та помістіть її у форму, потім прикладіть тиск до рідкого сплаву Al, щоб він проник у преформу, а потім виконайте лиття під тиском. Переваги лиття під тиском полягають у його простому та легкому процесі, кількох та ефективних етапах виробництва, низькій собівартості та можливості виготовляти кінцеві вироби складної-форми. Однак під час процесу лиття під тиском частинки SiC можуть випадати в осад, що призводить до нерівномірного розподілу.

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

Метод лиття з перемішуванням передбачає додавання SiC до рідкого сплаву Al і перемішування рідини змішаного металу для його гомогенізації перед заливанням у форму. Переваги методу лиття з перемішуванням також полягають у його простоті, кількох та ефективних етапах виробництва, низькій собівартості та можливості виготовляти готові вироби складної-форми. Однак, якщо частинки SiC занадто малі, вони мають тенденцію до агломерації. Перемішування також легко вносить включення і гази. При виготовленні композитів SiC/Al шляхом лиття відбуваються серйозні міжфазні реакції, і багато литих зливків потребують вторинної обробки. Існує дві основні форми методів інфільтрації, включаючи інфільтрацію без тиску та інфільтрацію під тиском. Інфільтрація без тиску відносно проста і була розроблена компанією Lanxide у Сполучених Штатах у 1989 році, тому також відома як процес Lanxide. Він передбачає нагрівання матричного сплаву Al в печі з контрольованою атмосферою до температури вище температури ліквідусу; потім розчину сплаву дозволяють проникнути в заготовку SiC без застосування тиску. Різниця в інфільтрації під тиском полягає в застосуванні тиску, який подібний до відливання інфільтратом під тиском і не буде розглядатися далі. Інфільтрація також є недорогою-і простою технологією підготовки. Тому його часто використовують для приготування композитів з матрицею SiCp/Al з високими об’ємними частками, а частинки SiC в отриманих матеріалах розподілені відносно рівномірно. Зрілі композити SiC/Al,-підготовлені інфільтрацією без тиску, навіть застосовуються в електронних упаковках. Однак цим методом важко контролювати високу пористість, створювану преформою, що ускладнює його подальше застосування до матеріалів прецизійного приладу.