金屬基復(fù)合材料

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1、1金屬基復(fù)合材料2內(nèi)容金屬基復(fù)合材料的定義及特性分類，常用的基體及增強(qiáng)體材料金屬基復(fù)合材料的組分相容性金屬基復(fù)合材料的制備工藝金屬基復(fù)合材料的性能3金屬基復(fù)合材料相對(duì)于傳統(tǒng)的金屬材料來(lái)說(shuō)，具有較高的比強(qiáng)度與比剛度；與樹(shù)脂基復(fù)合材料相比，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性與耐熱性；與陶瓷基材料相比，具有高韌性和高沖擊性能。金屬基復(fù)合材料及其特性金屬基復(fù)合材料（MMC）是以金屬或合金為基體，以金屬或非金屬線、絲、纖維、晶須或顆粒為增強(qiáng)相的非均質(zhì)混合物，共同點(diǎn)是具有連續(xù)的金屬基體。4——構(gòu)件的使用性能要求是選擇金屬基體材料最重要的依據(jù)，也是其發(fā)展的動(dòng)力。金屬基復(fù)合材料的使用要求在航天、航空技術(shù)中高

2、比強(qiáng)度和比模量以及尺寸穩(wěn)定性是最重要的性能要求。作為飛行器和衛(wèi)星的構(gòu)件宜選用密度小的輕金屬合金—鎂合金和鋁合金作為基體，與高強(qiáng)度、高模量的石墨纖維、硼纖維等組成石墨/鎂、石墨/鋁、硼/鋁復(fù)合材料。5高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)：要求有高比強(qiáng)度和比模量，還要具有優(yōu)良的耐高溫性能，能在高溫、氧化性氣氛中正常工作。選擇鈦合金、鎳合金以及金屬間化合物作為基體材料。如碳化硅/鈦、鎢絲/鎳基超合金復(fù)合材料可用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、轉(zhuǎn)軸等重要零件。6在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中要求其零件耐熱、耐磨、導(dǎo)熱、一定的高溫強(qiáng)度等，同時(shí)又要求成本低廉，適合于批量生產(chǎn)。選用鋁合金作基體材料與陶瓷顆粒、短纖維組成顆粒（短

3、纖維）/鋁基復(fù)合材料。如碳化硅/鋁復(fù)合材料、碳纖維或氧化鋁纖維/鋁復(fù)合材料可制作發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、缸套等零件。71963年，NASA制備出鎢絲增強(qiáng)Cu基復(fù)合材料，是纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究起點(diǎn)，SiC/Al,Al2O3/Al；1978年B/Al復(fù)合材料在哥倫比亞航天飛機(jī)上應(yīng)用；1964年，Kraft通過(guò)共晶合金定向凝固制備出金屬基復(fù)合材料，界面結(jié)合良好，Ni-Ni3Al，Ni-Ni3Si；20世紀(jì)80年代，金屬基復(fù)合材料迅速發(fā)展，開(kāi)始注重顆粒、晶須和短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，在汽車、體育用品等領(lǐng)域得到應(yīng)用；90年代后期，電子產(chǎn)品和技術(shù)迅速發(fā)展，低膨脹、高強(qiáng)度和高導(dǎo)熱性的金屬基

4、復(fù)合材料在電子產(chǎn)品得到應(yīng)用；近年，功能和納米金屬基復(fù)合材料成為研究熱點(diǎn)。金屬基復(fù)合材料的發(fā)展8金屬基復(fù)合材料的分類鋁基復(fù)合材料鎂基復(fù)合材料鈦基復(fù)合材料鎳基復(fù)合材料銅基復(fù)合材料基體顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料短纖維、晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料長(zhǎng)纖維強(qiáng)金屬基復(fù)合材料層狀復(fù)合材料增強(qiáng)體9鋁及鋁合金鋁基復(fù)合材料是金屬基復(fù)合材料中發(fā)展最快、應(yīng)用得最廣的一種。金屬鋁為面心立方結(jié)構(gòu)，無(wú)同素異構(gòu)體，密度為鋼的1/3左右，具有良好的塑性和韌性，以及易加工性、工程可靠性及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在工程上廣泛應(yīng)用。工業(yè)純鋁：塑性優(yōu)異，適用各種形式的冷、熱加工；導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好，代替銅制作導(dǎo)線；強(qiáng)度不高，不適合做承

5、力大的結(jié)構(gòu)材料。10金屬基復(fù)合材料工藝研究?jī)?nèi)容金屬基體與增強(qiáng)材料的結(jié)合和結(jié)合方式；金屬基體/增強(qiáng)材料界面和界面產(chǎn)物在工藝過(guò)程中的形成及控制；增強(qiáng)材料在金屬基體中的分布；防止連續(xù)纖維在制備工藝過(guò)程中的損傷；優(yōu)化工藝參數(shù)，提高復(fù)合材料的性能和穩(wěn)定性，降低成本。11根據(jù)各種方法的基本特點(diǎn)，把金屬基復(fù)合材料的制備工藝分為四大類：(1)固態(tài)法：擴(kuò)散結(jié)合和粉末冶金；(2)液態(tài)法：鑄造法、壓鑄法、半固態(tài)復(fù)合鑄造、液態(tài)滲透以及攪拌法和無(wú)壓滲透法等；(3)噴射與噴涂沉積法；(4)原位復(fù)合法：共晶合金定向凝固法、直接金屬氧化法、反應(yīng)自生成法。金屬基復(fù)合材料的制備工藝12常用的金屬基復(fù)合材料制備

6、工藝13擴(kuò)散結(jié)合擴(kuò)散結(jié)合也稱擴(kuò)散粘接法或擴(kuò)散焊接法，是加壓焊接的一種，包括熱壓法和熱等靜壓法。在一定的溫度和壓力下，把表面新鮮清潔的相同或不相同的金屬，通過(guò)表面原子的互相擴(kuò)散而連接在一起。擴(kuò)散結(jié)合是在較長(zhǎng)時(shí)間的高溫及不大的塑性變形作用下依靠接觸部位原子間的相互擴(kuò)散進(jìn)行的。擴(kuò)散結(jié)合的過(guò)程：粘接表面之間的最初接觸，由于加熱和加壓使表面發(fā)生變形、移動(dòng)、表面膜破壞；發(fā)生界面擴(kuò)散和體擴(kuò)散，使接觸面密著粘接；熱擴(kuò)散界面最終消失，粘接過(guò)程完成。擴(kuò)散結(jié)合成為一種制造連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的傳統(tǒng)工藝方法。14擴(kuò)散結(jié)合工藝中，增強(qiáng)纖維與基體的結(jié)合主要分為三個(gè)關(guān)鍵步驟：①纖維的排布；②復(fù)合材

7、料的疊合和真空封裝；③熱壓。預(yù)制片的制備：等離子噴涂法、箔粘接法及液態(tài)金屬浸漬法。熱壓的工藝參數(shù)：溫度、壓力及時(shí)間。熱壓法的應(yīng)用：B/Al、SiC/Al、SiC/TiC/Al、C/Mg等復(fù)合材料零部件、管材及板材。直徑較粗的硼纖維和碳化硅纖維增強(qiáng)鋁基、鈦基及鎢絲-超合金、鎢絲-銅等復(fù)合材料的主要方法。擴(kuò)散結(jié)合的工藝過(guò)程15a)金屬箔復(fù)合法b)金屬無(wú)緯帶重疊法c)表面鍍有金屬的纖維結(jié)合法擴(kuò)散結(jié)合法示意圖16熱等靜壓法也是熱壓的一種，可用于制造形狀復(fù)雜的金屬基復(fù)合材料零件。熱等靜壓法用惰性氣體加壓，工件在各個(gè)方向上受到