第七章 金属基复合材料的性能.ppt

第7章 金属基复合材料的性能 图7-13为TiC颗粒增强钛基复合材料（TP-650）在不同试验温度下的强度与延伸率关系曲线。 1）SiCW/Al复合材料的弹性模量 SiC晶须的加入，可以明显提高复合材料的弹性模量和强度。表7-12给出了采用粉末冶金法制备的SiCw/Al复合材料的室温拉伸性能。 20世纪80年代初，日本Toyota公司和Art Metal公司利用挤压铸造技术制备了氧化铝短纤维局部增强AC8A铝活塞，使活塞环槽区的耐磨性能明显改善；AC8A铝合金用Vf=5%～7%的氧化铝短纤维增强后，其耐磨性比高镍奥氏体铸铁高70%。 该复合材料在不同温度下的拉伸断裂强度、延伸率的测量结果如表7-20。从表中可以看出，随着拉伸温度的升高，复合材料的延伸率增加，塑性提高。在高温下，复合材料的强度随纤维体积分数的增加而增加，高温性能良好。当纤维的含量为30%时，300℃时的断裂强度仍有214MPa，相当于基体合金的两倍以上。 7.4.2 短纤维增强锌基复合材料 表7-21为锌合金与锌基复合材料的拉伸强度。由表可以看出，复合材料的常温拉伸强度比基体合金略有下降。 7.4.5 短纤维增强镁基复合材料 未增强镁合金的性能在100～150℃以上便显著降低。加入增强体可显著改进基体合金的高温性能。 复合材料的高温性能与基体合金的种类有关。对压铸20%SaffilAl2O3短纤维增强CP—Mg、AZ9l和QE22镁基复合材料，基体合金对镁基复合材料的高温性能有显著影响，如图7-16所示。 7.5 长纤维增强金属基复合材料 连续纤维增强金属基复合材料的比强度、比模量均比未加增强体的基体材料显著提高，延伸率明显下降，高温强度明显提高，断裂韧性有所降低，当界面结合好时，金属基复合材料的疲劳性能较好。纤维增强金属基复合材料的典型性能如表7-24所示。 影响纤维增强金属基复合材料力学性能的因素有基体种类、纤维种类、纤维横截面形状、纤维体积分数、纤维取向、界面结合状态、制备工艺等。图7-17反映硼纤维在不同取向下、体积分数为10%时、增强镁基复合材料的应力-应变曲线。 SiC/Al复合材料的高温力学性能示于表7-25。 7.5.1 碳纤维增强铝基复合材料 碳纤维增强铝基复合材料具有密度小，比强度、比模量高，导电导热性好，高温强度及高温下尺寸稳定性好等优点，在许多领域特别是航天航空领域得到广泛应用。 表7-27为碳纤维增强铝基复合材料力学性能，该复合材料具有高强度和高模量，其密度小于铝合金，模量却比铝合金高2～4倍，因此用复合材料制成的构件具有重量轻、刚性好、可用最小的壁厚做成结构稳定的构件，提高设备容量和装载能力，可用于航天飞机、人造卫星、高性能飞机等方面。 7.5.2 碳纤维增强银基复合材料 电触头材料要求具有良好的导电性，抗熔焊与耐磨损(电磨损、机械磨损)等性能。这类材料主要是以银为基体的复合材料。通常采用粉末冶金法把具备良好导电性、化学稳定性的组成(银)与高熔点、抗磨的组成配制并经烧结而成。如银-石墨、银-钨、银-氧化锌等都是常用的触头材料。 碳纤维不仅强度与弹性模量高，并且具备一定的导电导热性。采用碳纤 维作为触头材料的一个增强组成，通过正确选用复合工艺，同时提高触头的电性能与力学性能，使用寿命可大大延长。 表7-28为银触头材料的物理性能。银-碳纤维3其含银量与银-石墨5相等。在电阻率相同情况下，硬度却高得多。与银-氧化锌相比，两者硬度相等，但银-碳纤维3电阻率却较小。 表7-29为银-碳纤维3与银-石墨5的电寿命试验结果，配对的动触头都采用银-氧化锌，从表中可见，银-碳纤维3的电磨损远小于银-石墨5。 7.5.3 碳纤维增强铜基复合材料 碳纤维-铜复合材料由于既有铜的良好的导电、导热性能，又有碳纤维的自润滑，抗磨、低的线胀系数等特点，从而应用于滑动电触头材料、电刷、电力半导体支撑电极、集成电路散热板等方面。例如集成电路装置的绝热板(Al2O3)里面固定着散热板，一般用高传导材料制造(银、铜)，但其与绝热板的线胀系数差别大，易弯曲，使绝热板断裂。可通过调节碳纤维含量、分布方式，使碳纤维-铜复合材料的线胀系数接近Al2O3，制成绝热板就不易断裂。 图7-23为碳纤维-铜复合材料线胀系数随纤维含量、分布方式的变化情况，可见复合材料线胀系数可在较大范围内调节。 7.5.4碳纤维增强铅基复合材料 金属铅具有密度大，抗辐照，耐强酸腐蚀等特性，有比较广泛的用途，如工业中的铅酸蓄电池。但铅的力学性能偏低(纯铅σb=25 MPa)，在应用上受到限制，有时不得不加大尺寸、增加重