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分析说明金属基复合材料的应用前景及其发展趋势 江苏大学 材料学院 复合材料1102 赵明 3110706049 内容摘要 金属基复合材料( M MCs) 问世至今已有 30 余年。M MCs 的耐温性较高, 力学性能( 特别是刚度) 比一般金属的好, 此外它还具有导电性以及在高真空条件下不释放小分子的特点, 克服了树脂基复合材料在航宇领域中使用时存在的缺点, 因此受到航空航天部门的青睐。然而, 尽管 MM Cs 在航天飞机以及其他一些尖端技术中已经获得应用, 但用量很小, 不足以推动其发展。近年来虽然努力在民用领域寻找机遇, 但终因成本偏高而缺乏与金属等其他传统材料竞争的优势。目录 一.金属基复合材料制备技术 3 1.1各种制备方法简评............................................................................................................. 3 1.2几种新工艺的发展前景 3 二.金属基复合材料的应用 4 三. 金属基复合材料的再生和回收 5 参 考 文 献 6 一、金属基复合材料制备技术 各种制备方法简评 MMCs 通常按增强体的形式分类, 如连续纤维增强、短纤维或晶须增强、颗粒增强以及片层叠合等。由于连续纤维增强的 MM Cs 必须先制成复合丝或复合片等先驱体, 工艺复杂而成本高, 因此除了极少量有特殊要求的零件(如航天飞机的结构梁)采用外,目前尚看不到有扩大应用的可能性。本文着重叙述的是颗粒、短纤维或晶须等非连续增强体的 MM Cs, 其中, 颗迄今, 已开发出不少非连续增强体MMCs的制备方法,见表1孔率还制作了施加负压的装置;在工艺条件上则研究几种新工艺的发展前景 比较新颖而有发展前景的工艺是原位反应复合、无压浸渗和真空压力浸渍法成型当然,仍需对这些方法进行更多的研究, 以克服其中的缺点并进一步发挥其优势( 1)原位反应复合法。高温性能,尤其在600高温下经1000h仍能保持约300 MPa 的弯曲强度,这是目前各种钛合金不能比拟的研究试验还表明,添加较多石墨成分可生成等轴的T iC粒子,有助于改善这类 MM Cs 的力学性能。从上述例子可以看出, 原位反应复合法是值得研究开发的MM Cs制备方法。尤其是当前纳米复合材料正成为研究的热点,为了防止纳米相的团聚和纳米晶体的长大,采用原位反应生成纳米尺度的增强相是一种有效的途径。( 2)无压浸渗法。无压浸渗法利用物体的表面能, 通过毛细作用将金属熔体吸入由增强体构成的预成型体中。由于液态(金属熔体) 和固态相(增强体) 的表面张力不同, 所以必须选择能相互浸润的匹配体系(即界面接触角小的体系) , 因而原材料的选择受到较大的限制。但是从工艺角度来看, 这种方法是成本最低的。最近有报道称,利用无压浸渗法制备了SiC/Al复合体系,其关键是增强体需经合适的表面处理以改善其浸润性。] ( 3)真空压力浸渍法采用真空压力浸渍法时,先将放入模具内的增强预成型体抽真空, 然后施加 5~ 10M Pa 的压力将熔融的金属液体压入模具内复合, 冷却后得到制件。该方法虽然存在设备昂贵及工件尺寸有限的缺点, 但对小型制件而言, 却有不少可取之处, 因为除了有前述的增强体的 V f 范围大、制品质量好的优点外, 还可以实现近似无余量成型, 特别适合于复杂精密的制件。 尽管 M MCs 目前尚未获得大规模应用, 但它具有耐温较高、抗磨性好、力学性能一般比基体金属高、热膨胀系数比基体金属小、导热率较高, 以及所有性能均可在一定范围内加以设计等特点, 所以必定存在着能充分发挥其性能优势的应用领域。21世纪是信息时代, 在信息技术领域中, 集成电路的集成度将不断提高, 而其散热问题已成为制约集成度提高的关键因素, 因此需要寻找具有高导热系数的材料作为封装的基材, 但是这种材料还要同时满足与电路硅片及其绝缘陶瓷基板的热膨胀系数( CET3 !~ 7 !)相匹配的要求, 否则会因热失配形成为残余应力而损坏电路。] 汽车工业是国家标志性产业之一, 所以在内燃机引擎中推进M MCs的应用一直是研究人员的努力方向。例如,日本投入很大力量研制M MCs的活塞、缸套、连杆和销钉以及其他一些零部件, 主要是想利用铝基 M MCs的耐热性和耐磨性比铝合金好以及力学性能较高的特点。如果活塞顶部及环槽的局部用氧化铝( 或莫来石) 短纤维增强铝 M MCs 制造, 就能大大改善活塞环对活塞槽的磨损, 活塞顶的耐热性能也有所提。从实际应用的角度看, 虽然日本报道已有小批量生产,但迄今仍因存在成本高的问题而未能大幅度发。由于防止环境污染的问题越来