Zastosowanie i przygotowanie kompozytów na osnowie SiC/Al

Sep 09, 2025 Zostaw wiadomość

W przemyśle lotniczym materiał kompozytowy SiC/Al odporny na zmęczenie-o wysokim module, opracowany przez firmę British Aerospace Metal Matrix Composites (AMC) został z powodzeniem zastosowany w cywilnym helikopterze EC-120. W ramach wsparcia projektu „Title E” Departamentu Obrony firmy DWA Composites Company i Lockheed Martin Corporation, we współpracy z Siłami Powietrznymi, wykorzystały metodę metalurgii proszków do przygotowania materiałów kompozytowych SiCp/6092Al jako kluczowych elementów-nośnych w celu zastąpienia oryginalnej powłoki ze stopu aluminium 2214 na brzusznej płetwie myśliwca F16. Zwiększyło to sztywność o 50%, a żywotność 17-krotnie, z mniej niż 1000 godzin do projektowanej pełnej żywotności wynoszącej 8000 godzin, co świadczy o doskonałej wydajności użytkowej. Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych przyjęły ją jako część zamienną do brzusznej płetwy myśliwca F16 i stopniowo wymieniają oryginalne części. Ponadto materiały kompozytowe SiCp/2009Al zastosowano w hydraulicznym cylindrze hamulca myśliwca F-168, łopatkach kierujących wylotów wentylatora silnika Boeing 777, elementach łączących układu wirnika helikoptera oraz w produkcji dużych samolotów pasażerskich. W dziedzinie komponentów elektronicznych firma IBM w Stanach Zjednoczonych zastosowała materiały kompozytowe SiC/Al w opakowaniach i systemach chłodzenia urządzeń MCM, zwiększając zdolność urządzeń do szybkiego rozpraszania ciepła. W latach 90-tych firma LEC zastosowała materiały kompozytowe SiC/Al w celu zastąpienia stopów Cu/W w samochodzie osobowym EV1 [32]. Wojsko amerykańskie wykorzystało również materiały kompozytowe na bazie SiCp/Al do zastąpienia stopów berylu i stopów aluminium w korpusach przyrządów bezwładnościowych elementów rakiet i umieściło ten materiał na liście materiałów do inercyjnych urządzeń lotniczych trzeciej generacji.

Jeśli chodzi o materiały-odporne na zużycie, firma Duralcan w Stanach Zjednoczonych zastosowała materiały kompozytowe SiC/Al do produkcji samochodowych tarcz hamulcowych, nie tylko zmniejszając masę o 40% do 60%, ale także znacznie poprawiając odporność tarcz hamulcowych na zużycie, znacznie redukując hałas podczas użytkowania i przyspieszając odprowadzanie ciepła. Ponadto firma zastosowała go w tłokach silników samochodowych, skrzyniach biegów i innych częściach samochodowych. W rezultacie materiały kompozytowe SiC/Al są szeroko stosowane jako materiały-odporne na zużycie w klockach hamulcowych do różnych samochodów. Istnieje wiele metod wytwarzania materiałów kompozytowych na bazie SiC/Al-, w tym odlewanie, metalurgia proszków, infiltracja, synteza-in situ i odlewanie półstałe z mieszaniem. Typowe metody to odlewanie, metalurgia proszków i infiltracja. Metalurgia proszków polega na wykorzystaniu proszku metalu lub mieszaniny-proszku metalu i niemetalu jako surowców, a poprzez procesy formowania i spiekania przekształca się go w metale stopowe, materiały kompozytowe lub inne rodzaje materiałów. Pierwszym krokiem jest przygotowanie wymaganego proszku, który może być przedmiotem specjalistycznych badań inżynierii proszkowej. Następnie poprzez formowanie proszku, procesy spiekania i późniejszą obróbkę cieplną otrzymuje się pożądany materiał. Zaletą metalurgii proszków jest to, że można w niej dowolnie regulować skład fazy wzmacniającej i osnowy, zapewniając równomierny rozkład składu materiału, a proces jest stosunkowo prosty. Jednak w metalurgii proszków trudno jest wytwarzać-duże i złożone produkty końcowe o złożonej strukturze, a proces produkcyjny jest długotrwały i wiąże się z wysokimi wymaganiami dotyczącymi sprzętu. Mimo to metalurgia proszków pozostaje stosunkowo zaawansowaną metodą wytwarzania materiałów kompozytowych na bazie SiC/Al-. Metody odlewania obejmują odlewanie w stanie ściskanym i odlewanie z mieszaniem. Istnieją dwa sposoby przygotowania materiałów kompozytowych SiC/Al metodą odlewania w stanie ciekłym: 1. Dodaj SiC do ciekłego stopu Al, równomiernie wymieszaj, a następnie wstrzyknij go do formy do odlewania w stanie ciekłym.. 2. Uformuj z SiC preformę i umieść ją w formie, następnie wywieraj nacisk na ciekły stop Al, aby wniknął w preformę, a następnie wykonaj odlewanie w stanie ciekłym. Zalety odlewania w procesie wyciskania polegają na prostym i łatwym procesie, kilku i wydajnych etapach produkcji, niskim koszcie produkcji oraz możliwości wytwarzania gotowych produktów o skomplikowanych-kształtach. Jednakże podczas procesu odlewania w stanie ciekłym cząstki SiC mogą się wytrącać, powodując nierównomierny rozkład.

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

Metoda odlewania z mieszaniem polega na dodaniu SiC do ciekłego stopu Al i mieszaniu zmieszanej cieczy metalicznej w celu jej ujednorodnienia przed wlaniem do formy. Zaletami metody odlewania z mieszaniem są także jej prostota, kilka i wydajnych etapów produkcji, niski koszt produkcji oraz możliwość wytwarzania gotowych produktów o skomplikowanych-kształtach. Jeśli jednak cząstki SiC są zbyt małe, mają tendencję do aglomeracji. Mieszanie również łatwo wprowadza wtrącenia i gazy. Podczas przygotowywania kompozytów SiC/Al przez odlewanie zachodzą poważne reakcje międzyfazowe i wiele wlewków odlewniczych wymaga wtórnej obróbki. Istnieją dwie główne formy metod infiltracji, w tym infiltracja bezciśnieniowa i infiltracja ciśnieniowa. Infiltracja bezciśnieniowa jest stosunkowo prosta i została opracowana przez firmę Lanxide w Stanach Zjednoczonych w 1989 r. i dlatego jest znana również jako proces Lanxide. Polega na nagrzaniu osnowy stopu Al w piecu z kontrolowaną atmosferą powyżej temperatury likwidusu; następnie pozwala się, aby roztwór stopu przeniknął do formy wstępnej SiC bez stosowania ciśnienia. Różnica w infiltracji ciśnieniowej polega na zastosowaniu ciśnienia, które jest podobne do odlewania z infiltracją przez ściskanie i nie będzie bliżej omawiane. Infiltracja to także tania-i prosta technologia przygotowania. Dlatego często stosuje się go do wytwarzania kompozytów z osnową SiCp/Al o dużych frakcjach objętościowych, a cząstki SiC w otrzymanych materiałach są stosunkowo równomiernie rozmieszczone. Dojrzałe kompozyty SiC/Al przygotowane-bezciśnieniowo są nawet stosowane w opakowaniach elektronicznych. Jednakże w przypadku tej metody trudno jest kontrolować wysoką porowatość wprowadzaną przez preformę, co utrudnia jej dalsze zastosowanie do precyzyjnych materiałów na instrumenty.