金屬基復(fù)合材料論

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1、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)課程論文學(xué)院：理學(xué)院班級(jí)：12級(jí)材料化學(xué)一班姓名：翦磊學(xué)號(hào)：201240262118課程論文題目：新型復(fù)合材料的研究進(jìn)展——金屬基復(fù)合材料課程名稱：復(fù)合材料原理評(píng)閱成績(jī)：評(píng)閱意見：成績(jī)?cè)u(píng)定教師簽名：期：年月日新型復(fù)合材料的研究進(jìn)展——金屬基復(fù)合材料學(xué)生：翦磊（理學(xué)院12級(jí)材料化學(xué)一班學(xué)號(hào)：201240262118）摘要：隨著世界航天工業(yè)的蓬勃發(fā)展，迫切需求具有高比強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)材料。于是在60年代開始開發(fā)的、在當(dāng)時(shí)并不引人注目的金屬基復(fù)合材料（MMC）重新提上開發(fā)日程關(guān)鍵詞：金屬基復(fù)合材料分類性能應(yīng)用制備發(fā)展趨勢(shì)1、什么是金屬基復(fù)合材料1.1金屬基復(fù)合材料的簡(jiǎn)介復(fù)合材料是

2、繼天然材料，加工材料和合成材料之后發(fā)展起來的新一代材料。按通常的說法，復(fù)合材料是指兩種或兩種以上不同性質(zhì)的單一材料，通過不同的復(fù)合方法所得到的宏觀多相材料。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)材料性能的要求日益提高。常希望復(fù)合材料即具有良好的綜合性能，又具有某些特殊性能。金屬基復(fù)合材料是近年來迅速發(fā)展起來的高性能材料之一，對(duì)促進(jìn)世界各國軍用和民用領(lǐng)域的高科技現(xiàn)代化，起到了至關(guān)重要的作用。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新的制造方法的出現(xiàn)，高性能增強(qiáng)物價(jià)格的不斷降低，金屬基復(fù)合材料在各方面將有越來越廣闊的應(yīng)用前景。1.2金屬基復(fù)合材料的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀20世紀(jì)60年代為滿足發(fā)展高性能武器裝

3、備的軍事需要，人們開始對(duì)金屬基復(fù)合材料(MMCs)進(jìn)行研究和開發(fā)。70年代末，軍事領(lǐng)域也開始強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)性和風(fēng)險(xiǎn)性，政府軍事采購的數(shù)量明顯減少，使得高性能MMCs的開發(fā)和應(yīng)用變得相當(dāng)困難。80年代，成本低、加工性能好的非連續(xù)增強(qiáng)MMCs出現(xiàn)，使MMCs的研發(fā)復(fù)興，也開始進(jìn)入其它應(yīng)用領(lǐng)域。至今,MMCs已成為繼金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料之后的第四大類材料，應(yīng)用前景廣闊。MMCs除了具有基體金屬或合金具備的良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，抗苛刻環(huán)境能力，抗沖擊、抗疲勞性能和斷裂性能以外，MMCs還具有高強(qiáng)度、高剛度，出色的耐磨性能和更低的熱膨脹系數(shù)(CTE)?；w材料的改變，增強(qiáng)體材料、

4、尺寸、形狀和基體材料的改變，增強(qiáng)體材料、尺寸、形狀和分布的幾乎沒有窮盡的組合，使MMCs具有多樣性。眾多基體中，目前以鋁、鎂、鈦基發(fā)展較為成熟。增強(qiáng)體中以SiC的使用量最大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了其它復(fù)合材料；其次是Al2O3。增強(qiáng)體不同，制造成本也有很大不同。連續(xù)纖維增強(qiáng)MMCs要比顆粒增強(qiáng)MMCs價(jià)格高很多，短纖維和晶須增強(qiáng)MMCs價(jià)格居中。2、金屬基復(fù)合材料的性能2.1、結(jié)構(gòu)性能強(qiáng)度和剛度是結(jié)構(gòu)應(yīng)用的兩個(gè)最重要的特性。軸向性能，石墨環(huán)氧復(fù)合材料(Gr)的比強(qiáng)度和比剛度遠(yuǎn)高于其它材料，Ti(f)和Al(f)的次之。平面增強(qiáng)的Gr是(在平面內(nèi))準(zhǔn)各向同性的，且Gr比鈦基復(fù)合材料(TMCs)

5、廉價(jià)，比其它MMCs易得，注定了它是最大單向結(jié)構(gòu)效率的首選材料。典型的結(jié)構(gòu)件必須承受多向載荷，因此單向復(fù)合材料的應(yīng)用受到限制。非連續(xù)增強(qiáng)MMCs的比強(qiáng)度和比剛度適中，易于獲得，是最具競(jìng)爭(zhēng)力的結(jié)構(gòu)材料。MMCs越來越多地應(yīng)用于那些斷裂敏感的場(chǎng)合，并被實(shí)踐證明完全可以滿足使用要求。2.2、熱學(xué)管理性能熱學(xué)管理是MMCs的一項(xiàng)很重要的應(yīng)用，應(yīng)用范圍很廣，包括計(jì)算機(jī)處理器的芯片基片，功率半導(dǎo)體設(shè)備和遠(yuǎn)程通信中的微波元件封裝。高的熱導(dǎo)率是首要的性能，比熱導(dǎo)率是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中組件的一個(gè)非常重要的性能。CTE是熱學(xué)管理中第二重要的性能。2.3、用于精密裝置的性能像磁盤驅(qū)動(dòng)器、錄像頭、原子力顯微鏡的

6、載物臺(tái)、機(jī)械臂、慣性引導(dǎo)系統(tǒng)、人造衛(wèi)星天線、高速制造設(shè)備和推進(jìn)系統(tǒng)，在運(yùn)行時(shí)承受很大的熱梯度和機(jī)械應(yīng)力的同時(shí)還要保持嚴(yán)格的尺寸公差。對(duì)機(jī)械變形的抗力取決于材料的特性，比如剛度和密度，還有組件的幾何形狀和承受載荷的方式。特定質(zhì)量下具有更高的E/ρ值的材料具有更好的抗彈性撓曲的能力。大的熱導(dǎo)率能減小熱梯度從而減小熱誘導(dǎo)應(yīng)力，所以增大λ/α有利于減小熱誘導(dǎo)變形。2.4、耐磨性能耐磨性能是MMCs的眾多性能中很重要的一項(xiàng)。硬質(zhì)增強(qiáng)顆粒的加入從本質(zhì)上增強(qiáng)了基體金屬的耐磨性能。MMCs適于作耐磨材料，性價(jià)比更高，經(jīng)濟(jì)性能更好。1、金屬基復(fù)合材料的分類金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體是一些不同幾何形狀的

7、金屬或非金屬材料。目前，其增強(qiáng)相已有很多，重要的有氧化鋁纖維、硼纖維、石墨(碳)纖維、SiC纖維、SiC晶須；顆粒型的有SiC、碳化硼、圖化鈦等；絲狀的有鎢、鈹、硼、鋼等。金屬基復(fù)合材料按其增強(qiáng)材料的幾何形態(tài)可劃分為五類。(1)連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料是利用無機(jī)纖維(或晶須)及金屬細(xì)線等增強(qiáng)金屬得到質(zhì)量輕且強(qiáng)度高的材料，纖維直徑從3～150mm(晶須直徑小于1mm)，縱橫比(長度直徑)在102以上。(2)短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料作為金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)體的短