金属基复合材料.ppt

名称：类别：金属基复合材料，目录，金属基复合材料概述金属基复合材料类型和特性，基于铝基复合镁基复合钛基复合金属基复合材料成型工艺介绍，3，金属基复合材料是以金属及其合金为基础加强一个或多个金属或非金属人工结合的复合材料。组成复合材质的各种子材质称为组件材质，组件材质通常不起作用，它们保持各自的特性独立。在结构材料方面，不仅强度高，而且在航空航天领域，重量要轻。I .金属矩阵复合材料概述，4，金属矩阵复合材料(MMC)，该术语包括具有连续金属矩阵(包括金属间化合物矩阵)的广泛组件和结构。目的：将基体的良好塑性和成形性与增强材料的载荷能力和刚度相结合。将基体的高导热性与强化体的低热膨胀系数相结合。5，金属基复合材料与现有金属材料相比，具有较高的非强度和一定的刚度；与树脂基复合材料相比，其导电性和耐热性更好。与陶瓷基材料相比，韧性高，冲击特性高。按增强材料类型，颗粒增强金属基复合层增强复合纤维(长度和晶须)增强金属基复合材料，以金属或合金为基础的金属基复合材料，高性能第二相增强材料。金属基复合材料的种类很多，分类方式有多种，2、金属基复合材料的分类和特性，(1)颗粒增强金属基复合材料颗粒增强复合材料是指强化相为分散分布的颗粒体，颗粒直径和颗粒间距大，一般大于1微米。在此复合材料中，加强相是主负载，矩阵的作用是转移负载。颗粒增强复合材料的强度通常取决于增强粒子的直径和体积分数，以及矩阵特性，粒子与矩阵的界面和粒子阵列形状密切相关。(2)，层状增强复合叠层复合材料是在韧性和成形性好的金属基体材料中，包含反复排列的高强度、高模量板材叠层增强剂的复合材料。片状强化强度不如纤维强化阶段高，因此叠层结构复合材料的强度受到限制。但是，在加强平面的各个方向上，板材加强材料对强度和系数都有改进的效果，这比纤维的单向加强复合材料明显优越。(3)，纤维(长度和晶须)增强复合金属基复合材料的纤维可根据长度分为属于一维增强材料的长纤维、短纤维和晶须。因此，纤维增强的复合材料表示明显的各向异性特征。短纤维和晶须在矩阵中随机分布，因此宏观上表示等同性。纤维增强金属基复合金属具有较高的熔点，因此高强度纤维增强金属基复合材料(MMC)可以在高温工作环境下使用。常用的基体金属材料包括铝合金、钛合金和镁金。连续纤维作为增强体主要是硼纤维、SiC和c纤维；Al2O3纤维通常在MMC中用作短纤维。金属基复合纤维选择点高强度，系数高。(明显高于金属基体)耐热性高(例如KF不适合)价格低(约束更好)兼容性(膨胀系数类似，高温惰性)，12，按基体材料：铝基复合镁基复合钛基复合金属间化合物基复合复合材料，目前铝基，镁基、按用途分区(1)、结构复合(2)、功能复合(3)、智能复合、结构复合：高强度、高比率系数、英尺的稳定性、耐热性等是主要性能特性。用于制造各种航空航天、航空、汽车、尖端武器系统等高性能结构。功能复合材料：主要特点是物理特性的最佳组合，例如高导热、低膨胀、高阻尼、高耐磨性。化学特性包括电气、机械、汽车等行业使用的抗氧化和耐蚀性等。智能复合材料：强调感官、反应、自我监控、自我修复等特性。要注意，功能复合物和智能复合物容易混淆。MMC的性能特性，MMC的性能取决于选定组件的特性、内容、分布等。通过优化组合，您可以拥有具有良好金属和集成性能的MMC。MMC具有高非强度、高非系数导热、低导电热膨胀系数、良好的尺寸稳定性良好的高温性能良好的抗磨损优秀的断裂韧性和抗疲劳特性吸水性、无老化、气密性、金属基复合材料的性能特性；(1)高比例强度、比率系数在金属基板上具有适当的高强度、高系数、低密度纤维、低密度纤维在金属上添加高性能低密度增强材料，复合材料的强度比系数增加一倍。用高比强度、高比系数的金属基复合材料制成的构件，是相对密度低、强度好、航空航天领域的理想材料。(2)，导热，某些增强材料是绝缘体，但占复合材料的小比重，基板导电和导热性未完全阻止，金属基复合材料仍具有良好的导电性和导热性。为了解决高强度电子设备的热问题，目前成功开发的超系数石墨纤维、金刚石纤维、金刚石颗粒增强铝基、铜基复合材料的导热系数高于纯铝、铜，利用它们制作的集成电路底板和封装能有效地快速分布热，提高集成电路的可靠性。(3)，热膨胀系数小，尺寸稳定性好，金属基复合材料的碳纤维、碳化硅纤维、晶须、颗粒、硼纤维等热膨胀系数小，系数高，超系数石墨纤维具有负热膨胀系数。添加相当数量的加强板不仅大大增加了材料的强度和系数，而且热膨胀系数也大大降低了，通过调整加强板的内容以满足不同的应用要求，可以获得不同的热膨胀系数。例如，石墨纤维增强镁基复合材料在石墨纤维含量达到48%时，复合材料的热膨胀系数为零，在温度变化时，使用此复合材料制造的零件没有变形。(4)，良好的高温特性，比聚合物高得多的高温特性，强化材料主要是无机物，在高温下具有较高的高温强度和系数，因此金属基复合材料具有比基体金属高的高温特性。石墨纤维增强铝基复合材料在500 的高温下保持600MPa的高温强度，铝基体从300 下降到100ma以下。例如，钨纤维增强耐热合金在1100、100的高温耐久性强度为207MPa，而基体合金的高温耐久性强度仅为48MPa。因此，金属基复合材料被选择在发动机等高温部件上，可以大大提高发动机的性能和效率。(5)，优良的耐磨性，金属基复合材料，尤其是陶瓷纤维、晶须、颗粒增强金属基复合材料，耐磨性好。碳化硅颗粒使铝基复合材料的耐磨性比基体金属提高2倍以上。与铸铁相比，SiCp/al复合材料的耐磨性优于铸铁。可用于汽车发动机、制动盘、活塞等重要零件，大大提高了零件的性能和寿命。，(6)，良好的断裂韧性和疲劳电阻，金属基复合材料的断裂韧性和疲劳电阻，可以提高加强材料和金属基之间的界面连接状态，金属基内的加强物分布和金属基，加强材料本身的特性，特别是界面状态，适当的界面连接强度，可以有效地传递载荷，防止裂纹形成和扩展以及位错运动，提高材料的断裂韧性。(7)，不吸收湿气，不老化，气密性好，金属基复合材料的特性比聚合物稳定，组织致密，不老化，不分解，吸收湿气等性能自然下降，比聚合物基复合材料优越，在宇宙中不分解低分子物质污染组织和环境方面具有明显的优越性，金属基复合材料示例，航空航天工业需要大而轻的结构材料，如波音747大型运输机、远程通信天线、巨型火箭和宇宙飞船。设计此类结构时，一个问题是平方-立方尺寸关系。也就是说，结构的强度和刚度随其尺寸的平方而增加，但重量随其线大小的立方体而增加。因此，为了确保大型结构的移动性和效率，需要更好的设计和更好的材料。第三，金属基复合材料中应用最广泛的铝基复合材料。铝是面芯立方结构，因此具有良好的塑性和韧性，加上可加工性、工程可靠性、低廉的价格等优点，创造了工程应用的有利条件。制作铝基复合材料时，一般使用多种铝合金，而不是纯铝。铝基复合材料，大型车辆首选材料。常用的B/Al、C/Al、SiC/AlSiC纤维(例如波音747、757、767)的密度比B高30%，强度低，但兼容性更好。c纤维纱线细密、渗透和渗透，屈曲低，反应活性高。基体材料包括选择变形铝、铸造铝、焊接铝和烧结铝。它们塑料好，容易制造铝。基体和增强材料铝基复合增强材料主要是长纤维、晶须和颗粒三种类型。基体主要有纯铝及其合金。基体合金的种类很多，主要分为变形合金和铸造合金两类。(1)，长纤维对铝基体的强化方式为单向纤维、二维织物和三维织物可能存在的长纤维增强铝基复合材料。长纤维增强铝基复合材料主要为BF/al、cf/al、sicf/al、al203f/al和不锈钢线材/al等。BF/al复合材料，硼纤维是钨或碳丝化学气相沉积形成的单线，直径较厚(100 140 m)，因此在工艺上更容易制造。纤维含量越高，拉伸强度的变化。硼铝复合材料高温特性。在硼铝复合材料中，纤维的纵向热膨胀系数与基体的热膨胀系数大不相同，因此界面中的残余应力更高。Bf/al复合材料制造复合材料包括组合复合元件和压力合成，其造型适合制造复合零件。常用工艺有： 1两种，纤维和基体的装配压缩和零件成型同时进行。第二，首先加工成复合材料词典产品，然后将词典产品制作成最终形式的零件。前一过程类似于铸件，后者类似于先铸造铸锭，然后锻造成零件。cf/al复合材料，碳纤维密度小，机械性能好，是目前可用作金属基复合增强材料的高性能纤维中最便宜的，与各种金属基复合材料相结合，制造高性能金属基复合材料。但是，碳(石墨)纤维和液态铝的润湿性下降，因此很容易在高温下相互产生化学反应，产生严重影响复合材料特性的化合物。人们在碳纤维表面使用了多种纤维表面处理方法，例如镀铬、铜等，解决了这个问题。碳纤维对复合材料的力学性能影响很大。表5-10是用液态金属浸渍法制造的碳纤维，加强了铝合金的拉伸强度。最后是碳和铝反应产物的数量。在该表中，前四种纤维都是高温石墨纤维，与铝的反应产物Al4C3含量少，抗拉强度高。最后一种纤维是高温的未石墨化的碳纤维，与铝反应的产品Al4C3的量多，拉伸强度大幅下降。因此，除非经过表面处理，否则高温未石墨化的碳纤维是不适合作为铝基体的增强物。(2)短纤维增强铝基复合材料，与长纤维相比，具有宽增强材料、低价格、优成形性等优点，可以使用铸造、锻造、挤压、轧制等传统金属成型工艺，材料的特性具有等同性。可用作铝基复合增强材料的短纤维有氧化铝、硅酸铝、碳化硅等。氧化铝和硅酸铝短纤维在室温下的拉伸强度比基体合金高，但它们的高温强度远优于基体，弹性系数在室温和高温下均有显着提高，热膨胀系数降低，提高了耐磨性。纤维增强复合材料的强度和刚度与纤维方向密切相关。纤维不规则排列时，可以得到基本的各向同性复合物。均匀方向的纤维赋予材料明显的各向异性。纤维是正交编织的，相互垂直的方向，性能都很好。纤维是三维编织，可以从各个方向得到机械特性优秀的材料。纤维在基体中的分布方式不同，37，叠层复合叠层复合材料是基体中包含多片高强度和高模量增强剂的复合材料。此材质为各向异性(层中的二维同性)。碳化硼精炼提高钛、胶合板等。双金属、表面涂层等也是层状复合材料。结构层材料根据材料分别用于飞机制造、运输和包装等。3，颗粒(晶须)增强铝基复合材料，主要使用的SiC，Al2O3颗粒(晶须)增强铝基复合材料。SiC颗粒(晶须)具有良好的铝基复合材料的机械性能和耐磨性。随着SiC含量的增加，热膨胀系数低于基极。这些复合材料的韧性低于基体，但比连续纤维增强铝基复合材料高，刚度比基体高得多。由于SiC的硬度高，这种复合材料的硬度大大提高，耐磨性大大提高。复合材料的抗拉强度和弹性强度高于基体，随着SiC晶须含量的增加，抗拉强度和弹性系数大大增加。在铝合金中添加脆性SiC粒子或晶须会导致破坏韧性下降很多。粒子：粒子晶须：whisker纤维：fiber，将脆性SiC粒子添加到铝合金中可大大提高耐磨性。硼铝复合材料可用作中子屏蔽材料，也可用于制造废核燃料的运输容器和存储容器、可移动盾、控制棒、喷气发动机风扇叶片、飞机机翼蒙皮、飞机起落架部件、自行车机架、高尔夫球杆等。碳纤维增强铝基地复合材料在飞机上使用，如在F-15战斗机上使用，减少了20%到30%左右的质量。用碳纤维加固铝合金管道，还可以制作网球拍。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、铝基复合材料的二次加工二次加工是指基本复合零件(如平面、梁和管道)的加工、成型、连接机械加工和热处理等过程。1 .硼铝复合材料的成型包括其组成部分和接近脆性的强纤维和软铝。纤维在室温拉伸实验中具有完全弹性应力应变特性，高温下蠕变阻力强，没有塑性延长。由于纤维对复合材料的束缚，最大轴向断裂伸长率小于1%，零件加工在很多情况下以复合热压过程中易弯曲的预制面板最终形式加工。2 .连接硼铝复合材料和承载结构的配件的连接是复合材料应用中最重要的工程领域之一。硼-铝复合材料的连接技术是基于铝的连接，与硼-硼连接无关。其目的是在不降低复合材料机械特性的情况下，获得高剪切强度的基体连接。链接过程包括固体扩散耦合。焊接：标准焊接过程是在要连接的零件之间放置焊接箔，然后用接触压力焊接加热炉。机械固定和接合也是复合材料的有效连接方法。MMC强度和弹性系数(刚度)增加，但陶瓷纤维的使用减少了塑料和韧性。这在一定程度上限制了MMC的应用程序范围。以陶瓷颗粒、纤维或晶须为增强材料的航天飞机内MMC(Al/B纤维)桁架是结合超轻、高刚度、高强度的镁基复合材料，将成为比铝基复合材料更轻、