《复合材料》周枫

1、复合材料复合材料 金属基复合材料金属基复合材料 张萌萌 张莉 张晓伟 赵瑞龙 周枫 目录目录 一一. 复合材料的定义和特点复合材料的定义和特点 二二. 复合材料的分类复合材料的分类 三三. 复合材料的基本性能（优点）复合材料的基本性能（优点） 四四. 金属基复合材料金属基复合材料 五五. 金属基复合材料的应用金属基复合材料的应用 一一. 复合材料的定义和特点复合材料的定义和特点 复合材料的定义：复合材料的定义： 两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而 成的一种多相固体材料。 复合材料的特点：复合材料的特点： 1）由两种或多种不同性能的组分通过宏观或微观复合在 一起的新型材料，组分之间存在

2、着明显的界面。 2）各组分保持各自固有特性的同时可最大限度地发挥各 种组分的优点，赋予单一材料所不具备的优良特殊性 能。 3）复合材料具有可设计性。 复合材料的基本结构模式复合材料的基本结构模式 复合材料由基体和增强剂两个组分构成：复合材 料结构通常一个相为连续相，称为基体；而另一相是 一以独立的形态分布在整个基体中的分散相，这种分 散相的性能优越，会使材料的性能显著改善和和增强， 称为增强剂（增强相、增强体）。 二二. 复合材料的分类复合材料的分类 三三. 复合材料的基本性能（优点）复合材料的基本性能（优点） 高比强度高比强度 良好的高温性能良好的高温性能 比强度比强度 = 强度强度/密度密

3、度 MPa /（g/cm3） 比模量比模量 = 模量模量/密度密度 GPa /（g/cm3） 良好的尺寸稳定良好的尺寸稳定 性性 高比模量（刚度）高比模量（刚度） 良好的功能性能良好的功能性能 良好的化学稳定良好的化学稳定 性性 良好的抗疲劳、良好的抗疲劳、 蠕变、蠕变、 冲击和断冲击和断 裂韧性裂韧性 四四. 金属基复合材料金属基复合材料 金属基复合材料是以金属为基体的复合材 料，对它的研究起步于20 世纪50 年代末、60 年代初，该材料于70 年代成功地应用于航天飞 机上。 1 金属基复合材料的分类金属基复合材料的分类 按增强材料分类：按增强材料分类： 纤维增强金属基复合材料纤维增强金属

4、基复合材料 颗粒、晶须增强金属基复合材料颗粒、晶须增强金属基复合材料 按基体材料分类：按基体材料分类： 铝基复合材料铝基复合材料 镁基复合材料镁基复合材料 钛基复合材料钛基复合材料 高温合金基复合材料高温合金基复合材料 金属间化合物基复合材料金属间化合物基复合材料 2 金属基复合材料的制备工艺金属基复合材料的制备工艺 金属基复合材料制备工艺的研究内容以及选择原则金属基复合材料制备工艺的研究内容以及选择原则 1） 基体与增强剂的选择，基体与增强剂的结合： 增强剂与基体之间应具有良好的物理相容性和化 学相容性。另外，如果在复合材料中使用高强度的纤 维，就必须寻找具有高断裂功的基体材料。 2）界面的

5、形成及机制，界面产物的控制及界面设计； 3）增强剂在基体中的均匀分布： 在选择制备方法时，应选择那些使得增强剂更均 匀、均质排布（分布）的方法。 4）制备工艺方法及参数的选择和优化； 5）制备成本的控制和降低，工业化应用的前景。 u金属基复合材料制备工艺的分类金属基复合材料制备工艺的分类 固态法：真空热压扩散结合、超塑性成型 / 扩散结合、模压、热等静压、粉末冶金法。 液态法：液态浸渗、真空压铸、反压铸造、 半固态铸造。 喷射成型法：等离子喷涂成型、喷射成型。 原位生长法。 . 固态法（连续增强相金属基复合材料制备固态法（连续增强相金属基复合材料制备 工艺）工艺） 真空热压扩散结合（真空热压扩

6、散结合（Vaccnm Press / Diffusion Bonding） 在一定温 度下的压力下， 把均匀排布在 新鲜清洁表面 的基体箔片或 （复合）先驱 丝通过基体金 属表面原子的 相互扩散而连 接在一起。扩 散结合在真空 中进行。 热等静压（热等静压（HIP） 热等静压工艺是扩散结合的一种手段。 模压成型（模压成型（Mold Forming） 模压成型也是扩散结合的一种手段。将纤维/基体预制体 放置在具有一定形状的模具中进行扩散结合，最终得到一定 形状的最终制品。 超塑性成型超塑性成型/ 扩散结合（扩散结合（SPF / DB） 粉末（冶金）法（粉末（冶金）法（Slurry Powder

7、Metallurgy） 将金属基体粉末与 聚合物粘接剂混合制成 基体粉末/聚合物粘接 剂胶体，可将胶体轧制 成基体粉末薄带(箔)； 也可将纤维按一定间距 排好，用粉末胶体固定， 干燥后制成粉末/纤维 预制片；也可按粉末法 纤维/基体复合丝的制 备方法制成复合丝。然 后使用真空扩散结合工 艺制成复合材料制品。 . 液态法（非连续增强相金属基复合材料制备工艺）液态法（非连续增强相金属基复合材料制备工艺） 压铸法（压铸法（Squeeze Casting） 在压力的作用下，将液态或半液态金属以一定速度充填压 铸模型腔或增强材料预制体的空隙中，在压力下快速凝固成型。 半固态复合铸造（半固态复合铸造（Se

8、misolid Slurry Casting） 将颗粒加入半固态的金属 熔体中，通过搅拌使颗粒在基 体中分布均匀，并取得良好的 界面结合，然后将半固态复合 材料注入模具进行压铸成型。 半固态复合铸造时金属熔体的 温度控制在液相线和固相线之 间，通过搅拌，使部分树枝状 结晶体破碎成固态颗粒。 喷射成型法（喷射成型法（Ospray，Spray Co-deposition） 将基体金属在坩埚中 熔炼后，在压力作用下通 过喷嘴送入雾化器，在高 速惰性气体射流的作用下， 液态金属被分散为细小的 液滴，形成“雾化锥”； 同时通过一个或多个喷嘴 向“雾化锥”喷射入增强 颗粒，使之与金属雾化液 滴一齐在一基板

9、（收集器） 上沉积并快速凝固形成颗 粒增强金属基复合材料。 无压浸渗法（无压浸渗法（Lanxide法）法） 将增强材料制成 预制体，放置于由氧 化铝制成的容器中。 再将基体金属坯料置 于增强材料预制体上 部。然后一齐均装入 可通入流动氮气的加 热炉中。通过加热， 基体金属熔化，并自 发浸渗入网络状增强 材料预制体中。 . 粉末冶金法（非连续增强相金属基复合材料制备粉末冶金法（非连续增强相金属基复合材料制备 工艺）工艺） 粉末冶金法也是一 种制备非连续增强相 金属基复合材料常采 用的工艺。 . 原位（原位（Insitu）生长（复合）法）生长（复合）法 增强相从基体中直接生成，生成相 的热力学稳定性好，不存在基体与增强 相之间的认识润湿和界面反应等问题， 基体与增强相结合良好，