第5章金属基复合材料.ppt

5.4 钛基复合材料 一、颗粒增强钛基复合材料 5.4 钛基复合材料 二、连续纤维增强钛基复合材料 5.4 钛基复合材料 三、钛基复合材料的应用 5.4 钛基复合材料 三、钛基复合材料的应用 5.5 镁基复合材料 5.5 镁基复合材料 5.5 镁基复合材料 5.5 镁基复合材料 5.5 镁基复合材料 5.5 镁基复合材料 5.5 镁基复合材料 5.6 镍基复合材料 基体主要有：纯镍、镍铬合金、镍铝合金。 5.6 镍基复合材料 5.6 镍基复合材料 5.6 镍基复合材料 5.6 镍基复合材料 复合材料 郭连贵 湖北工程学院化学与材料科学学院 石墨烯 第5章 金属基复合材料 多壁碳纳米管 5.1 金属基复合材料的种类和性能 金属基复合材料相对于传统的金属材料来说，具有较高的比强度与比刚度； 与树脂基复合材料相比，具有优良的导电性与耐热性； 与陶瓷基材料相比，具有高韧性和高冲击性能。 金属基复合材料（MMC）是以金属或合金为基体，以金属或非金属线、丝、纤维、晶须或颗粒为增强相的非均质混合物，共同点是具有连续的金属基体。 5.1 金属基复合材料的种类和性能 金属基复合材料的发展 1963年，NASA制备出钨丝增强Cu基复合材料，是纤维增强金属基复合材料的研究起点，SiC/Al,Al2O3/Al； 1978年B/Al复合材料在哥伦比亚航天飞机上应用； 1964年，Kraft通过共晶合金定向凝固制备出金属基复合材料，界面结合良好，Ni-Ni3Al，Ni-Ni3Si； 20世纪80年代，金属基复合材料迅速发展，开始注重颗粒、晶须和短纤维增强金属基复合材料，在汽车、体育用品等领域得到应用； 90年代后期，电子产品和技术迅速发展，低膨胀、高强度和高导热性的金属基复合材料在电子产品得到应用； 近年，功能和纳米金属基复合材料成为研究热点。 5.1 金属基复合材料的种类和性能 一、金属基复合材料的分类 铝基复合材料 镁基复合材料 钛基复合材料 镍基复合材料 铜基复合材料 基体 颗粒增强金属基复合材料 短纤维、晶须增强金属基复合材料 长纤维强金属基复合材料 层状复合材料 增强体 * 金属基粒子复合材料又称金属陶瓷，是由钛、镍、钴、铬等金属与碳化物、氮化物、氧化物、硼化物等组成的非均质材料。 碳化物金属陶瓷作为工具材料已被广泛应用，称作硬质合金。硬质合金通常以Co、Ni作为粘结剂，WC、TiC等作为强化相。 硬质合金组织(Co+WC) 硬质合金铣刀 * 纤维增强金属基复合材料 金属的熔点高，故高强度纤维增强后的金属基复合材料（MMC）可以使用在较高温的工作环境之下。 常用的基体金属材料有铝合金、钛合金和镁合金。 作为增强体的连续纤维主要有硼纤维、SiC和C纤维；Al2O3纤维通常以短纤维的形式用于MMC中。 MMC的SEM照片 * 按用途分类： 结构复合材料：高比强度、高比模量、尺才稳定性、耐热性等是其主要性能特点。用于制造各种航天、航空、汽车、先进武器系统等高性能结构件。 功能复合材料：高导热、导电性、低膨胀、高阻尼、高耐磨性等物理性能的优化组合是其主要特性，用于电子、仪器、汽车等工业。强调具有电、热、磁等功能特性 智能复合材料：强调具有感觉、反应、自监测、自修复等特性。 应当注意，功能复合材料和智能复合材料容易混淆。 5.1 金属基复合材料的种类和性能 二、金属基复合材料的性能特点 高比强度、比模量 良好的导热、导电性能 热膨胀系数小、尺寸稳定性好 良好的高温性能 良好的耐磨性 良好的断裂韧性和抗疲劳性能 不吸潮、不老化、气密性好 5.2 金属基复合材料的制造工艺 金属基复合材料工艺研究内容 金属基体与增强材料的结合和结合方式； 金属基体/增强材料界面和界面产物在工艺过程中的形成及控制； 增强材料在金属基体中的分布； 防止连续纤维在制备工艺过程中的损伤； 优化工艺参数，提高复合材料的性能和稳定性，降低成本。 5.2 金属基复合材料的制造工艺 　　根据各种方法的基本特点，把金属基复合材料的制备工艺分为四大类： (1) 固态法：扩散结合和粉末冶金； (2) 液态法：铸造法、压铸法、半固态复合铸造、液态渗透以及搅拌法和无压渗透法等； (3) 喷射与喷涂沉积法：等离子喷涂成型、喷射成型。 (4) 原位复合法：共晶合金定向凝固法、直接金属氧化法、反应自生成法。 * 连续增强相金属基复合材料的制备工艺 铝合金 — 固态、液态法 镁合金 — 固态、液态法 钛合金 — 固态法 高温合金 — 固态法 金属间化合物 — 固态法 碳纤维 硼纤维 SiC纤维 Al2O3纤维 …… * 不连续增强相金属基复合材料的制备工艺 铝合金 — 固态、液态、原位生长、喷射成型