金属基复合材料 2

MMC的发展和应用,目录,MMC概述,MMC的性能特点,MMC的发展,MMC的应用,1、概述,1、金属基复合材料金属基复合材料（MetalMatrixComposite，简称MMC）是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合而成的复合材料。,其增强体大多为无机非金属，如陶瓷、炭、石墨及硼，也可以用金属丝。,1、概述,2、背景金属基复合材料与聚合物复合材料、陶瓷基复合材料以及碳/碳复合材料一起构成了现代复合材料体系。金属基复合材料作为一种新型工程材料，具有比基体金属或合金更高的比强度、比模量、高温性能等性能。作为结构材料或特殊性能要求的材料，在航空、航天、军事工业和民用工业中的具有无可替代的作为，并得到了广泛的应用。,1、概述,3、分类,铝基复合材料镁基复合材料钛基复合材料镍基复合材料铜基复合材料,基体,颗粒增强金属基复合材料短纤维、晶须增强金属基复合材料长纤维增强金属基复合材料层状复合材料,增强体,2、性能特点,3、发展,金属基复合材料真正的起步是在20世纪50年代末或60年代初。美国国家航空和宇航局(NASA)成功地制备出W丝增强的Cu基复合材料，成为金属基复合材料研究和开发的标志性起点。随后，对纤维金属基复合材料的研究在20世纪60年代迅速发展起来。那时，主要的力量集中在以钨和硼纤维增强的铝和铜为基的系统。,3、发展,1978年B/Al复合材料在哥伦比亚航天飞机上应用；,航天飞机内MMC(Al/B纤维)桁架,3、发展,20世纪80年代，金属基复合材料迅速发展，开始注重颗粒、晶须和短纤维增强金属基复合材料，在汽车、体育用品等领域得到应用；90年代后期，电子产品和技术迅速发展，低膨胀、高强度和高导热性的金属基复合材料在电子产品得到应用；涡轮发动机的各个部件对于高温高效性材料的不断需求，触发了对金属基复合材科特别是钛基材料的广泛兴趣的复苏。近年，功能和纳米金属基复合材料成为研究热点。,4、应用,据预测,2013年以前全球MMCs市场将保持5.9%的年增长率。根据应用领域不同,MMCs市场可细分为陆上运输、电子/热控、航空航天、工业、消费产品等5个部分。其中,陆上运输(包括汽车和轨道车辆)和高附加值散热组件仍然是MMCs的主市场,用量占比分别超过60%和30%。,金属基复合材料全球市场及展望(20042013年),4、应用,MMCs在陆上运输领域的应用MMCs进入汽车行业的动力是它耐磨性和耐热性高、重量轻的优点，因此MMCs主要用于需要减轻重量的刹车系统和发动机系统。,汽车刹车鼓和刹车碟(a),火车转向架及刹车盘(b),碳化硅和氧化铝加强MMCs制造的刹车转子重量仅为一般材料的33%60%，同时，这种刹车转子具有卓越的耐磨性，其使用期限甚至可以与车本身的寿命一样长。,4、应用,MMCs在电子/热控领域的应用以铝碳化硅(AlSiC)MMCs为代表的第二代热管理材料，密度仅为Cu-W和Cu-Mo的1/5，可提供高热导率及可调的低热膨胀系数(CTE)，为电子封装提供了高度可靠且成本经济的热管理解决方案。,如果以产值排序，高产品附加值的电子/热控领域是第一大MMCs市场，产值比例超过60%。,AlSiC微处理器盖板(a),AlSiC光电封装基座(b),4、应用,MMCs在航空航天领域的应用MMCs最初发展的原动力来自于航空工业领域。目前已用于军机和民机的MMCs主要是铝基和钛基复合材料。NASA和DOD均在投资开发钛基复合材料(TMC)喷气涡轮发动机。MMCs也用在航天飞机和火箭上。NASA采用硼连续纤维增强的MMCs制成管材,用作航天飞机的结构桁条,性能十分优越。,4、应用,MMCs在其它领域的应用MMCs的其它应用涵盖制造业、体育休闲及基础建设领域，既包括硬质合金、电镀及烧结金刚石工具、Cu基及Ag基电触头材料等成熟市场，也包括TiC增强铁基耐磨材料、Saffil纤维增强铝基输电线缆、B4C增强铝基中子吸收材料等新兴市场。,4、应用,低密度、高刚度和高强度的增强体颗粒加入到钢铁基体中，在降低材料密度的同时，提高了它的弹性模量、硬度、耐磨性和高温性能。目前应用最多的是TiC颗粒增强铁基复合材料，用作抗磨材料和高温结构材料，性能明显优于现有的工具钢。,超硬耐磨的TiC增强铁基复合材料,MMCs虽然并不是一种具有划时代意义的新材料，但它是一种能根据具体需要设计组分、性能的人工复合材料，一般MMCs均以轻合金为基体，因此具有重量轻、比弹性模量和比强度高的优点，同时还具有高的疲劳抗力、耐磨抗力、优良的热稳定性和传热能力，在交通运输机械、高速机械以及电子、体育器材等领域均有较