金属基复合材料.ppt

纤维含量越高，其拉伸强度的变化。 硼-铝复合材料的耐高温性突出。 第28页，共66页，2022年，5月20日，11点49分，星期六 硼-铝复合材料中由于纤维的纵向热膨胀系数与基体的热膨胀系数差别较大，因此在界面会产生较高的残余应力。 第29页，共66页，2022年，5月20日，11点49分，星期六 Bf／Al复合材料的制造 复合材料的制造包括将复合材料的组分组装并压合成适于制造复合材料零件的形状。 常用的工艺有两种: 一、纤维与基体的组装压合和零件成型同时进行; 二、先加工成复合材料的预制品，然后再将预制品制成最终形状的零件。 前一种工艺类似于铸件，后一种则类似于先铸锭然后再锻成零件的形状。 第30页，共66页，2022年，5月20日，11点49分，星期六 Cf／Al复合材料 碳纤维密度小，具有优异的力学性能，是目前可作金属基复合材料增强物的高性能纤维中价格最便宜的一种，它们与很多种金属基体复合，制成了高性能的金属基复合材料。 但是由于碳(石墨)纤维与液态铝的浸润性差，高温下相互之间又容易发生化学反应，生成严重影响复合材料性能的化合物。人们采取了多种纤维表面处理方法来解决这个问题，比如在碳纤维表面镀铬、铜等。 第31页，共66页，2022年，5月20日，11点49分，星期六 碳纤维对复合材料的力学性能影响很大。 表5-10是液态金属浸渍法制备的碳纤维增强铝合金的拉伸强度。最后一项是碳与铝反应产物的数量。表中前4种纤维都是经高温石墨化处理的石墨纤维，它们与铝的反应产物Al4C3的量较少，拉伸强度较高。最后一种纤维是未经高温石墨化处理的碳纤维，它与铝的反应产物Al4C3的量很高，其拉伸强度大大下降。因此，未经高温石墨化处理的碳纤维是不适宜作铝基体的增强物，除非经过表面处理。 第32页，共66页，2022年，5月20日，11点49分，星期六 （2）短纤维增强铝基复合材料 与长纤维相比，短纤维增强铝基复合材料具有增强体来源广、价格低、成形性好等优点，可采用传统的金属成形工艺如铸、锻、挤、轧等，而且材料的性能是各向同性的。 可用做铝基复合材料增强物的短纤维有氧化铝、硅酸铝和碳化硅等。 第33页，共66页，2022年，5月20日，11点49分，星期六 氧化铝和硅酸铝短纤维增强铝基复合材料的室温拉伸强度并不比基体合金高，但它们的高温强度明显优于基体，弹性模量在室温和高温都有较大的提高，热膨胀系数减小，耐磨性能得到改善。 第34页，共66页，2022年，5月20日，11点49分，星期六 纤维增强复合材料的强度和刚性与纤维方向密切相关。 纤维无规排列时，能获得基本各向同性的复合材料。均一方向的纤维使材料具有明显的各向异性。纤维采用正交编织，相互垂直的方向均具有好的性能。纤维采用三维编织，可获得各方向力学性能均优的材料。 纤维在基体中的不同分布方式 第35页，共66页，2022年，5月20日，11点49分，星期六 * 层状复合材料 层状复合材料是指在基体中含有多重层片状高强高模量增强物的复合材料。 这种材料是各向异性的(层内两维同性)。如碳化硼片增强钛、胶合板等。 层状陶瓷复合材料断口形貌 三明治复合 第36页，共66页，2022年，5月20日，11点49分，星期六 双金属、表面涂层等也是层状复合材料。 结构层状材料根据材质不同，分别用于飞机制造、运输及包装等。 有TiN涂层的高尔夫球头 层状复合 铝合金蜂窝夹层板 第37页，共66页，2022年，5月20日，11点49分，星期六 3、颗粒(晶须)增强铝基复合材料 主要使用的有SiC、Al2O3颗粒(晶须)增强铝基复合材料。 SiC颗粒(晶须)增强铝基复合材料具有良好的力学性能和耐磨性能。随着SiC含量的增加，其热膨胀系数降低，并低于基体。这些复合材料的韧性低于基体，但高于连续纤维增强铝基复合材料，而且其刚度比基体提高很多。由于SiC的硬度很高，使得这种复合材料的硬度大大提高，其耐磨性也相应大大提高。 第38页，共66页，2022年，5月20日，11点49分，星期六 复合材料的拉伸强度和弹性模量比基体高，且随着SiC晶须含量的增加，其拉伸强度和弹性模量均有较大升高。 第39页，共66页，2022年，5月20日，11点49分，星期六 第40页，共66页，2022年，5月20日，11点49分，星期六 在铝合金中加入脆性的SiC颗粒或晶须，其断裂韧性下降很多。 颗粒：particle 晶须：whiske