二硫化钼—铜—镀铜石墨复合材料的组织与性能研究

二硫化钼二硫化钼 铜铜 镀铜石墨复合材料的组织与性能研究镀铜石墨复合材料的组织与性能研究 Mi crostructureand property ofMoS2 Cu CucoatedGraphi teComposi tesABSTRACTInthi spaper Mo S2一Cu Cucoatedgraphi teposi tes group A andMo S2一Cu graphi teposi tes group B were preparedby theconventi onalpowdermetall urgymethod Theresi sti vi ty hardness andbendi ngstrength the resultsshowthat wi th the i ncrease of MoS2 thei rresi stivity sli ghtly rises thei rhardness andbendi ngstrengtharei mproved The propertiesof MoS2一Cu Cu coatedgraphi teposi tesarei ncreasedmuch moreremarkablythan thoseof theMoS2一Cu graphi teposi tes For theweartests asmal landexqui site safeandoperati on conveni entel ectri ci tycontact wearexperimentdevi cewasdesi gnedandmanuf actured Thi sdevi ce canchangeitsspeed byadj usti ng frequencyconverterorrepl acingthegri nding ring The wearpressurecan beregul atedbyadj usting thepressure nut andthroughthechangeof ventil ation with durrent the wearcurrental socan bechanged The mechani cal wear tests werepl etedundervel oci tyof16m sanda10adof4 9N bydryfri ction with theboth posi tes It wasfi ndthat theabrasi on10sses ofA andB posites werereduced whenMO S j oined The mechani calwear resisting quantityof Agroupposi tesis small erthan thatof Bgroupposi tes Basedon the mechanicalwear aessto cross secti onal10ad fl owat20A cm2 abrasi onlosses ofA andB posites werereduced whenMoS2j oinedunder theel ectri ci tywear tests Abrasi on10sses ofA andB posites reducedfirst theni ncreasedwiththeincreaseofMoS inthemechanicalwear testsandel ectrici tywear tests For thepositeswi th2 MoS2and1O graphi te theabrasi on10sses in bothmechanicalwear andelectricityweartestsare atmi nimum Theel ectricityweari ngmassi sbiggerthan themechani calwearingmass forbothasposi tes The wearingmass ofAposi tesis small erthan thatof Bpositesi ntheelectricitywear Theexperi mentalresults showthat thehomemadeweartestdevi cecan meetthe requirementsaordi ngtodesi gnconcept KeywordPowder metall urgy MoS2 Cu Cu coatedgraphiteposites Stati canddynami cperformance The weartestdevice目录第一章绪论 11 1 复合材料概论 11 2金属基复合材料 21 2 1金属基复合材料的定义及分类 21 2 2金属基复合材料的性能特点及增强原理 41 2 3金属基复合材料的应用及发展前景 61 3石墨和二硫化钼的性质 71 4电接 触材料及电刷简介 81 4 1电接触材料和 电接触 81 4 2电刷的定义及分类 101 4 3电刷的性能 101 5课题研究的意义和主要内容 12第二章 二硫化钼 铜 镀铜石墨复合材料的制备方法简介 132 1 粉末冶金概述 132 2二硫化钼一铜 一镀铜石墨复合材料的制备 142 2 1石墨镀铜 142 2 2二硫化钼 铜 镀铜石墨复合材 料的制备工艺流程 一16第三章二硫化钼 铜 镀铜石墨复合材 料的制备及性能研究 183 1二硫化钼一铜一镀铜石墨 A 复 合材料的烧结温度研究 183 1 1密度的测试方法及分析 讨论 193 1 2电阻率的测量方法及分析讨论 203 1 3抗弯强度的测试方法及分析讨论 213 1 4硬度的测试方法及分析讨论 233 2 二硫化钼 铜 镀铜石墨复合材料的成分研究 253 2 1二硫化 钼含量对复合材料烧结后密度影响的及分析 253 2 2二硫化 钼含量对复合材料电阻率的测量及分析 263 2 3二硫化钼 含量对复合材料抗弯强度的测量及分析 273 2 4二硫化钼含 量对复合材料硬度的测量及分析 28第四章磨损试验装置的 设计及制作 334 1磨损试验装置设计的背景 334 2磨损试验装置设计的步骤与方案 334 3试验装置的设计原理和整体构造 344 3 1试验装置的设计思路 344 3 2试验装置 的结构示意图 354 3 3试验装置零件结构尺寸 图 374 4试验装置的零件加工 装配及调试 394 4 1磨损试验装置电路设计 394 4 2变频器调试及转速的测定 40第五章磨损 实验 425 1材料的摩擦与磨损 425 1 1概述 425 1 2磨损量的表示方法 425 1 3磨 损的过程 425 1 4磨损原理 435 2所用磨损试验装置简介 455 3变频器的操作步骤及一些注意事项 455 4实验前的准备工作及实验具体过程 465 5A B两 组复合材料的磨损性能测定 465 5 1A B两组复合 材料的纯机械磨损实验方法及分析 465 5 2A B两组复合材 料的通电磨损实验方法及分析 51第六章全文总结 60参考文献 62硕士期间论文发表情况 67插图清单图2 1沉积铜质量与时间关系 15图2 2镀铜石墨粉的能谱分析 15图3 1烧结工艺曲线 18图3 2烧结温度对两种复合材料密度的影响 19图3 3测量电阻率的电气示意图 20图3 4烧 结温度对A B两种复合材料电阻率的影响 21图3 5抗弯实验示意图 22图3 6烧结温度对两种复合材料的抗弯强度的影响 22图3 7烧结温度对两种复合材料硬度的影响 一23图3 8750 C A复合材料金相照片 24图3 9780 C A复合材料金相照片 24图3 10810 A复合材料金相照片 24图3 11840 A复合材料金相照片 24图3 12750 C B复合材料金相照片 24图3 13780 B复合材料金相照片 24图3 14810 B复合材料金相照片 25图3 15840 C B复合材料金相照片 25图3 16二硫化钼含量对A B两组复合材料烧结后密度的影响 26图3 17二硫化钼含量对A B两组复合材料电阻率的影响 27图3 18二硫化钼含量对两组复合材料抗弯强度的影响 一28图3 19二硫化钼含量对两组复合材料硬度的影响 29图3 20二硫化钼 铜 镀铜石墨复合材料的扫描电镜照片 29图3 21二硫化钼 铜 石墨复合材料的扫描电镜照片 30图 3 22A0复合材料扫描照片 30图3 23A1复 合材料扫描照片 30图3 24A2复合材料扫描照片 30图3 25A3复合材料扫描照片 30图3 26A4复合材料扫描照片 31图3 27B0复合材料扫描照片 一31图3 28B1复合材料扫描照片 31图3 29B2复合材料扫描照片 31图3 30B3复合材料扫描照片 31图3 31B4复合材料扫描照片 31图4 1磨损试验装置机械磨损示意图 34图4 2通电磨损示意图 35图4 3磨损试验装置主视图 35图4 4磨损试验 装置左视图 36图4 5通电磨损电路连接示意 图 36图4 6试验机加力系统结构图 37图4 7电刷滑块顶杆结构尺寸图 37图4 8刷握支架尺寸图 37图4 9刷握杆尺寸图 37图4 10刷握槽尺寸 38图4 11轴套主视图 38图4 12轴套左视图 38图4 13轴套内孔 参数 38图4 14尼龙绝缘套主视图 38图4 15尼龙绝缘 套左视图 38图4 16铜合金对磨环尺寸图 39图4 17磨损试验机同时进行机械磨损和 通电磨损的电路示意图 40图5 1材料磨损量和磨损时f司关系曲线 43图5 2变频器 45图5 3环块式磨损系统 45图5 4磨损实验室电刷位置示意图 47图5 5A组复合材料的机械磨损量与时间的关系 48图5 6A0的机磨磨面照片 48图5 7A1的 机磨磨面照片 48图5 8A2的机磨磨面照片 48图5 9A3的机磨磨面照片 48图5 10A4的 机磨磨面照片 48图5 11B组复合材料的机械磨损量与时间的关系 49图5 12B 0的机磨磨面照片 50图5 13B1的机磨 磨面照片 50图5 14B2的机磨磨面照片 50图5 15B3的机 磨磨面照片 50图5 16B4的机磨磨面照 片 50图5 17A 0 B0两种复合材料机磨对比 51图5 18A 2 B2两种复合材料机磨对比 51图5 19A组复合材料正刷电磨损量与时间的关系 52图5 20A 组复合材料负刷电磨损量与时间的关系 52图5 21A组 复合材料正 负电刷平均电磨损量与时间的关系 52图5 22 A0正刷电磨磨面照片 53图5 23A1正 刷电磨磨面照片 53图5 24A2正刷电磨磨面照片 53图5 25A3 正刷电磨磨面照片 53图5 26A4正刷电磨磨面照片 53图5 27A0 负刷电磨磨面照片 53图5 28A1负刷电磨磨面照片 54图5 29A2 负刷电磨磨面照片 54图5 30A3负刷电磨磨面照片 54图5 31A4负刷电磨磨面照片 54图5 32A0 复合材料机磨和电磨对比 55图5 33A2复合材料机磨和电磨对比 55图5 34B组复合 材料正刷电磨损量与时间的关系 55图5 35B组复合材料负刷电磨损量与时间的关系 55图5 36B组复合材料正 负电刷平均电磨损量与时间的关系 5 6图5 33B0正刷电磨磨面照片 57图5 34B1正刷电磨磨面照片 57图5 35B2 正刷电磨磨面照片 57图5 36B3正刷电磨磨面照片 57图5 37B4正刷电磨磨面照片 57图5 38B0 负刷电磨磨面照片 57图5 39B1负刷电磨磨面照片 57图5 40B2负刷电磨磨面照片 57图5 41B3负 刷电磨磨面照片 58图5 42B4负刷电磨磨面照片 58图5 43B0复合材料机磨和电磨对比 58图5 44B2复合材 料机磨和电磨对比 58图5 45A 0 B0两种复合材料电磨对比 59图5 46A 2 B2两种复合材料电磨对比 59表1 1表1 2表3 1表3 2表3 3表3 4表3 5表3 6表3 7表3 8表3 9表3 10表3 11表3 12表3 13表3 14表3 15表4 1表表表表表5 4表5 5表5 6表格清单二硫化钼的基本性能 8电刷的分类 10烧结温度研究的两 种复合材料成分设计 wt 18A和B复合材料烧结前 密度 g cm3 19A和B复合材料烧结后密度 g cm 3 19A和B复合材料的电阻率 Q m 一2 1A和B复合材料的抗弯强度 MPa 22A和B复合材料硬度 HRl0 588 23A组复合材料成分设计 wt 25B组复合材料成分设计 wt 25A 组复合材料的密度 g cm3 25B组复合材料的 密度 g cm3 25A组复合材料的电阻率 uQ m 26B组复合材料的电阻率 uQ m 26A 组复合材料的抗弯强度 MPa B组复合材料的抗弯强度 MPa A组复合 材料的硬度 HRl0 588 变频器频率与转速的关系 41变频器频率与转速的关系和线速度的换算 41A 组复合材料的机械磨损量 g 一47B组复合材料的机械 磨损量 g 49A组复合材料电磨损量 g 51A组复合材料正 负电刷的平均电磨损量 g 52B 组复合材料电磨损量 g 55B组复合材料正 负 电刷的平均电磨损量 g 5671 8222第一章绪论纵观 人类利用材料的历史 可以清楚地看到 每一种重要材料的发现和 利用 都会把人类支配和改造自然的能力提升到一个新的水平 由 此可见材料是社会发展的物质基础和先导 是人类进步的里程碑 如今随着汽车 电子 航空 航天等工业的迅猛发展 单一的材料 已经很难再满足迅速增长的性能要求了 因此 人们已经开始更多 地根据构件的功能要求和工作条件的不同 选择两种或两种以上物 理性能和化学性能不同的材料 按照一定的比例 方式 分布组合 成复合材料 对材料性能 取长补短 协同作用 以充分发挥各 组分的优良特性 使复合材料具备单一材料所无法达到的特殊综合 性能 以满足各种性能要求 研究者可以按照所需性能设计复合新型材料 而复合方式和方法是 多样的 所以复合材料的可发掘潜力是无限的 1 1复合材料概论早在古代人们就开始应用复合材料 如将草茎和 粘土搅拌作为建筑材料 将不同纤维方向的薄板用黏结剂合成生产 的层合板 及后来的钢筋混凝土的专利 复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名 将增强材料的 名称放在前面 基体材料的名称放在后面 再加上 复合材料 Co mposi temateri al 根据国际标准化组织为复合材料所下的定义 是指由两种或者两种 以上物理性能和化学性能不同的物质组合成的一种多相固体材料 复合材料中各组分材料虽然保持其相对独立性 但其性能却不是各 组分材料性能的简单相加 而是其各种性能的相互配合中达到的特 殊综合性能 2 在复合材料中 通常有一个连续相称为基体 另一相为分散相称为 增强材料 分散相以独立的形态分布在整个连续相中 两相之间存在相界面 分散相可以是增强颗粒 可以是弥散的填料 也可以是增强纤维 3 4J 性能的可设计性是复合材料的最大特点 按需要对材料进行设计然 后复合成为具有优异综合性能的新型材料 它综合了各种材料如金属 纤维 陶瓷 橡胶和树脂等的优点耐热 性高 高韧性和高抗热冲击性 导电和导热性 比强度和比模量高 化学稳定性优良 减摩 耐磨 自润滑性好 复合材料既可以保持原材料的某些特点 也能发挥组合后的新特点 复合材料各组分之间相互协作 可制得天然材料所没有的性能 极 大弥补了单一材料的缺点 但是各原材料都具有各自的缺点和优点 所以组合成复合材料时可能会出现很多种情况 因此复合材料必须严格通过各组分的含量 分布设计和工艺条件 以及对原材料的选择作保证 以充分发挥原组分材料性能的优点 相互补充 同时利用复合材料的复合效应使之出现新性能 最大限 度地发挥材料的优势 5如 复合材料制成所需的任意形状的产品 可避免产品的切削 磨光等 多次加工工序提高效率和节约材料 复合材料的出现和发展是现代科学技术不断进步的结果 也是材料 设计的一个重大突破 随着科学技术的发展 对材料要求也越来越高 复合材料也更多的 应用于生产和生活当中 随着材料品种的不断增加 人们为了更好的研究和使用材料 需要 对材料进行分类 复合材料常见的几种分类方法有 7 8Jf1 按基 体材料分金属基复合材 如铝基复合材料 铜基复合材料等 聚合 物基复合材料如以橡胶和树脂为基体的复合材料 无机非金属基复 合材料以陶瓷材料 也包括水泥和玻璃 为基体制成的复合材料 f21 按增强材料形态分短纤维复合材料 连续纤维复合材料 编织复合 材料 粒状填料复合材料等 f3 按增强纤维种类分金属纤维复合材 料 玻璃纤维复合材料 碳纤维复合材料 陶瓷纤维复合材料 有 机纤维复合材料等 4 按材料作用分功能复合材料 是指除了力学性能还具有各种电学 性能 磁学性能 光学性能摩擦性能 声学性能 化学分离性能以 及阻尼性能等特殊性能的复合材料 结构复合材料 主要用做受力构件的复合材料 要求它强度刚度高 质量轻 且耐受一定温度 在某种情况下还要求有膨胀系数小 耐介质腐蚀或绝热性能好等其他功能 1 2金属基复合材料美国早在20世纪60年代就已开始了对金属基复 合材料的研究 70年代开始转入实用化阶段 80年代开始大量应用 在航天 航空工业中 金属基复合材料由于一般具有高的比模量 比强度 耐高温 耐磨 损以及尺寸稳定性好 热膨胀系数小 高导电 高导热等优异的力 学性能和物理性能 克服了树脂基复合材料或单一金属在航空 航 天领域中使用时存在的不足 得到了令人瞩目的应用和发展 成为 各国高新技术开发研究的重要领域 1 2 1金属基复合材料的定义及分类金属基复合材料 MetalMatri xComposite 是以金属为基体 以高强度的第二相 一般体积分数大 于60 为增强体而制得的复合材料 9 金属基复合材料品种繁多 有各种分类方式 主要可以归纳为以下 三种按基体类型分类 9 13 根据基体的不同可分为铜基 银基 铝基 镁基 锌基 钛基 镍基 金属间化合物 耐热金属基等复合材料 目前 铝基 钛基 镍基复合材料发展较为成熟 己在航空 航天 先进武器 电子 汽车等工业中应用十分广泛 其中 1 铜基复合材料以优良的导电性能和高强度 成为一种性能优异的 功能材料 主要应用于触头材料 集成电路的引线框架和装焊机的 电极 电动工具 的换相器 电枢和受电弓滑板等方面 f2 制作铝基复合材料通常使用各种铝合金 而不是纯铝 因为铝合 金具有良好的塑性和韧性 可以制备出性能优异的复合材料 f3 钛基复合材料比任何其他的结构材料具有更高的比强度 钛合金在中温时比铝合金更好的保持其强度 因此 对飞机结构来说 当速度从亚音速提高到超音速时 钛合金 比铝合金显示出更大的优越性 f41由于镍的高温性能优良 因此这种复合材料主要用于制造高温下 工作的零部件 如燃气机轮的叶片 按用途分类f1 功能复合材料这种复合材料主要具有的特性有高导热 导电性 高阻尼 高耐磨性 低膨胀等物理性能的优化组合 一般用于电子 汽车 仪器等工业 f2 结构复合材料目前正处于发展的起步阶段 是指除力学性能以外 还提供其他物理性能的复合材料 这种复合材料具有高比模量高 比强度 良好耐热性 尺寸稳定性 好等主要特点 主要应用于制造各种汽车 航天 航空 先进的武器系统等高性能 结构件 按增强体分类f1 纤维增强型复合材料可根据纤维的长度分为长纤维 短纤维和晶须纤维增强金属复合材料 连续纤维增强金属基复合材料是利用高模量 高强度及低密度的纤 维增强体与金属基体组成高性能的复合材料 常用的纤维有氧化铝 纤维 碳纤维 碳化硅纤维 硼纤维等 通过基体 纤维类型和含量 纤维的排布方向和方式等优化设计组 合可获得各种高性能 在这类复合材料中 金属基体主要起到固定纤维 部分承载和传递 载荷的作用 因为纤维具有高强度和高模量 所以它才是是复合材 料的主要承载体 增强金属基体的效果显著 因为沿纤维轴向上具 有很高的强度和模量等性能 而横向上性能较差 具有各向异性特 征 所以在设计使用纤维增强时应充分考虑纤维的排布方向问题 可通过控制不同方向上纤维的排布来控制复合材料的性能 基体的性能对复合材料横向性能和剪切性能的影响比纵向大 f2 层状复合材料这种复合材料是指在成型性和韧性较好的金属基体 材料中加入重复排列的高模量 高强度的层片状增强物的复合材料 这类复合材料是结构复合材料 所以不包括各种包复材料 片层的f司距是微观的 所以正常比例下 按照材料结构组元看 可 以认为是均匀的和各向异性 这种层状结构的复合材料强度会受到一定的限制 这是因为薄片增 强相的强度没有纤维增强相的高 另外 由于层片状增强的材料断裂应变小 就使此类复合材料的增 强平面在各个方向上3的塑性和延伸率都受到了一定限制 但是 在增强平面的各个方向上 薄片增强物对材料的模量和强度 都有较好的增强效果 这与纤维的单向增强复合材料相比具有明显 的优越性 f3 颗粒增强复合材料这种复合材料里基体的作用则是传递载荷和便 于加工 增强相是主要的承载相 硬质增强相可以造成对基体的束缚作用 能阻止基体屈服 这种复合材料典型的有碳化硅 氮化硅颗粒增强的铝基和镁基复合 材料及碳化硅晶须增强的镁基和铝基复合材料等 可作为结构材料 或结构件中的耐磨件使用 颗粒复合材料的强度与基体 颗粒大小 分布及体积比密切相关 1 2 2金属基复合材料的性能特点及增强原理金属基复合材料的特 点在于其金属或合金基体连续 增强体均匀分布其中 所以其性能 主要取决于所用的金属或合金基体和增强物的性能 分布和含量等 通过优化组合可获得综合性能优异的复合材料 与传统的金属材料比 它具有较高的比强度和比刚度 与陶瓷材料 比 它又有高韧性和高冲击性能 与树脂基复合材料相比 又具有 优良的导电性能与耐热性 金属基复合材料主要有以下几个特点 14 15 1 导电和导热性能金属基体一般要占金属基复合材料的60 以上的 体积百分比 所以仍保持着金属的良好导热性和导电性的性能 为解决高集成度电子器件的散热问题 已经成功研制出了石墨纤维 金刚石纤维等增强的铜基 铝基复合材料 其导电率比纯铝 钢 还高 可用它们来制成封装件或集成电路底板 可快速的散热 减 小构件受热后产生温度梯度 提高集成电路安全性 2 高比模量和高比强度如果在金属基体中加入适量的高模量高强度 但低密度的颗粒 纤维 晶须等增强物 就会提高复合材料的比模 量和比强度 像碳纤维 碳化硅纤维等增强物 具有很高的模量和强度 再用高比模量和高比强度的此种材料制成的构件 具有强度高 重 量轻 刚性好特点 是航空航天技术领域中理想的材料 3 耐磨性好陶瓷纤维 颗粒 晶须等增强的金属基复合材料往往具 有很好的耐磨性 由于陶瓷材料具有高硬度 化学性能稳定 耐磨 的特点 当在金属基体中加入陶瓷增强物时 不仅提高了复合材料 的强度和刚度 同时也提高了复合材料的耐磨性 41热膨胀系数小 尺寸的稳定性好金属基复合材料中选用的增强物 碳纤维 硼纤维 颗粒 碳化硅纤维 晶须等均具有很小的热膨胀 系数 特别是高模量 超高强度的石墨纤维具有负的热膨胀系数 加入一定量含量的此类增强物不仅可以大幅度提高材料的强度和4模 量 还可以使其热膨胀系数有明显的下降 通过选择不同的基体和增强物 以有效的比例去复合 得到导热性 好 膨胀系数小 尺寸稳定性好的材料 51高温性能良好金属的高温性能比聚合物好很多 同时由于增强颗 粒 晶须 纤维在高温下又都具有高模量和高强度 因此金属基复 合材料具有比纯金属基体更高的高温性能 研究表明纤维增强金属 基复合材料的高温性能可保持到接近金属熔点 并明显优于金属基 体的高温性能 金属基复合材料制成的零 构件比金属材料和聚合物基复合材料具 有更高的高温性能 6 不吸潮 不老化 气密性好金属基复合材料组织致密 性质稳定 不存在老化 吸潮 分解等问题 一般不会发生性能的自然退化 在空间使用时不会因分解出低分子物质污染环境和仪器 7 良好的断裂韧性和疲劳性能金属基复合材料的断裂韧性和疲劳性 能取决基体及增强物本身的特性 金属基体界面的结合状态 颗粒 纤维等增强物在金属基体中的分布 特别是界面状态 良好的界 面结合既能有效的传递载荷 又可以有效的阻止裂纹扩展 提高材 料的疲劳性能和断裂韧性 金属基复合材料的增强原理 在金属基复合材料中 增强体的形态 主要有连续纤维 非连续纤维 颗粒 由于增强体的形态不同 其 增强原理也存在差别 以下简要介绍三种增强原理 16 1 纤维增强原理纤维增强金属基复合材料增强机理是基体只是作为 传递和分散载荷的媒介 而高强度 高模量的纤维才真正承受载荷 这类复合材料的性能除了与基体和纤维的性能 纤维所占体积分数 有关外 还与纤维排列 分布和断裂形式 尤其是纤维与基体的界 面结合强度有关 2 颗粒增强原理在颗粒增强金属基复合材料中 虽然载荷主要有基 体承担 但颗粒也承受载荷并约束基体的变形 阻碍基体的位错运 动 增强颗粒一般尺寸较大 1um 坚硬颗粒与基体复合成复合材料 在外载荷的作用下 基体内位错的滑移受阻于基体一颗粒界面上 并在颗粒上产生应力集中 此时需要更大的应力位错线才能克服阻 碍继续前进 产生强化效果 研究表明 颗粒越细 粒子间距就越小 颗粒增强效果也越明显 3 弥散强化原理弥散强化增强机理与析出强化机理相似 可用Orow an机理 即位错绕过理论来解释 主要用于解释由弥散微粒与基体复合而成的弥散增强复合材料的增 强原理 由此可见弥散增强与增强原理有区别 此时弥散微粒只是阻碍基体 的位错运动 而载荷主要还是有基体来 承担 微粒阻碍基体位错运动的能力越大 其强化效果好 1 2 3金属基复合材料的应用及发展前景金属基复合材料优异的综 合性能使其在汽车 宇航航空 先进武器系统 电子及民用工业等 领域均都具有广泛的应用前景 例如 高模量高强度的碳纤维 硼纤维增强镁基 铝基复合材料 获得高比模量高比强度 导电 导热的金属基复合材料 此种材料 应用于航空航天和卫星构件上 用氧化铝 纤维 碳化硅或晶须强 化的复合材料有很高的强度且耐高温 可用来制作发动机 模具 泵的叶轮等 电子封装金属基复合材料 有铜基 Si Cp Cu 复合材料 高模量 超高模量的石墨纤维增强铜基 铝基复 合材料 钨纤维增强的高温合金基复合材料用于飞机发动机部件等 用碳纤维 石墨颗粒 金属丝 铜 银及合金复合材料制成的集 电和电触头材料 可使通入电流密度比常规电刷增大数十倍 解决 了特大电流电机的需要117 191 现在传统的金属基复合材料正在高速发展 而下一代复合材料如高 性能的智能复合材料 功能梯度材料 金属间化合物材料 功能复 合材料等已经开始崭露头角 研究前景良好 成了新型材料研究的 前沿 2 f11金属间化合物基复合材料将纤维 晶须 颗粒加入到金属问化合 物基体中制成的复合材料 其高温强度而高于基体材料 但密度一 般低于原基体材料 金属间化合物在高温下强度保持率高和抗氧化 性好而且其熔点高 可以很好的应用于对材料比强度和比刚度高 重量轻要求的未来航空发动机高温工作部件中 目前只有几种有序金属间铝化物在研究过程中 初步研究成果表明 FeAl Ti Al Ni Al等金属问铝化物基复合 材料比原基体材料和目前使用广泛的Ni基高温合金的性能要好 f21金属基智能复合材料智能材料概念是在1989年由日本学者高木俊 宜提出的 所谓的智能材料就是在具有感知功能的同时 具有自身判断功能和 自身做出结论的功能 它具有对外部刺激或环境变化有积极响应的特性 是一种复杂的多 功能复合材料 其主要制备方法有利用原子微团簇 原子人工排列法等 已研制出了利用材料热膨胀系数的不同制成的双金属片温度调节计 或温度传感器 应力过大时可以报警发光的材料等 预示着智能材 料已经慢慢由概念转变为现实 3 金属基混杂复合材料金属基混杂复合材料是指金属或合金基体同 两种或两种以上的增强物复合所制成的材料 是材料复合思想深入 发展的结果 这类复合材料可以克服各组元成分的缺点 充分发挥各组分材料的 优点 获得综合性能优良的材料 目前研究开发的金属基混杂复合材料中有两类具有良好的发展前景 一类6是金属和纤维增强塑料混杂MMC 荷兰的Del ft技术大学开发并研制出了芳纶增强铝薄板 这种纤维增强塑料与 铝混杂的复合材料 其密度只有2 129 cm3 但Gb达到852MPa 是 铝的2 254倍 比强度是铝的2 86倍 而且疲劳性能也比铝有很大 改善 另一类是颗粒和连续纤维混杂MMC 这类复合材料可明显改善横向强 度和很大程度的提高纵向刚度 强度 热疲劳性及耐磨性能等 而 且便于成型 f4 功能梯度材料早在1984年由日本学者就提出了功能梯度材料的概 念 当超音速飞机飞到27000米高空时 发动机空气吸入口的温度会达到 1700 机头温度会高达1800 用液氮对其冷却时 会照成1000 C以上的内外表面温差 照成材料产生巨大热应力 目前 主要的几种制备功能梯度材料的方法有薄膜叠层法 等离子 溅射法 气相沉积法 粒子排列法等 从功能梯度材料的概念出发 用塑料 陶瓷 金属等不同物质巧妙 的组合梯度 而获得的功能梯度材料在电子 电磁学 光学 生物 医学 核能等领域都有着巨大的应用前景 1 3石墨和二硫化钼的性质固体润滑剂是指能够降低摩擦 减小磨 损的固体物质 石墨和二硫化钼都是典型的固体润滑剂 石墨呈黑色有脂肪质滑腻感 它具有层状六方晶体结构 结构稳定 密度为2 2 2 39 cm3 熔点是3527 通常石墨的摩擦系数为O 05 0 19 石墨有许多优点使得之被广泛的应用于固体润滑剂 2l J 1 六方晶体的结构柔软且易于滑动 具有良好的润滑性 2 耐高温 在非氧化性条件下既不熔也不变形 在3400 时才开始 升华 3 电和热的优良导体 虽然其导电率比金属低 但在固体润滑剂中 已经非常难得 所以适合用来制作即要求有润滑效果又要求导电的 电接触材料 4 热膨胀系数小 所以适用于高温滑动材料 可以抵抗热冲击 5 化学惰性 几乎不被所有化学用品腐蚀 无毒对人体也无害 6 石墨能与水共存 所以在潮湿的条件下石墨依然具有良好的润滑 效果 7 价格低廉 所以在工业上石墨被大规模的用作固体润滑剂 二硫化钼的基本性能见表1 1 二硫化钼常用于航空航天中的固体 润滑剂 其分子式是MoS2 是从辉钼矿中提取并经化学和机械处理而成的一 种黑灰色的固体粉末 二硫化钼作为固体润滑材料具有低摩擦系数和良好的润滑性能 这 与它本身内在的结构有着密切关系 二硫化钼具有晶体结构为六方品系的层状结构 是一种鳞片状的结 晶体 其每一个晶体是由很多个二硫化钼分子层组成 每一7个二硫 化钼分子层又分为三个原子层 上下两层为硫原子层 中间一层为 钼原子层 每一个钼原子被六个硫原子包围 只有硫