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)合材料相對于傳統(tǒng)的金屬材料來說，具有較高的比強(qiáng)度與比剛度；與樹脂基復(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)動機(jī)葉片、轉(zhuǎn)軸等重要零件。6在汽車發(fā)動機(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)合材料工藝研究內(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)合是在較長時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、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)合的工藝過程15a)金屬箔復(fù)合法b)金屬無緯帶重疊法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，工件在各個方向上受到