kompozyty z metalową matrycą: właściwości, produkcja i zastosowania

kompozyty z metalową matrycą (MMCs) to klasa materiałów składających się z metalu połączonego z inną substancją. Te dwa składniki pojawiają się w różnych fazach, które są fizycznie i chemicznie różne . Materiałem bazowym jest metalowa matryca, podczas gdy druga substancja pojawia się jako włókna lub cząstki stałe, aby pracować jako materiał wzmacniający.

podobnie jak w przypadku większości kompozytów z matrycą metalową, celem produkcji takiego materiału jest zwiększenie istniejących właściwości matrycy metalowej poprzez dodanie dodatkowych funkcji, które zapewnia wzmocnienie.

właściwości kompozytów z matrycą metalową

Wysoka wytrzymałość

jedną z najczęstszych cech materiałów kompozytowych z matrycą metalową jest zwiększona wytrzymałość i sztywność . Jego wysoki stosunek wytrzymałości do masy sprawia, że materiał jest przydatny w szerokiej gamie zastosowań.

jest to widoczne pod wpływem naprężenia lub ściskania, ponieważ większość kompozytów z matrycą metalową ma wysoką wytrzymałość mechaniczną.

Wysoka odporność na ciepło

niektóre kompozyty są zbudowane tak, aby miały wyższą odporność na pełzanie niż czyste metalowe odpowiedniki. Zmniejsza to ryzyko wypaczenia lub odkształcenia materiału, zwłaszcza pod wpływem spawania lub naprężeń rozciągających w wysokiej temperaturze. Kompozyty z matrycą metalową najlepiej sprawdzają się w branżach o wysokim ryzyku zmęczenia pełzaniem lub nagłych zmian temperatury.

ponadto materiały te mają niższy współczynnik rozszerzalności cieplnej, co dobrze wróży zastosowaniom wymagającym integralności materiału w ekstremalnie wysokich temperaturach.

inne unikalne właściwości

każdy kompozyt ma swój unikalny zestaw właściwości w zależności od składu i orientacji metalu i materiału wzmacniającego. Niektóre z tych właściwości obejmują następujące:

• Odporność ogniowa

• odporność na promieniowanie
• zwiększona odporność na zużycie

przykłady kompozytów z matrycą metalową

ponieważ więcej producentów produkuje więcej tego rodzaju materiałów, lista kompozytów z matrycą metalową może się co jakiś czas zmieniać. Jednak większość kompozytów dostępnych na rynku jest zwykle klasyfikowana w następujący sposób:

Aluminium MMC

kompozyty te wykorzystują aluminium jako matrycę z metali nieszlachetnych. Przykłady obejmują precyzyjne wytłaczanie SupremEX® 620xf T5 (6061b), kompozyt aluminiowo-grafitowy i kompozyty aluminiowo-berylowe, takie jak AlBeMet® AM162 HIP.

magnez MMC

magnez jest kolejnym doskonałym materiałem matrycowym do kompozytów. Niektóre produkty z tej kategorii to węglik magnezu i krzemu (Mg-SiC), tlenek magnezu i glinu (Mg-Al2O3) i węglik magnezu i tytanu (Mg-Tic).

Tytan MMC

Czysty tytan jest już silnym materiałem samym w sobie, ale jego forma kompozytowa może zwiększyć jego doskonałą wytrzymałość.

Inne MMC

inne mniej powszechne, ale bardzo przydatne materiały bazowe matrycy stosowane do kompozytów obejmują miedź, kobalt, nikiel lub kombinację metali. Tymczasem niektóre z najczęściej stosowanych materiałów wzmacniających to włókno węglowe, węglik krzemu, tlenek glinu i bor.

produkcja i przetwarzanie

kompozyty z matrycą metalową mogą być przetwarzane na wiele sposobów w ramach jednej z następujących procedur :

Obróbka w stanie stałym

jak sugeruje termin, obróbka w stanie stałym obejmuje mieszanie matrycy i materiału wzmacniającego w odpowiednich postaciach stałych. Można to zrobić poprzez fizyczne osadzanie z fazy gazowej, Wiązanie dyfuzyjne lub mieszanie proszku.

mieszanie proszku wykorzystuje sproszkowany materiał matrycowy połączony z substancją wiążącą w rozpuszczalniku Stoddarda. Po wysuszeniu i walcowaniu otrzymana blacha proszkowa jest układana naprzemiennie z włóknami wzmacniającymi. Warstwy tkaniny są podgrzewane próżniowo i prasowane na gorąco .

przetwarzanie w stanie ciekłym

ten rodzaj produkcji polega na połączeniu materiału wzmacniającego ze skroplonym metalem i umożliwieniu schłodzenia i zestalenia mieszaniny. Można to prowadzić przez odlewanie mieszające, odlewanie ściskające,infiltrację lub rozkład rozpylania.

w przypadku tego ostatniego ciekły metal jest natryskiwany na cząstki stałe lub krótki materiał wzmacniający.

przetwarzanie In-Situ

ten rodzaj przetwarzania wytwarza materiał wzmacniający poprzez reakcje chemiczne w matrycy. Powoduje to otrzymanie mieszanki kompozytowej czystego metalu z silnymi siłami wiązania dyspersyjnego matrycy.

gdy tworzy się materiał kompozytowy, może on podlegać dowolnej z tych orientacji: wzmocnieniu cząstek, wzmocnieniu wąsów i wzmocnieniu blachy. Różnice widać w sposobie osadzania lub integracji materiału wzmacniającego z metalową matrycą.

zastosowania kompozytów z matrycą metalową

Przemysł lotniczy i Lotniczy

kompozyty z matrycą metalową działają dobrze jako komponenty w układach przeniesienia napędu, skrzyniach biegów, częściach silnika i akcesoriach oraz innych elementach wewnętrznych.

Sport

doskonały stosunek wytrzymałości do masy większości kompozytów metalowych sprawia, że materiał nadaje się do rakiet tenisowych, ram rowerowych i innych sportów, które wymagają szybkości i siły.

zastosowania motoryzacyjne

wyścigi samochodowe wykorzystują kompozyty z metalową matrycą do części silnika i nadwozia pojazdu ze względu na lekkość materiału.