多层复合金属综述.doc

多层复合金属综述 金属基复合材料的成形加T. 汪群 (材冶学院材硕1104班) 摘要：金属基复合材料的发展极为迅速，应川越來越广泛。但由于金属基复合材料的缎 性差，成形困难，并且成形方血的研究相对较少，制约了金属基复合材料的应用及发展。 木文旨在介绍当今金属基复合材料成形丁 ?艺方面的研究进展，以推进成形工艺研究的进 展。 关键词：金属基复合材料：成形加工 1引言 金属基复合材料以其所具有的特性(高比强度、比模量，良好的导热、导电性、耐磨性 和高温性能以及尺寸稳定性，低膨胀系数等)被认为是极具发展前途的先进材料弓I。30多 年来，国内外关于金属基复合材料作了很人的研究，已具备了多种比较成熟的制备工艺， 如粉末冶金法、热等静压法、挤压铸造法、喷射沉积法、液态金属浸渗法、液态金属搅拌 法、反应自生成法等。但由于金属基复合材料的羽性差，而J1?对其的硏究相对较少，致使 成形工艺不够完善，制约了金属基复合材料的应用及发展。 2金属基复合材料介绍 2.1金属基复合材料的发展丿力程及硏究现状 20枇纪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，也开始进入其它丿应用领域。至 今,MMCs H成为继金属材料、无机非金属材料、高分子材料Z后的第四人类材料，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) 0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，日前以铝、镁、钛基发展较为成熟。增强体屮以SiC的使用量最人，远远超出了其 它复合材料；其次是A1203o增强体不同，制造成本也有很人不同。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价格居屮。 2. 2.金属复合材料的性能 2. 2.1结构性能 强度和刚度是结构皿川的两个最重要的特性。轴向性能，冇墨坏氧复合材料(Gr)的比强 度和比刚度远高于其它材料，Ti(f)和Al(f)的次Z。平面增强的Gr是(在平血内)准各向 同性的，且Gr比钛基复合材料(TMCs)廉价，比其它MMCs易得，注定了它是最人单向结构 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屮，易于获得，是最具竞争力的结构材料。MMCs越 來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. 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屮的微波元件封装。高的热导率是首要的性能，比热导率 是运动系统屮组件的一个非常重要的性能。CTE是热学管理屮第二重要的性能。 2.2.3用于粘密装置的性能 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，在运行时承受很人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。特定质量下具令更高的E/P值的材料具有更好的抗弹性挠曲的 能力。人的热导率能减小热梯度从而减小热诱导应力，所以增人X/a有利于减小热诱导 变形。 2. 2. 3耐磨性能 耐磨性能是MMCs的众多性能小很重要的一项。驶质增强颗粒的加入从木质上增强了基 体金属的耐磨性能。MMCs适于作耐磨材料，性价比更高，经济性能史好。 2. 3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。日前，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；丝状的有餌、披、硼、钢等。金属基复合材料按其增强材料 的儿何形态可划分为五类。 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暈轻且强度高的材料，纤维直径从3~150mm(晶须直径小于1 mm),纵横比(长度直径)在102以上。 短纤维增强金属基复合材料作为金属基复合材料增强体的短纤可分为天然纤维制品 和短切纤维。天然纤维主要是一些植物纤维和菌类纤维索等，长度一般为35?150 mm；短 切纤维一般是由连续纤维(长