材料科学与工程学导论6.ppt

金属基复合材料 概述 金属基复合材料除具有与树脂基复合材料相同的高强度、高 弹性模量和线膨胀系数小以外，还具有工作温度高、不易燃 烧、导电、导热、热稳定性好等特点。但这类材料存在密度 高、制作成本高、工艺复杂、增强材与基体间易发生化学反 应等缺点。 金属基复合材料包括长纤维增强、短纤维或晶须增强、颗 粒增强以及原位复合增强等。 金属基复合材料 长纤维增强金属基复合材料 1。硼/铝复合材料 硼纤维高温强度高，1500度时蠕变速率低。但高温氧化后 强度降低，所以一般在硼纤维表面涂覆一层SiC或B4C，防 止纤维表面氧化。 金属基复合材料 长纤维增强金属基复合材料 2。石墨/铝复合材料 这种材料具有导电性高、摩擦系数小和耐腐蚀等特点。利用 石墨纤维表面沉积Ti/Bi涂层技术，可改善石墨纤维与液态 铝的湿润性，有效控制铝与纤维的表面反应，提高复合材料 的性能。 金属基复合材料 长纤维增强金属基复合材料 3。石墨/镁复合材料 这种材料密度低、线膨胀系数为零，尺寸的稳定性好，是 金属基复合材料中具有最高比强度和比弹性模量的复合材 料。可在石墨纤维表面沉积TiB2，提高石墨纤维的润湿性。 金属基复合材料 长纤维增强金属基复合材料 3。碳化硅/钛复合材料 碳化硅纤维比强度高、比模量高，高温强度高，耐热、耐 氧化，与金属的反应小，润湿性好。这种复合材料的高温 强度高，主要应用于飞机发动机部件和涡轮叶片以及火箭 发动机箱体材料。 金属基复合材料 长纤维增强金属基复合材料 5。氧化铝/铝复合材料 氧化铝纤维在氧化气氛中稳定，能在高温下保持其强度、刚 度，且硬度高，耐磨性好。这种复合材料具有高强度和高刚 度，可用于汽车发动机活塞和其他发动机零件。 金属基复合材料 短纤维增强金属基复合材料 1。氧化铝/铝复合材料 2。碳化硅/铝复合材料 3。氧化铝/镍复合材料 金属基复合材料 颗粒增强金属基复合材料 2。碳化钛/钛复合材料 1。碳化硅/铝复合材料 1。颗粒增强金属间化合物复合材料 TiB2/NiAl、 TiB2/TiAl 金属基复合材料 原位复合材料 什么是复合材料？ 原位复合材料是采用定向凝固方法，使液态金属和合金 在有规则的温度梯度场中进行冷却凝固，金属基体自身 析出晶须或颗粒而得到的复合材料。 陶瓷基复合材料 陶瓷材料的晶体缺陷 什么是陶瓷基复合材料？ 在陶瓷基体中添加碳纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、 碳化硅晶须、氧化铝晶须、碳化硅颗粒和碳化钛颗粒， 所形成的复合材料称为陶瓷基复合材料。这些纤维的 加入可以大大提高陶瓷材料的强度和韧性。 陶瓷基复合材料 长纤维增强陶瓷基复合材料 1。碳/陶瓷基复合材料 这种复合材料具有很高的高温强度、弹性模量和较高的韧 性。碳纤维增强的氮化硅陶瓷可在1400度以上的高温下 长期工作；碳纤维增强的石英陶瓷复合材料，冲击韧性比 烧结石英陶瓷高40倍、抗弯强度大5－12倍。可承受 1200－1500度高温气流的冲击。 陶瓷基复合材料 长纤维增强陶瓷基复合材料 2。碳化硅/陶瓷基复合材料 碳化硅纤维可与多重陶瓷，如碳化硅陶瓷、氧化铝陶瓷、 氧化锆陶瓷等复合。碳化硅纤维通常采用CVD制备。利用 碳化硅纤维强化的碳化硅陶瓷，其断裂韧性提高5－6倍， 抗弯强度提高50％以上，且基体与纤维之间的结合性能 良好。 陶瓷基复合材料 长纤维增强陶瓷基复合材料 3。碳/碳复合材料 这种材料是将碳纤维用聚合物浸润，固化成型后，在无 样条件下，高温裂解树脂，得到碳/碳复合材料。碳/碳 复合材料的强度和刚度都相当好，能承受极高的温度和 极高的加热速度，高温力学性能比低温时还好，是目前 使用温度最高的复合材料。 陶瓷基复合材料 短纤维及晶须增强陶瓷基复合材料 1。碳/玻璃陶瓷基复合材料 晶须：SiC、Si3N4、Al2O3晶须。 2。晶须/陶瓷基复合材料 基体：Si3N4、Al2O3、ZrO2、SiO2、莫来石等。 陶瓷基复合材料 颗粒增强陶瓷基复合材料 1。氧化锆/陶瓷基复合材料 利用ZrO2相变增韧原理，提高陶瓷的断裂韧性。利用ZrO2 增韧的氧化Al2O3陶瓷，其断裂韧性可提高1。4倍。 2。氧化钇/陶瓷基复合材料 * * 第六章：复合材料 复合材料的基本理论 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 本章主要内容 复合材料概述 什么是复合材料？ 复合材料是由两种或两种以上物理、化学、 力学性能不同的物质，经人工组合而成的多 相固体材料。 复合材料的种类 复合材料 结构复合材料 功能复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料 树脂基复合材料 水泥基复合材料 导电导磁复合材料 阻尼吸声复合材料 屏蔽功能复合材料 摩擦磨损复合材料 复合材料的性能特点 比强度和比弹性模量高 抗疲劳与断裂安全性能好 良好的减震性能 良好的高温性能 大量的增强纤维对裂纹的扩展