金属基复合材料论文.doc

湖南农业大学课程论文 学 院：理学院 班 级：12级材料化学一班 姓 名：翦磊 学 号：座机电话号码2118 课程论文题目：新型复合材料的研究进展——金属基复合材料 课程名称：复合材料原理 评阅成绩： 评阅意见： 成绩评定教师签名： 期： 年 月 日 新型复合材料的研究进展 ——金属基复合材料 学生：翦磊 （理学院 12级材料化学一班 学号：座机电话号码2118） 摘要：随着世界航天工业的蓬勃发展，迫切需求具有高比强度的结构材料。于是在60年代开始开发的、在当时并不引人注目的金属基复合材料（MMC）重新提上开发日程 关键词：金属基复合材料 分类 性能 应用 制备 发展趋势 什么是金属基复合材料 1.1金属基复合材料的简介 复合材料是继天然材料，加工材料和合成材料之后发展起来的新一代材料。按通常的说法，复合材料是指两种或两种以上不同性质的单一材料，通过不同的复合方法所得到的宏观多相材料。随着现代科学技术的迅猛发展，对材料性能的要求日益提高。常希望复合材料即具有良好的综合性能，又具有某些特殊性能。金属基复合材料是近年来迅速发展起来的高性能材料之一，对促进世界各国军用和民用领域的高科技现代化，起到了至关重要的作用。相信随着科学技术的不断发展，新的制造方法的出现，高性能增强物价格的不断降低，金属基复合材料在各方面将有越来越广阔的应用前景。 1.2金属基复合材料的发展历史及研究现状 20世纪60年代为满足发展高性能武器装备的军事需要，人们开始对金属基复合材料 MMCs 进行研究和开发。70年代末，军事领域也开始强调经济性和风险性，政府军事采购的数量明显减少，使得高性能MMCs的开发和应用变得相当困难。80 年代，成本低、加工性能好的非连续增强MMCs出现，使MMCs的研发复兴，也开始进入其它应用领域。至今,MMCs已成为继金属材料、无机非金属材料、高分子材料之后的第四大类材料，应用前景广阔。MMCs除了具有基体金属或合金具备的良好的导热、导电性能，抗苛刻环境能力，抗冲击、抗疲劳性能和断裂性能以外，MMCs还具有高强度、高刚度，出色的耐磨性能和更低的热膨胀系数 CTE 。基体材料的改变，增强体材料、尺寸、形状和基体材料的改变，增强体材料、尺寸、形状和分布的几乎没有穷尽的组合，使MMCs具有多样性。众多基体中，目前以铝、镁、钛基发展较为成熟。增强体中以SiC的使用量最大， 远远超出了其它复合材料；其次是Al2O3。增强体不同，制造成本也有很大不同。连续纤维增强MMCs要比颗粒增强MMCs价格高很多，短纤维和晶须增强MMCs价格居中。 金属基复合材料的性能 2.1、结构性能 强度和刚度是结构应用的两个最重要的特性。轴向性能，石墨环氧复合材料 Gr 的比强度和比刚度远高于其它材料，Ti f 和Al f 的次之。平面增强的Gr是 在平面内 准各向同性的，且Gr比钛基复合材料 TMCs 廉价，比其它MMCs易得，注定了它是最大单向结构效率的首选材料。典型的结构件必须承受多向载荷，因此单向复合材料的应用受到限制。非连续增强MMCs的比强度和比刚度适中，易于获得，是最具竞争力的结构材料。MMCs越来越多地应用于那些断裂敏感的场合，并被实践证明完全可以满足使用要求。 2.2、热学管理性能 热学管理是MMCs的一项很重要的应用，应用范围很广，包括计算机处理器的芯片基片，功率半导体设备和远程通信中的微波元件封装。高的热导率是首要的性能，比热导率是运动系统中组件的一个非常重要的性能。CTE是热学管理中第二重要的性能。 2.3、用于精密装置的性能 像磁盘驱动器、录像头、原子力显微镜的载物台、机械臂、惯性引导系统、人造卫星天线、高速制造设备和推进系统，在运行时承受很大的热梯度和机械应力的同时还要保持严格的尺寸公差。对机械变形的抗力取决于材料的特性，比如刚度和密度，还有组件的几何形状和承受载荷的方式。特定质量下具有更高的E/ρ值的材料具有更好的抗弹性挠曲的能力。大的热导率能减小热梯度从而减小热诱导应力，所以增大λ/α有利于减小热诱导变形。 2.4、耐磨性能 耐磨性能是MMCs的众多性能中很重要的一项。硬质增强颗粒的加入从本质上增强了基体金属的耐磨性能。MMCs适于作耐磨材料，性价比更高，经济性能更好。 金属基复合材料的分类 金属基复合材料的增强体是一些不同几何形状的金属或非金属材料。目前，其增强相已有很多，重要的有氧化铝纤维、硼纤维、石墨 碳 纤维、SiC纤维、SiC晶须；颗粒型的有SiC、碳化硼、图化钛等；丝状的有钨、铍、硼、钢等。金属基复合材料按其增强材料的几何形态可划分为五类。 1 连续纤维增强金属基复合材料纤维增强金属基复合材料是利用无机纤维 或晶须 及金属细线等增强金属得到质量轻且强度高的材料，纤维直径从3～150mm 晶须直径小于1 m