تطبيق وتحضير مركبات SiC/Al Matrix

Sep 09, 2025 ترك رسالة

في مجال الفضاء الجوي، تم بنجاح تطبيق المادة المركبة SiC/Al المقاومة لمعامل الكلال- والتي طورتها شركة British Aerospace Metal Matrix Composites (AMC) على الطائرة المروحية المدنية EC-120. في إطار دعم مشروع "Title E" التابع لوزارة الدفاع، استخدمت شركة DWA Composites وشركة Lockheed Martin Corporation، بالتعاون مع القوات الجوية، طريقة تعدين المساحيق لتحضير المواد المركبة SiCp/6092Al كمكونات محمل رئيسية- لتحل محل جلد سبائك الألومنيوم 2214 الأصلي على الزعنفة البطنية للمقاتلة F16. أدى هذا إلى زيادة الصلابة بنسبة 50% وعمر الخدمة 17 مرة، من أقل من 1000 ساعة إلى العمر الكامل المصمم البالغ 8000 ساعة، مما يدل على أداء خدمة ممتاز. وقد اعتمدتها القوات الجوية الأمريكية كقطعة غيار للزعنفة البطنية لمقاتلة F16 وتقوم باستبدال الأجزاء الأصلية تدريجياً. بالإضافة إلى ذلك، تم تطبيق المواد المركبة SiCp/2009Al على أسطوانة الفرامل الهيدروليكية للمقاتلة F-168، ودوارات توجيه مخرج المروحة لمحرك Boeing 777، وأجزاء التوصيل لنظام دوار طائرات الهليكوبتر، وتصنيع طائرات الركاب الكبيرة. وفي مجال المكونات الإلكترونية، قامت شركة IBM في الولايات المتحدة بتطبيق مواد SiC/Al المركبة على أنظمة التغليف والتبريد لأجهزة MCM، مما يعزز القدرة السريعة على تبديد الحرارة للأجهزة. في التسعينيات، استخدمت شركة LEC المواد المركبة SiC/Al لتحل محل سبائك Cu/W في سيارة الركاب EV1 [32]. استخدم الجيش الأمريكي أيضًا مواد مركبة تعتمد على SiCp/Al لتحل محل سبائك البريليوم وسبائك الألومنيوم في أغلفة أدوات مكونات القصور الذاتي الصاروخية، وقد أدرجت هذه المواد على أنها مادة الجيل الثالث لجهاز القصور الذاتي الفضائي.

في مجال المواد المقاومة للتآكل-، قامت Duralcan في الولايات المتحدة بتطبيق مواد مركبة من SiC/Al في تصنيع أقراص مكابح السيارات، ليس فقط لتقليل الوزن بنسبة 40% إلى 60%، ولكن أيضًا لتحسين مقاومة التآكل لأقراص المكابح بشكل كبير، مما يقلل بشكل كبير من الضوضاء أثناء الاستخدام، ويسرع من تبديد الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، استخدمته الشركة في مكابس محركات السيارات، وعلب التروس، وقطع غيار السيارات الأخرى. وبالتالي، تم استخدام المواد المركبة SiC/Al على نطاق واسع كمواد مقاومة للتآكل-في تيل الفرامل لمختلف السيارات. هناك العديد من الطرق لتحضير المواد المركبة القائمة على SiC/Al-، بما في ذلك الصب، وتعدين المساحيق، والتسلل، والتركيب في الموقع-، والصب شبه الصلب بالتحريك. الطرق الشائعة هي الصب، تعدين المساحيق، والتسلل. تتضمن تعدين المساحيق استخدام مسحوق معدني أو خليط من مسحوق معدني-ومساحيق غير معدنية كمواد خام، ومن خلال عمليات التشكيل والتلبيد، يتم تحويله إلى معادن سبائكية أو مواد مركبة أو أنواع أخرى من المواد. الخطوة الأولى هي تحضير المسحوق المطلوب، والذي يمكن أن يكون موضوع بحث هندسي متخصص في المسحوق. ومن ثم، من خلال تشكيل المسحوق، وعمليات التلبيد، والمعالجة الحرارية اللاحقة، يتم الحصول على المادة المطلوبة. ميزة تعدين المساحيق هي أنه يمكن تعديل تكوين مرحلة التسليح والمصفوفة بحرية، مما يضمن التوزيع الموحد لتكوين المواد، والعملية بسيطة نسبيًا. ومع ذلك، من الصعب تصنيع مساحيق المعادن-منتجات نهائية كبيرة الحجم ومعقدة من الناحية الهيكلية، كما أن عملية التصنيع طويلة وتتطلب متطلبات عالية من المعدات. على الرغم من ذلك، تظل تعدين المساحيق طريقة متقدمة نسبيًا لتحضير المواد المركبة القائمة على SiC/Al-. تشمل طرق الصب الصب بالضغط والصب بالتحريك. من بينها، هناك طريقتان لتحضير المواد المركبة SiC/Al عن طريق الصب بالضغط: 1. أضف SiC إلى سبيكة Al السائلة، وحركها بالتساوي، ثم حقنها في القالب للصب بالضغط . 2. اصنع SiC في قالب مسبق وضعه في القالب، ثم اضغط على سبيكة Al السائلة لجعلها تخترق التشكيل ثم قم بإجراء صب الضغط. تكمن مزايا الصب بالضغط في عمليتها البسيطة والسهلة، وخطوات الإنتاج القليلة والفعالة، وتكلفة الإنتاج المنخفضة، والقدرة على إنتاج-منتجات نهائية ذات أشكال معقدة. ومع ذلك، أثناء عملية الصب بالضغط، قد تترسب جزيئات SiC، مما يؤدي إلى توزيع غير متساوٍ.

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

تتضمن طريقة الصب بالتحريك إضافة SiC إلى سبيكة Al السائلة وتحريك السائل المعدني المختلط لتجانسه قبل صبه في القالب. تتمثل مزايا طريقة الصب بالتحريك أيضًا في بساطتها، وخطوات الإنتاج القليلة والفعالة، وتكلفة الإنتاج المنخفضة، والقدرة على إنتاج منتجات نهائية ذات أشكال معقدة-. ومع ذلك، إذا كانت جزيئات SiC صغيرة جدًا، فإنها تميل إلى التكتل. يؤدي التحريك أيضًا إلى إدخال الشوائب والغازات بسهولة. عند تحضير مركبات SiC/Al عن طريق الصب، تحدث تفاعلات سطحية شديدة، وتحتاج العديد من سبائك الصب إلى معالجة ثانوية. هناك نوعان رئيسيان من طرق التسلل، بما في ذلك التسلل بدون ضغط والتسلل بالضغط. يعتبر التسلل بدون ضغط بسيطًا نسبيًا وقد تم تطويره بواسطة شركة Lanxide في الولايات المتحدة في عام 1989، ومن ثم يُعرف أيضًا باسم عملية Lanxide. أنها تنطوي على تسخين سبيكة المصفوفة آل في فرن جو متحكم فيه إلى درجة حرارة أعلى من السائل؛ بعد ذلك، يُسمح لمحلول السبائك بالتسلل إلى قالب SiC دون ممارسة الضغط. الفرق في ضغط التسلل هو تطبيق الضغط، والذي يشبه ضغط صب التسلل ولن يتم تفصيله بشكل أكبر. يعد التسلل أيضًا تقنية{11}منخفضة التكلفة وبسيطة الإعداد. لذلك، غالبًا ما يستخدم لتحضير مركبات مصفوفة SiCp/Al ذات أجزاء كبيرة الحجم، ويتم توزيع جزيئات SiC في المواد التي تم الحصول عليها بالتساوي نسبيًا. لقد تم استخدام مركبات SiC/Al المجهزة للتسلل بدون ضغط-في العبوات الإلكترونية. ومع ذلك، يصعب التحكم في هذه الطريقة في المسامية العالية التي يقدمها التشكيل، مما يجعل من الصعب تطبيقها على مواد الأدوات الدقيقة.