復合材料的基體匯報材料

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1、1第四章　復合材料的基體材料復合材料的原材料包括基體材料和增強材料?；w材料主要包括以下三部分：金屬基體材料、陶瓷基體材料和聚合物基體材料2一、金屬基體材料１、金屬基體材料的選擇原則2、結構用金屬基復合材料的基體3功能用金屬基復合材料的基體3金屬基復合材料學科主要涉及材料表面、界面、相變、凝固、塑性形變、斷裂力學等。金屬基復合材料中，基體主要是各種金屬或金屬合金。4１、金屬基體材料的選擇原則金屬與合金的品種繁多，目前用作金屬基體材料的主要有鋁及鋁合金、鎂合金、鈦合金、鎳合金、鋼與銅合金、鋅合金、鉛、鈦鋁金屬間化合物等。5基體材料成分

2、的正確選擇，對能否充分組合和發(fā)揮基體金屬和增強物的性能特點，獲得預期的優(yōu)異綜合性能滿足使用要求十分重要。所以，在選擇基體金屬時應考慮以下幾方面：6①根據(jù)金屬基復合材料的使用要求金屬基復合材料構件的使用性能要求是選擇金屬基體材料最重要的依據(jù)。如在航天、航空技術中，高比強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)星的構件宜選用密度小的輕金屬合金（如鎂合金和鋁合金）作為基體，與高強度、高模量的石墨纖維、硼纖維等組成石墨/鎂、石墨/鋁、硼/鋁復合材料。7高性能發(fā)動機則要求復合材料不僅有高比強度和比模量，還要具有優(yōu)良的耐高溫性

3、能，能在高溫、氧化性氣氛中正常工作。此時不宜選用一般的鋁、鎂合金，而應選擇鈦合金、鎳合金以及金屬間化合物作為基體材料。如碳化硅/鈦、鎢絲/鎳基超合金復合材料可用于噴氣發(fā)動機葉片、轉軸等重要零件。8在汽車發(fā)動機中要求其零件耐熱、耐磨、導熱、一定的高溫強度等，同時又要求成本低廉，適合于批量生產(chǎn)，因此選用鋁合金作基體材料與陶瓷顆粒、短纖維組成顆粒（短纖維）/鋁基復合材料。如碳化硅/鋁復合材料、碳纖維或氧化鋁纖維/鋁復合材料可制作發(fā)動機活塞、缸套等零件。9工業(yè)集成電路需要高導熱、低膨脹的金屬基復合材料作為散熱元件和基板。因此，可以選用具有高

4、導熱率的銀、銅、鋁等金屬為基體與高導熱性、低熱膨脹的超高模量石墨纖維、金剛石纖維、碳化硅顆粒復合成具有低熱膨脹系數(shù)和高導熱率、高比強度、高比模量等性能的金屬基復合材料。10②根據(jù)金屬基復合材料組成特點選用不同類型的增強材料如連續(xù)纖維、短纖維或晶須，對基體材料的選擇有較大影響。11例如在連續(xù)纖維增強的復合材料中，基體的主要作用應是以充分發(fā)揮增強纖維的性能為主，基體本身應與纖維有良好的相容性和塑性，而并不要求基體本身有很高的強度。因此，考慮到要充分發(fā)揮纖維的作用，希望選用塑性較好的基體。實驗證明，此時如果采用較高強度的合金材料，復合材料

5、的性能將有所降低。12如碳纖維增強鋁基復合材料中，純鋁或含有少量合金元素的鋁合金作為基體比高強度鋁合金要好得多，使用后者制成的復合材料的性能反而低。在研究碳鋁復合材料基體合金的優(yōu)化過程中發(fā)現(xiàn)，鋁合金的強度越高，復合材料的性能越低。這可能與基體和纖維的界面狀態(tài)、脆性相的存在、基體本身的塑性等有關。13相反。對于非連續(xù)增強（顆粒、晶須、短纖維）金屬基復合材料，基體的強度對復合材料具有決定性的影響，因此，要選用較高強度的合金來作為基體。所以，要獲得高性能金屬基復合材料必須選用高強度鋁合金作為基體，這與連續(xù)纖維增強金屬基復合材料基體的選擇完

6、全不同。如顆粒增強鋁基復合材料一般選用高強度鋁合金（如A365，6061，7075）為基體。14③基體金屬與增強物的相容性首先，由于金屬基復合材料需要在高溫下成型，制備過程中，處于高溫熱力學非平衡狀態(tài)下的纖維與金屬之間很容易發(fā)生化學反應，在界面形成反應層。界面反應層大多是脆性的，當反應層達到一定厚度后，材料受力時將會因界面層的斷裂伸長小而產(chǎn)生裂紋，并向周圍纖維擴展，容易引起纖維斷裂，導致復合材料整體破壞。15其次，由于基體金屬中往往含有不同類型的合金元素，這些合金元素與增強物的反應程度不同，反應后生成的反應產(chǎn)物也不同，需在選用基體合

7、金成分時充分考慮，盡可能選擇既有利于金屬與增強物浸潤復合，又有利于形成合適穩(wěn)定的界面合金元素。16如碳纖維增強鋁基復合材料中，在純鋁中加入少量的Ti，Zr等合金元素可明顯改善復合材料的界面結構和性質(zhì)，大大提高復合材料的性能。用鐵、鎳作為基體，碳纖維作為增強物是不可取的。因為Ni，F(xiàn)e元素在高溫時能有效地促使碳纖維石墨化，破壞了碳纖維的結構，使其喪失了原有的強度，使復合材料性能惡化。17因此，選擇基體材料時，應充分注意與增強物的相容性（特別是化學相容性），并盡可能在復合材料成型過程中抑制界面反應。例如：對增強纖維進行表面處理；在金屬基

8、體中添加其他成分；選擇適宜的成型方法；縮短材料在高溫下的停留時間等。182、結構用金屬基復合材料的基體用于各種航天、航空、汽車、先進武器等結構件的復合材料一般均要求有高的比強度和比剛度，因此大多選用鋁及鋁合金、鎂及鎂合金作為基體金屬。