第十章 金属基复合材料.ppt

第十章金属基复合材料
复合材料的分类:
复合材料
按用途
按基体类型
按增强体种类和形状
结构复合材料
功能复合材料
金属基复合材料
非金属基复合材料
纤维增强复合材料
颗粒增强复合材料
晶须增强复合材料
复合材料:由两种或两种以上性质不同的材料复合而成的多相材料。
金属基复合材料:连续的金属、合金基体+ 增强体
基体:铝基、镁基、钛基、钢基、铜基
增强体:连续纤维、短纤维、晶须、颗粒
金属基复合材料性能特点:高比强度、高模量、高韧性、高导热导电性、膨胀系数小、耐磨性好、高温强度高、表面稳定性好。
第一节金属基复合材料体系选择

工作环境、工作要求
增强体类型
(1)工作环境、要求
航空航天领域要求高比强度、高比模量和高尺寸稳定性体积质量小的金属合金镁、铝合金
汽车发动机工作温度较高高温强度、抗气体腐蚀、耐磨、导热
工作温度450℃以下的铝合金、镁合金
工作温度450~650℃更耐热的钛合金、不锈钢
工作温度800℃以上的铁基和镍基耐热合金
(2)针对增强体类型
连续纤维增强型:纤维具有高强度和高模量,连续纤维是主要承载体,基体应有良好的塑性和纤维相容性。一般采用纯铝或低合金防锈铝合金作基体。
非连续增强型:金属基体是主要承载体,基体强度对材料有决定性影响,一般选择高强度铝合金作基体。

连续长纤维、短纤维、晶须、颗粒
作用:提高材料强度、模量、高温强度、耐磨性
性能要求:增强体应具有高比强度、高模量、高温强度、高硬度、低热膨胀,良好的化学稳定性、浸润性、相容性,无严重的不良界面反应。
配合基体,增强性能
(1)连续纤维
沿轴向有很高的强度和弹性模量。长度较长,直径范围:~14μm(束丝),95~140 μm(单丝)。
碳纤维:
碳纤维和石墨纤维的总称。
高强度、高弹性模量,优良的导热性和导电性,低膨胀系数,优异的高温力学性能
碳纤维的相对密度小,弹性模量高,而且在2500℃无氧气氛中也不降低。石墨纤维的耐热性和导电性比碳纤维高,并具有自润滑性。
碳纤维在高温下与金属有不同程度的界面反应,导致损伤碳纤维。
制备方法:有机纤维在惰性气体中,经高温碳化可以制成碳纤维和石墨纤维。在2000℃以下制得碳纤维,再经2500℃以上处理得石墨纤维。
硼纤维:
强度高,弹性模量大,耐高温性能好
在现代航空结构材料中,硼纤维的弹性模量绝对值最高
硼纤维的相对密度大,延伸率差,价格昂贵
硼纤维是用化学沉积的方法将还原生产的硼元素涂覆到钨和碳丝上面制得的