Applicazione e preparazione di compositi a matrice SiC/Al

Sep 09, 2025 Lasciate un messaggio

Nel campo aerospaziale, il materiale composito SiC/Al ad alto modulo-resistente alla fatica sviluppato dalla British Aerospace Metal Matrix Composites (AMC) Company è stato applicato con successo all'elicottero civile EC-120. Con il supporto del progetto "Titolo E" del Dipartimento della Difesa, la DWA Composites Company e la Lockheed Martin Corporation, in collaborazione con l'Air Force, hanno utilizzato il metodo della metallurgia delle polveri per preparare materiali compositi SiCp/6092Al come componenti chiave-portanti per sostituire il rivestimento originale in lega di alluminio 2214 sulla pinna ventrale del caccia F16. Ciò ha aumentato la rigidità del 50% e la durata di servizio di 17 volte, da meno di 1.000 ore alla durata totale progettata di 8.000 ore, dimostrando eccellenti prestazioni di servizio. L'aeronautica americana lo ha adottato come pezzo di ricambio per la pinna ventrale del caccia F16 e sta gradualmente sostituendo le parti originali. Inoltre, i materiali compositi SiCp/2009Al sono stati applicati al cilindro del freno idraulico del caccia F-168, alle alette guida dell'uscita della ventola del motore Boeing 777, alle parti di collegamento del sistema rotore dell'elicottero e alla produzione di grandi aerei passeggeri. Nel campo dei componenti elettronici, IBM negli Stati Uniti ha applicato materiali compositi SiC/Al ai sistemi di imballaggio e raffreddamento dei dispositivi MCM, migliorando la rapida capacità di dissipazione del calore dei dispositivi. Negli anni '90, LEC Company ha utilizzato materiali compositi SiC/Al per sostituire le leghe Cu/W nell'autovettura EV1 [32]. L'esercito americano ha anche utilizzato materiali compositi a base di SiCp/Al per sostituire le leghe di berillio e le leghe di alluminio nei gusci degli strumenti dei componenti inerziali dei missili e ha elencato questo materiale come materiale per dispositivi inerziali aerospaziali di terza generazione.

Nel campo dei materiali resistenti all'usura-, Duralcan negli Stati Uniti ha applicato materiali compositi SiC/Al alla produzione di dischi freno per automobili, non solo riducendone il peso dal 40% al 60%, ma anche migliorando significativamente la resistenza all'usura dei dischi freno, riducendo notevolmente il rumore durante l'uso e accelerando la dissipazione del calore. Inoltre, l'azienda lo ha utilizzato nei pistoni dei motori automobilistici, nei cambi e in altre parti automobilistiche. Di conseguenza, i materiali compositi SiC/Al sono stati ampiamente utilizzati come materiali resistenti all'usura-nelle pastiglie dei freni di varie automobili. Esistono molti metodi per preparare materiali compositi a base di SiC/Al-, tra cui fusione, metallurgia delle polveri, infiltrazione, sintesi in-situ e fusione semisolida. I metodi più comuni sono la fusione, la metallurgia delle polveri e l'infiltrazione. La metallurgia delle polveri prevede l'utilizzo di polvere metallica o una miscela di polvere metallica e non metallica come materie prime e, attraverso processi di formatura e sinterizzazione, viene trasformata in leghe metalliche, materiali compositi o altri tipi di materiali. Il primo passo è preparare la polvere richiesta, che può essere oggetto di ricerche specializzate sull'ingegneria delle polveri. Quindi, attraverso la formatura della polvere, i processi di sinterizzazione e il successivo trattamento termico, si ottiene il materiale desiderato. Il vantaggio della metallurgia delle polveri è che può regolare liberamente la composizione della fase di rinforzo e della matrice, garantendo una distribuzione uniforme della composizione del materiale, e il processo è relativamente semplice. Tuttavia, con la metallurgia delle polveri è difficile realizzare prodotti finiti di grandi-dimensioni e strutturalmente complessi, inoltre il processo di produzione è lungo e richiede requisiti elevati per le attrezzature. Nonostante ciò, la metallurgia delle polveri rimane un metodo relativamente avanzato per la preparazione di materiali compositi a base di SiC/Al-. I metodi di fusione includono la fusione a compressione e la colata con agitazione. Tra questi, ci sono due modi per preparare materiali compositi SiC/Al mediante fusione a compressione: 1. Aggiungere SiC alla lega di Al liquida, mescolare uniformemente, quindi iniettarlo nello stampo per la fusione a compressione. 2. Trasformare il SiC in una preforma e posizionarlo nello stampo, quindi applicare pressione alla lega di Al liquida per farla penetrare nella preforma ed eseguire quindi la fusione a compressione. I vantaggi della fusione a pressione risiedono nel processo semplice e facile, nei pochi ed efficienti passaggi di produzione, nei bassi costi di produzione e nella capacità di produrre prodotti finiti dalla forma complessa-. Tuttavia, durante il processo di colata a pressione, le particelle di SiC possono precipitare, determinando una distribuzione non uniforme.

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

Il metodo Stir Casting prevede l'aggiunta di SiC alla lega di Al liquida e l'agitazione del liquido metallico misto per omogeneizzarlo prima di versarlo in uno stampo. I vantaggi del metodo Stir Casting sono anche la semplicità, i pochi ed efficienti passaggi di produzione, i bassi costi di produzione e la capacità di produrre prodotti finiti dalla forma complessa. Tuttavia, se le particelle di SiC sono troppo piccole, tendono ad agglomerarsi. Anche l'agitazione introduce facilmente inclusioni e gas. Quando si preparano compositi SiC/Al mediante fusione, si verificano gravi reazioni interfacciali e molti dei lingotti fusi necessitano di una lavorazione secondaria. Esistono due forme principali di metodi di infiltrazione, inclusa l'infiltrazione senza pressione e l'infiltrazione a pressione. L'infiltrazione senza pressione è relativamente semplice ed è stata sviluppata dalla Lanxide Company negli Stati Uniti nel 1989, quindi nota anche come processo Lanxide. Implica il riscaldamento della lega di Al della matrice in un forno ad atmosfera controllata al di sopra della temperatura del liquidus; quindi, la soluzione di lega può infiltrarsi nella preforma SiC senza applicare pressione. La differenza nell'infiltrazione a pressione è l'applicazione della pressione, che è simile alla fusione con infiltrazione a pressione e non verrà elaborata ulteriormente. Anche l'infiltrazione è una tecnologia di preparazione semplice-a basso costo. Pertanto, viene spesso utilizzato per preparare compositi a matrice SiCp/Al con frazioni ad alto volume e le particelle di SiC nei materiali ottenuti sono distribuite in modo relativamente uniforme. I compositi SiC/Al preparati per infiltrazione senza pressione-maturi sono stati applicati anche negli imballaggi elettronici. Tuttavia, questo metodo è difficile da controllare a causa dell'elevata porosità introdotta dalla preforma, rendendone difficile l'ulteriore applicazione ai materiali per strumenti di precisione.