金属基复合材料PPT课件

名称：学生编号：班级：金属基复合材料，目录，金属基复合材料类型和性能概述铝基复合材料镁基复合材料钛基复合材料金属基复合材料成型工艺简介3。金属基复合材料是指以金属及其合金为基体，以一种或多种金属或非金属为增强相的人工复合而成的复合材料。组成复合材料的各种组成材料被称为组成材料。组分材料一般没有影响，都保持自己的特性，独立存在。就结构材料而言，不仅要求高强度，而且要求重量轻，尤其是在航空航天领域。1.金属基复合材料概述4。金属基复合材料(MMC)，一个包括广泛的部件和结构的术语，有一个共同的连续金属基质(包括金属间基质)。目的：将基体的优良塑性和成形性与增强体的承载能力和刚度结合起来。基体的高导热性与增强材料的低热膨胀系数相结合。与传统金属材料相比，金属基复合材料具有更高的比强度和比刚度。与树脂基复合材料相比，它具有优异的导电性和耐热性。与陶瓷基材料相比，它具有高韧性和高冲击性能。根据增强类型，颗粒增强金属基复合材料分为层状增强金属基复合材料、纤维(长度和晶须)增强金属基复合材料、金属基复合材料是以金属或合金为基体、高性能第二相增强的复合材料。金属基复合材料的种类很多，分类方法也多种多样，可归纳为以下三种类型：(2)金属基复合材料的分类和性能，(1)颗粒增强金属基复合材料颗粒增强复合材料是指增强相分散的颗粒，颗粒直径和间距相对较大，一般大于1微米。在这种复合材料中，增强相是主要的承载相，而基体的作用是传递载荷。颗粒增强复合材料的强度通常取决于增强颗粒的直径和体积分数，并且还与基体的性质、颗粒和基体之间的界面以及颗粒排列的形状密切相关。(2)层压复合材料层压复合材料是指在具有良好韧性和成形性的金属基体材料中包含重复排列的高强度和高模量层状增强体的复合材料。层压复合材料的强度受到限制，因为片材增强体的强度不如纤维增强体的强度高。然而，在增强平面的所有方向上，片材增强对强度和模量具有增强作用，这比纤维单向增强复合材料具有明显的优势。(3)纤维(长度和晶须)增强复合材料金属基复合材料中的纤维根据其长度可分为长纤维、短纤维和晶须。它们都属于一维增强体。因此，纤维增强复合材料都表现出明显的各向异性特征。短纤维和晶须随机分布在基体中，因此从宏观角度来看，性能是各向同性的。纤维增强金属基复合材料中金属的熔点较高，因此高强度纤维增强金属基复合材料可用于高温工作环境。常用的贱金属材料包括铝合金、钛合金和镁金。用作增强材料的连续纤维主要是硼纤维、碳化硅纤维和碳纤维。氧化铝纤维通常以短纤维的形式用于金属基复合材料。高强度、高模量金属基复合纤维的选择要点。(明显高于金属基体)高耐热性(如KF不适合选择)低价格(更突出的限制因素)良好的相容性(膨胀系数相似，高温惰性)，12，按基体材料分类：铝基复合材料镁基复合材料钛基复合材料金属间化合物基复合材料，目前铝基、镁基和钛基复合材料发展较为成熟，已应用于航空航天、航空、电子、汽车等行业。根据用法，它分为(1)、结构c它用于制造各种高性能结构部件，如航空航天、航空、汽车和先进武器系统。功能复合材料：其主要特点是高导热、高导电、低膨胀、高阻尼、高耐磨等物理性能的优化组合。化学性质包括抗氧化性和耐腐蚀性，用于电子、仪器、汽车和其他行业。智能复合材料：强调感觉、反应、自我监控和自我修复的特性。应该注意的是，功能复合材料和智能复合材料很容易混淆。MMC性能特性，MMC性能取决于所选组件的特性、内容、分布等。通过优化组合，可以获得具有金属特性和较好综合性能的金属基复合材料。综上所述，金属基复合材料具有以下性能特征：高比强度、高比模量导热、小热膨胀系数导电、良好的尺寸稳定性、良好的高温性能、良好的耐磨性、良好的断裂韧性和抗疲劳性、不吸湿、不老化、良好的气密性，以及金属基复合材料的性能特征。(1)高比强度和比模量在金属基体中加入适量的增强材料，如高强度、高模量、低密度纤维、晶须和颗粒，显著提高复合材料的比强度、比刚度和比模量。向金属中添加高性能和低密度增强材料可以使复合材料的比强度和比模量翻倍。由高比强度和高比模量的金属基复合材料制成的构件具有较轻的相对密度、较高的强度和良好的刚度，是航空航天领域的理想材料。(2)导热性。虽然有些增强材料是绝缘体，但它们在复合材料中只占一小部分。基质的传导率和热导率没有被完全阻断。金属基复合材料仍具有良好的导电性和导热性。为了解决高集成度电子器件的散热问题，已经成功研究的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、金刚石颗粒增强铝基复合材料和铜基复合材料的热导率高于纯铝和纯铜。集成电路背板及其制成的封装能够有效且快速地散热，并提高集成电路的可靠性。(3)热膨胀系数小，尺寸稳定性好。碳纤维、碳化硅纤维、晶须、颗粒、硼纤维等。在具有非常小热膨胀系数和高模量的金属基复合材料中，特别是具有高模量和超高模量的石墨纤维具有负热膨胀系数。添加一定量的增强剂不仅能大大提高材料的强度和模量，而且还能显著降低其热膨胀系数。不同的热膨胀系数可以通过调整钢筋的含量来获得，以满足各种应用的要求。例如，当石墨纤维含量达到48%时，石墨纤维增强镁基复合材料的热膨胀系数为零，并且由该复合材料制成的部件在温度变化时不会变形。(4)良好的高温性能。由于金属基体的高温性能远远高于聚合物，增强材料主要是无机的，在高温下具有较高的高温强度和模量，因此金属基复合材料具有比基体金属更高的高温性能。例如，石墨纤维增强铝基复合材料在500时仍具有600兆帕的高温强度，而在300时铝基复合材料的强度已降至100兆帕以下。另一个例子是钨纤维增强耐热合金，其在1100下100小时的高温持久强度为207兆帕，而基体合金的高温持久强度仅为48兆帕。因此，发动机等高温零件选用金属基复合材料，可以大大提高发动机的性能和效率。(5)耐磨性好。金属基复合材料，尤其是陶瓷纤维、晶须和颗粒增强金属基复合材料，具有良好的耐磨性。例如，磨损率(6)良好的断裂韧性和抗疲劳性能。金属基复合材料的断裂韧性和抗疲劳性能取决于增强体与金属基体的界面结合状态、增强体在金属基体中的分布以及金属基体和增强体本身的特性，尤其是界面状态。适度的界面结合强度不仅能有效传递载荷，还能防止裂纹和位错运动的形成和扩展，提高材料的断裂韧性。(7)、不吸潮、不老化、气密性好，与聚合物相比，金属基复合材料具有性能稳定、结构致密、不老化、不分解、不吸潮等特点。且性能不自然降解，优于聚合物基复合材料，在太空使用时不会分解低分子物质污染仪器和环境，具有明显的优势。例如，航空航天工业需要金属基复合材料、大型轻质结构材料，如波音747大型运输机、长距离通信天线、巨型火箭和航空航天器。在设计这些结构时，其中一个问题涉及到方-立方尺寸关系，即结构的强度和刚度随着其尺寸的平方而增加，而重量随着其线性尺寸的立方而增加。因此，如果我们想确保大型结构的机动性和高效率，我们需要更完美的设计和更好的材料。(3)铝基复合材料，铝基复合材料是应用最广泛的金属基复合材料之一。由于铝基体为面心立方结构，因此具有良好的塑性和韧性。此外，它还具有加工简单、工程可靠、价格低廉等优点，为其在工程中的应用创造了有利条件。制造铝基复合材料时，通常不是纯铝，而是各种铝合金。铝基复合材料，大型车辆的首选材料。例如，通常使用波音747、757和767:硼/铝、碳/铝和碳化硅/铝碳化硅纤维的密度比硼高30%，强度较低，相容性好。丙纶纱线细，不易渗透，抗弯性差，反应性高。基材可以是变形铝、铸铝、焊接铝和烧结铝。它们具有良好的塑性，易于制备铝板。基体和增强铝基复合材料有三种增强材料：长纤维、晶须和颗粒。基体主要由纯铝及其合金组成。基体合金有很多种，主要包括两种类型：变形合金和铸造合金。(1)长纤维增强铝基复合材料。长纤维增强铝基可存在于单向纤维、二维织物和三维织物中。长纤维增强铝基复合材料主要包括：高炉/铝、碳纤维/铝、碳化硅/铝、铝203 f/铝和不锈钢丝/铝等。硼纤维是一种由钨或碳丝化学气相沉积而成的单丝，具有相对较厚的直径(100 140微米)，因此在技术上更容易制造。纤维含量越高，拉伸强度的变化越大。硼铝复合材料具有优异的耐高温性能。在硼铝复合材料中，由于纤维的纵向热膨胀系数和基体的热膨胀系数之间的巨大差异，在界面上将产生高残余应力。高炉铝复合材料的制造包括将复合材料的部件组装并压制成适于制造复合材料部件的形状。有两个常见的过程：1。纤维和基体的组装和压制以及零件的成形同时进行。第二，首先加工复合材料的预制品，然后将预制品制成具有最终形状的部件。前者类似于铸造，而后者类似于在锻造成零件形状之前铸造铸锭。碳纤维/铝复合材料具有低碳纤维密度和优异的机械性能，是目前可用作金属基复合材料增强材料的最廉价的高性能纤维。它们与各种金属基体复合以生产高性能金属基复合材料。然而，由于碳(石墨)纤维和液态铝的润湿性差，在高温下它们之间容易发生化学反应，导致化合物严重影响复合材料的性能。磷酸烯醇草酰乙酸表中的前四种纤维是在高温下石墨化的石墨纤维。它们与铝的反应产物Al4C3较少，具有较高的抗拉强度。最后一种纤维是没有在高温下石墨化的碳纤维。其与铝的反应产物Al4C3很高，抗拉强度大大降低。因此，未经高温石墨化的碳纤维不适合用于增强铝基体，除非对其进行表面处理。(2)短纤维增强铝基复合材料，与长纤维相比，短纤维增强铝基复合材料具有增强材料来源广泛、价格低廉、成型性好等优点，可以采用铸造、锻造、挤压、轧制等传统金属成型工艺，材料性能各向同性。可用作铝基复合材料增强材料的短纤维包括氧化铝、硅酸铝和碳化硅。氧化铝和硅酸铝短纤维增强铝基复合材料室温拉伸强度不高于基体合金，但其高温强度明显优于基体，室温和高温下弹性模量大大提高，热膨胀系数降低，耐磨性提高。纤维增强复合材料的强度和刚度与纤维方向密切相关。当纤维随机排列时，可以获得基本上各向同性的复合材料。均匀的纤维使材料具有明显的各向异性。这些纤维是正交编织的，在相互垂直的方向上具有良好的性能。纤维是三维编织的，可以获得在所有方向都具有优异机械性能的材料。纤维在基体中的不同分布模式。37 .层状复合材料是指基体中含有多层片状高强度和高模量增强材料的复合材料。这种材料是各向异性的(层内的二维各向同性)。如碳化硼片增强钛、胶合板等。双金属和表面涂层也是层状复合材料。结构层状材料根据不同的材料分别用于飞机制造、运输和包装。3。颗粒(晶须)增强铝基复合材料，主要是碳化硅和氧化铝颗粒(晶须)增强铝基复合材料。碳化硅颗粒(晶须)增强铝基复合材料具有良好的力学性能和耐磨性。随着碳化硅含量的增加，其热膨胀系数降低，低于基体的热膨胀系数。这些复合材料的韧性比基体低，但比连续纤维增强铝基复合材料的韧性高，刚度也比基体高得多。由于碳化硅的高硬度，这种复合材料的硬度和耐磨性大大提高。复合材料的抗拉强度和弹性模量高于基体，随着碳化硅晶须含量的增加，复合材料的抗拉强度和弹性模量大幅提高。添加脆性碳化硅颗粒或晶须后，铝合金的断裂韧性大大降低。颗粒：晶须：晶须纤维：纤维，在铝合金中加入脆性碳化硅颗粒，其耐磨性提高很多。硼铝复合材料可用作中子屏蔽材料，也可用于制造乏核燃料的运输和储存容器、可移动防护罩、控制棒、喷气发动机风扇叶片、飞机机翼蒙皮、飞机起落架组件、自行车架、高尔夫球杆等。碳纤维增强铝基复合材料用于飞机，如F-15战斗机，可使其质量减少20% 30%。碳纤维增强铝合金管也可以用来制造网球拍框架。氧化铝纤维增强铝基复合材料最成功的应用是制造柴油机活塞。铝基复合材料的应用和铝基复合材料的二次加工是指平板、梁、管等基本复合材料的加工，包括成型、连接加工和热处理等工艺过程。硼铝复合材料的形成包括其组成强和接近脆性的纤维和软和韧性铝。该纤维在室温拉伸试验中具有完全弹性应力应变特性，在高tem下具有高抗蠕变性硼铝复合材料的连接技术是基于铝连接，不考虑硼和硼的连接。目的是获得具有高剪切强度的基体连接，而不降低复合材料的机械性能。粘合过程包括固体扩散粘合。焊接：标准的焊接工艺是将焊接箔放在待连接的零件之间，并在接触压力下在熔炉中进行焊接。机械固定和粘合剂粘合也是复合材料的有效粘合方法。虽然金属基复合材料的强度和弹性模量(刚性)增加，但由于使用陶瓷纤维，塑性和韧性降低。这在一定程度上限制了多媒体课件的应用范围。航天飞机中的蒙脱土(铝/硼纤维)桁架采用陶瓷颗粒、纤维或晶须作为增强材料，可制成超轻、高比刚度、高比强度的镁基复合材料。这种材料比铝基复合材料轻，具有较高