金屬基復(fù)合材料課件

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1、金屬基復(fù)合材料1隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對材科的要求越來越高。在結(jié)構(gòu)材料方面，不但要求強(qiáng)度高，還要求其重量要輕，尤其是在航空航天領(lǐng)域。金屬基復(fù)合材料正是為了滿足上述要求而誕生的。一、金屬基復(fù)合材料概述2金屬基復(fù)合材料(MMC)，這一術(shù)語包括很廣的成分與結(jié)構(gòu)，共同點(diǎn)是有連續(xù)的金屬基體（包括金屬間化合物基體）。目的：把基體的優(yōu)越的塑性和成形性與強(qiáng)化體的承受載荷能力及剛性結(jié)合起來。把基體的高熱傳導(dǎo)性與強(qiáng)化體的低熱膨脹系數(shù)結(jié)合起來。3金屬基復(fù)合材料相對于傳統(tǒng)的金屬材料來說，具有較高的比強(qiáng)度與比剛度；而與樹脂基復(fù)合材料相比，它又具有優(yōu)良的導(dǎo)電性與耐熱性；與陶瓷基材料相

2、比，它又具有高韌性和高沖擊性能。4金屬基復(fù)合材料的例子可追溯到古文明時(shí)期。在土耳其發(fā)現(xiàn)的公元前7000年的銅錐子，它是經(jīng)過反復(fù)拓平與錘打研制成的。在這個(gè)過程個(gè)，非金屬夾雜物被拉長。彌散強(qiáng)化金屬材料：始于1924年，Schmit關(guān)于鋁／氧化鋁粉末燒結(jié)，導(dǎo)致上世紀(jì)50及60年代的廣泛研究。沉淀強(qiáng)化的理論開始于30年代，并在以后的幾十年里得到了發(fā)展。5金屬基復(fù)合材料真正的起步是在20世紀(jì)50年代末或60年代初。美國國家航空和宇航局(NASA)成功地制備出W絲增強(qiáng)的Cu基復(fù)合材料，成為金屬基復(fù)合材料研究和開發(fā)的標(biāo)志性起點(diǎn)。隨后，對纖維金屬基復(fù)合材料的研究在20世紀(jì)60年代迅

3、速發(fā)展起來。那時(shí)，主要的力量集中在以鎢和硼纖維增強(qiáng)的鋁和銅為基的系統(tǒng)。在這種復(fù)合材料里，基體的主要功能在于把載荷傳遞和分配給纖維。增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)一般都很高(約40％-80％)，得出的軸向性能都很好，因而基體的組織與強(qiáng)度似乎是次要的。6關(guān)于連續(xù)纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料的研究在70年代里有點(diǎn)滑坡，主要?dú)w咎干該材料的昂貴價(jià)格和受生產(chǎn)制造的限制。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部件對于高溫高效性材料的不斷需求，觸發(fā)了對金屬基復(fù)合材科特別是鈦基材料的廣泛興趣的復(fù)蘇。7由于金屬基復(fù)合材料具有極高的比強(qiáng)度、比剛度，以及高溫強(qiáng)度，首先在航空航天上得到應(yīng)用，今后也將在航空航天領(lǐng)域占據(jù)重要位置。隨后，在汽

4、車、體育用品等領(lǐng)域也得到了應(yīng)用，特別是晶須增強(qiáng)復(fù)合材料和顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料在日本的民用領(lǐng)域得到較好的應(yīng)用。8金屬基復(fù)合材料的研究重點(diǎn)：1）不同基體和不同增強(qiáng)相復(fù)合效果、復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和性能；2）增強(qiáng)相/基體的界面優(yōu)化、界面設(shè)計(jì)；3）制備工藝的研究，以提高復(fù)合材料的性能和降低成本；4）新型增強(qiáng)劑的研究開發(fā)；5）復(fù)合材料的擴(kuò)大應(yīng)用。9一、金屬基復(fù)合材料概述金屬基復(fù)合材料的分類按增強(qiáng)材料分類：顆粒、晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料10金屬基粒子復(fù)合材料又稱金屬陶瓷，是由鈦、鎳、鈷、鉻等金屬與碳化物、氮化物、氧化物、硼化物等組成的非均質(zhì)材料。碳化物金屬陶瓷作為工具

5、材料已被廣泛應(yīng)用，稱作硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金通常以Co、Ni作為粘結(jié)劑，WC、TiC等作為強(qiáng)化相。硬質(zhì)合金組織(Co+WC)硬質(zhì)合金銑刀11纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料金屬的熔點(diǎn)高，故高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)后的金屬基復(fù)合材料（MMC）可以使用在較高溫的工作環(huán)境之下。常用的基體金屬材料有鋁合金、鈦合金和鎂合金。作為增強(qiáng)體的連續(xù)纖維主要有硼纖維、SiC和C纖維；Al2O3纖維通常以短纖維的形式用于MMC中。MMC的SEM照片12按基體材料分類：鋁基復(fù)合材料鎂基復(fù)合材料鈦基復(fù)合材料高溫合金基復(fù)合材料金屬間化合物基復(fù)合材料13按用途分類：結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：高比強(qiáng)度、高比模量、尺才穩(wěn)定性、耐熱性等

6、是其主要性能特點(diǎn)。用于制造各種航天、航空、汽車、先進(jìn)武器系統(tǒng)等高性能結(jié)構(gòu)件。功能復(fù)合材料：高導(dǎo)熱、導(dǎo)電性、低膨脹、高阻尼、高耐磨性等物理性能的優(yōu)化組合是其主要特性，用于電子、儀器、汽車等工業(yè)。強(qiáng)調(diào)具有電、熱、磁等功能特性智能復(fù)合材料：強(qiáng)調(diào)具有感覺、反應(yīng)、自監(jiān)測、自修復(fù)等特性。應(yīng)當(dāng)注意，功能復(fù)合材料和智能復(fù)合材料容易混淆。14二、金屬基復(fù)合材料的制備工藝1、金屬基復(fù)合材料制備工藝的選擇原則：1）基體與增強(qiáng)劑的選擇，基體與增強(qiáng)劑的結(jié)合；2）界面的形成機(jī)制，界面產(chǎn)物的控制及界面設(shè)計(jì)；3）增強(qiáng)劑在基體中的均勻分布；4）制備工藝方法及參數(shù)的選擇和優(yōu)化；5）制備成本的控制和降低

7、，工業(yè)化應(yīng)用的前景。15金屬基復(fù)合材料是怎么得到的？？？16金屬基復(fù)合材料制備工藝的分類：1）固態(tài)法：真空熱壓擴(kuò)散結(jié)合、超塑性成型/擴(kuò)散結(jié)合、模壓、熱等靜壓、粉末冶金法。2）液態(tài)法：液態(tài)浸滲、真空壓鑄、反壓鑄造、半固態(tài)鑄造。3）噴射成型法：等離子噴涂成型、噴射成型。4）原位生長法。17連續(xù)增強(qiáng)相金屬基復(fù)合材料的制備工藝鋁合金—固態(tài)、液態(tài)法鎂合金—固態(tài)、液態(tài)法鈦合金—固態(tài)法高溫合金—固態(tài)法金屬間化合物—固態(tài)法碳纖維硼纖維SiC纖維Al2O3纖維……18不連續(xù)增強(qiáng)相金屬基復(fù)合材料的制備工藝鋁合金—固態(tài)、液態(tài)、原位生長、噴射成型法鎂合金——液態(tài)法鈦合金——固態(tài)、液態(tài)法