《金屬基復(fù)合材料》PPT課件

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1、金屬基復(fù)合材料（MMC）材料學(xué)院沈衛(wèi)平13693054652shenwp@mater.ustb.edu.cn一、金屬基復(fù)合材料概述1、金屬基復(fù)合材料的分類1-1、按增強(qiáng)材料分類：—纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料—顆粒、晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料1-2、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2、金屬基復(fù)合材料的研究重點(diǎn)2、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

2、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。二、金屬基復(fù)合材料的制備工藝1、金屬基復(fù)合材料制備工藝概述1-1金屬基復(fù)合材料制備工藝的研究內(nèi)容以及選擇原則：1）基體與增強(qiáng)劑的選擇，基體與增強(qiáng)劑的結(jié)合：增強(qiáng)劑與基體之間應(yīng)具有良好的物理相容性和化學(xué)相容性。另外，如果在復(fù)合材料中使用高強(qiáng)度的纖維，就必須尋找具有高斷裂功的基體材料。在這方面，固態(tài)法制備方法更好一些，因鑄造合金一般具有較低的斷裂韌性。2）界面的形成及機(jī)制，界面產(chǎn)物的控制及界面設(shè)計(jì)；3）增強(qiáng)劑

3、在基體中的均勻分布：在選擇制備方法時(shí)，應(yīng)選擇那些使得增強(qiáng)劑更均勻、均質(zhì)排布（分布）的方法。在這方面，液態(tài)法與固態(tài)法相比較差。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，工業(yè)化應(yīng)用的前景。金屬基復(fù)合材料制備工藝的分類：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。1-2、連續(xù)增強(qiáng)相金屬基復(fù)合材料的制備工藝鋁

4、合金——固態(tài)、液態(tài)法碳纖維鎂合金——固態(tài)、液態(tài)法硼纖維鈦合金——固態(tài)法SiC纖維高溫合金——固態(tài)法氧化鋁纖維金屬間化合物——固態(tài)法1-3、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、噴射成型法顆粒鎂合金——液態(tài)法晶須鈦合金——固態(tài)、液態(tài)法、原位生長法短纖維高溫合金——原位生長法金屬間化合物——粉末冶金、原位生長法2、先驅(qū)（預(yù)制）絲（帶、板）的制備2-1纖維/（基體箔材）聚合物粘結(jié)劑先驅(qū)（預(yù)制）帶（板）(圖9-1)：纏繞鼓(基體箔材)?纖維定向定間距纏繞?涂敷聚合物粘結(jié)劑定位

5、。圖9-1纖維/聚合物粘結(jié)劑先驅(qū)（預(yù)制）帶（板）2-2等離子噴涂纖維/基體箔材先驅(qū)（預(yù)制）帶（板）：纖維定向定間距纏繞?等離子噴涂基體粉末定位（圖9-2）。圖9-2等離子噴涂纖維/基體箔材先驅(qū)（預(yù)制）帶（板）示意圖2-3PVD法纖維/基體復(fù)合絲圖9-3PVD法纖維/基體復(fù)合絲原理圖2-3PVD法纖維/基體復(fù)合絲采用磁控濺射等物理氣相沉積（PVD）手段將基體金屬均勻沉積到纖維表面（圖9-3、4）上，形成纖維/基體復(fù)合絲。使用這種復(fù)合絲制備復(fù)合材料時(shí)，主要是基體與基體之間的擴(kuò)散結(jié)合，有利于材料界面的

6、改善；同時(shí)通過控制基體沉積層的厚度可控制纖維的體積比。圖9-4PVD法纖維表面金屬基體沉積層2-4粉末法纖維/基體復(fù)合絲首先將金屬基體粉末與聚合物粘接劑混合制成基體粉末/聚合物粘接劑膠體，然后將纖維通過帶有一定孔徑毛細(xì)管的膠槽，在纖維表面均勻地涂敷上一層基體粉末膠體，干燥后形成一定直徑的纖維/基體粉末復(fù)合絲。復(fù)合絲的直徑取決于膠體的粘度、纖維走絲速度以及膠槽的毛細(xì)管孔徑等。由于在復(fù)合材料制備過程中需要預(yù)先徹底除去復(fù)合絲中的聚合物粘接劑膠體，因此要求聚合物粘接劑具有在真空狀態(tài)的低溫下能夠完全揮發(fā)的

7、特性。圖9-5粉末法纖維/基體復(fù)合絲示意圖2-6熔池法纖維/基體復(fù)合絲圖9-6熔池法纖維/基體復(fù)合絲示意圖這種復(fù)合絲制備方法主要是應(yīng)用于碳纖維或石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。由于碳纖維或石墨纖維與鋁液接觸會(huì)反應(yīng)生成Al4C3界面生成物。過量的脆性相Al4C3生成會(huì)嚴(yán)重影響復(fù)合材料的性能。如圖9-6所示，對(duì)纖維進(jìn)行Ti-B或（液態(tài)）金屬鈉表面涂層處理可以增加纖維與鋁液的潤濕性，防止過量的脆性相Al4C3生成。3、固態(tài)法（連續(xù)增強(qiáng)相金屬基復(fù)合材料制備工藝）圖9-6真空熱壓擴(kuò)散結(jié)合工藝流程示意圖擴(kuò)散結(jié)合是

8、制備連續(xù)纖維金屬基復(fù)合材料的傳統(tǒng)工藝。在一定溫度下的壓力下，把均勻排布在新鮮清潔表面的基體箔片或（復(fù)合）先驅(qū)絲通過基體金屬表面原子的相互擴(kuò)散而連接在一起（圖9-6）。擴(kuò)散結(jié)合在真空中進(jìn)行。其關(guān)鍵是熱壓工藝參數(shù)的控制，包括溫度、壓力和時(shí)間。其壓力應(yīng)有一定下限，防止壓力不足金屬不能充分?jǐn)U散包圍纖維而形成“眼角”空洞缺陷。3–2熱等靜壓（HIP）圖9-8熱等靜壓制備金屬基復(fù)合材料管材示意圖熱等靜壓工藝是擴(kuò)散結(jié)合的一種手段。采用熱等靜壓工藝時(shí)，所得制品組織細(xì)化、致密、均勻，一般不會(huì)產(chǎn)生偏析、偏聚等缺陷，