金属基复合材料 (3)精选文档.ppt

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1、金属基复合材料本讲稿第一页，共十七页前言前言金属基复合材料与树脂基复合材料相比，具有工作温度高，横向机械性能好，层间剪切强度高，耐磨损，导电和导热，不吸湿，不老化，尺寸稳定，可采用金属的加工办法等优点，引起了人们的广泛重视。于是这节课我们的主要目的是了解一下有关金属基复合材料的知识本讲稿第二页，共十七页金属基复合材料的类型金属基复合材料可分为两大类：一，按用途分：结构用和功能用.结构用金属基复合材料根据使用的温度范围又可分为低温、中温、高温三类；功能复合材料是除具有某些特殊功能特性外，还有一定力学性能要求的符合材料；二，按增强材料的种类.金属基复合材料可分为连续纤维增强、非连续增强体增强和不同

2、金属板的积层复合三类.本讲稿第三页，共十七页扩张阅读扩张阅读 金属基粒子复合材料又称金属基粒子复合材料又称金属基粒子复合材料又称金属基粒子复合材料又称金属陶瓷金属陶瓷金属陶瓷金属陶瓷，是由钛、镍、钴、铬等金属与碳是由钛、镍、钴、铬等金属与碳是由钛、镍、钴、铬等金属与碳是由钛、镍、钴、铬等金属与碳化物、氮化物、氧化物、硼化物化物、氮化物、氧化物、硼化物化物、氮化物、氧化物、硼化物化物、氮化物、氧化物、硼化物等组成的非均质材料。等组成的非均质材料。等组成的非均质材料。等组成的非均质材料。碳化物金属陶瓷作为工具材料已碳化物金属陶瓷作为工具材料已被广泛应用，称作被广泛应用，称作硬质合金硬质合金硬质合金

3、硬质合金。硬质。硬质合金通常以合金通常以CoCo、NiNi作为作为粘结剂粘结剂粘结剂粘结剂，WCWC、TiCTiC等作为强化相。等作为强化相。硬质合金组织硬质合金组织(Co+WC)硬质合金铣刀硬质合金铣刀硬质合金铣刀硬质合金铣刀本讲稿第四页，共十七页金属基复合材料的制造技术金属基复合材料的制造技术直接涂覆法直接涂覆法用于制造长纤维复合材料，系将基体涂于纤维上而得，一般只能制造半成品复合丝或无纬带。在实验室中直接涂覆法常被用来制造供基础研究用的材料。进行涂覆前，纤维（如碳纤维）必须脱胶和出去污染物。直接涂覆通常在较低温度下进行，或者虽然温度很高，但纤维与基体在高温下接触的时间极短，因而不必担心他

4、们之间发生严重的化学反应的危险。直接涂覆法可分为：等离子喷涂法、离子涂覆法、电镀和化学镀法、化学气相沉积法。本讲稿第五页，共十七页等离子喷涂等离子喷涂等离子喷涂等离子喷涂纤维纤维纤维纤维/基体箔材先驱（预制）带（板）：基体箔材先驱（预制）带（板）：基体箔材先驱（预制）带（板）：基体箔材先驱（预制）带（板）：纤维定向定间距缠绕纤维定向定间距缠绕 等离子喷涂基体粉末定位。等离子喷涂基体粉末定位。本讲稿第六页，共十七页液态法液态法是基体在液态下制造金属基复合材料的所有方法的总称.分为：一、连续浸渍法。（只适用于长纤维）二、铸造法又可分为：（1）、真空压力铸造法；（2）复合铸造法；（3）液态模锻法；（

5、4）共喷法。本讲稿第七页，共十七页固态法固态法可分为：一、扩散粘结法（又称扩散焊接和热压，是金属基复合材料的重要制造方法之一）可以用其处理半成品，也可以直接用来制造金属基复合材料。二、粉末冶金法（原则上可以用来制造各类增强体增强的金属基复合材料，但主要用它制造非连续增强复合材料，特别是晶须和颗粒复合材料及他们的小尺寸的零件）：三、压力加工法；四、爆炸焊接法（特点是作用时间极短，材料几乎不加热）。本讲稿第八页，共十七页粉末冶金工艺过程粉末冶金工艺过程原料粉末原料粉末原料粉末原料粉末其它添加剂其它添加剂其它添加剂其它添加剂热压热压 松装烧结松装烧结 粉浆烧注粉浆烧注混合混合压制压制等静压制等静压制

6、 轧制轧制 挤压挤压烧结烧结烧结烧结浸适浸适 热处理热处理 电镀电镀预烧结预烧结高温烧结高温烧结 复压复压锻打锻打复烧复烧拉丝拉丝烧缩烧缩精整精整锻造锻造 轧制轧制 挤压挤压 烧结烧结（浸油）（浸油）热处理热处理粉末冶金成品粉末冶金成品本讲稿第九页，共十七页某些金属基复合材料的基本性能一、硼/铝复合材料；二、其他长纤维增强金属基复合材料的性能本讲稿第十页，共十七页一一 硼铝复合材料硼铝复合材料硼纤维极高强度的共价结合，铝是被选用最广的基体材料。硼硼纤维极高强度的共价结合，铝是被选用最广的基体材料。硼-铝复合铝复合材料在研究上很重视。材料在研究上很重视。硼铝的弹性模量接近各向同性，非轴向强度也较

7、高，横向抗拉强度和硼铝的弹性模量接近各向同性，非轴向强度也较高，横向抗拉强度和剪切强度大约与铝合金基体的强度相等。比树脂基材料可能达到的强剪切强度大约与铝合金基体的强度相等。比树脂基材料可能达到的强度要高得多。度要高得多。硼硼铝复合材料还具有高的导电件和导热性、塑性和韧性、耐磨性、铝复合材料还具有高的导电件和导热性、塑性和韧性、耐磨性、可涂复性、连接性、成型性和可热处理性及不可燃性。高温性能和可涂复性、连接性、成型性和可热处理性及不可燃性。高温性能和抗湿能力对于工程结构的耐久性也常常是重要的。抗湿能力对于工程结构的耐久性也常常是重要的。本讲稿第十一页，共十七页成成 型型 硼硼铝复合材料的成型涉

8、及到它的组分铝复合材料的成型涉及到它的组分强而近于强而近于脆性的纤维和软而延性的铝。脆性的纤维和软而延性的铝。纤维在室温拉伸实验时具有完全纤维在室温拉伸实验时具有完全弹性的弹性的弹性的弹性的应力应力应变特应变特性，在高温下具有很高的抗蠕变能力，不会有什么塑性延性，在高温下具有很高的抗蠕变能力，不会有什么塑性延伸。伸。由于纤维对复合材料的束缚，使得材料的最大轴向由于纤维对复合材料的束缚，使得材料的最大轴向断裂延伸率小于断裂延伸率小于1，致使零件的加工制造在很多情况下是，致使零件的加工制造在很多情况下是在复合材料热压过程中用易于弯曲的预制板加工成最终形状在复合材料热压过程中用易于弯曲的预制板加工成

9、最终形状的。的。本讲稿第十二页，共十七页硼硼铝复合材料的研究的主要内容：铝复合材料的研究的主要内容：(1)研制强度高、刚性大、重量轻的构件，这在航空航天研制强度高、刚性大、重量轻的构件，这在航空航天领域中显得尤为重要。领域中显得尤为重要。(2)改进大型构件的制造技术，研制可靠耐用的材料及构改进大型构件的制造技术，研制可靠耐用的材料及构件。件。(3)改进硼改进硼铝复合材料的制造应用技术，促使其成本尽铝复合材料的制造应用技术，促使其成本尽可能降低。可能降低。本讲稿第十三页，共十七页增强纤维增强纤维增强纤维增强纤维 对增强纤维的主要要求是比模量高、比强度高、性能重复性好、价对增强纤维的主要要求是比模

10、量高、比强度高、性能重复性好、价格低以及易于制造成复合材料。格低以及易于制造成复合材料。玻璃纤维玻璃纤维强度较高价格低廉，但它的模量低易与铝起反应。强度较高价格低廉，但它的模量低易与铝起反应。氧化铝纤维氧化铝纤维的比模量和比强度较低且价格昂贵。的比模量和比强度较低且价格昂贵。碳化硅纤维碳化硅纤维与铝的反应比硼小，并已作为硼纤维的涂层使用但其密与铝的反应比硼小，并已作为硼纤维的涂层使用但其密度比硼高度比硼高30、且强度较低。、且强度较低。-钛合金钛合金Ti-6Al-4V的冷拉丝材和沉淀硬化钢的冷拉丝材和沉淀硬化钢“火箭火箭”丝丝NS355，内于密度大而在比强度和比模量上难以与硼相比。内于密度大而

11、在比强度和比模量上难以与硼相比。本讲稿第十四页，共十七页 硼纤维硼纤维是用化学气相沉积法由钨底丝上用氢还原三氯化硼制成的。将钨丝是用化学气相沉积法由钨底丝上用氢还原三氯化硼制成的。将钨丝电阻加热到电阻加热到11001300并连续拉过反应器以获得一定厚度的硼沉积并连续拉过反应器以获得一定厚度的硼沉积层这样便在钨丝上沉积了颗粒状的无定形硼。层这样便在钨丝上沉积了颗粒状的无定形硼。目前大量供应的纤维有目前大量供应的纤维有100um和和140um两种直径，有的纤维带有两种直径，有的纤维带有2um厚厚的的碳化硅涂层碳化硅涂层碳化硅涂层碳化硅涂层，其目的是为了改进纤维的抗氧化性能。，其目的是为了改进纤维的

12、抗氧化性能。140um硼纤维的室硼纤维的室温密度为温密度为2.55gcm3。本讲稿第十五页，共十七页金属基复合材料的应用一、硼/铝复合材料的强度和弹性模量高、密度小、导热好、膨胀系数低、使用温度高，是最先应用的纤维增强金属基复合材料；二、碳/铝和碳/镁复合材料具有比强度和比模量高、尺寸稳定性好等优异性能，能经受住宇宙航天过程中的严酷的环境条件，因此首先是航天构件的理想材料；三、碳化硅纤维增强金属基复合材料由于其高的比强度和比模量，首先用作飞机、导弹和发动机的高性能结构材料；四、非连续增强金属基复合材料制备工艺简单、成本低，他们的开发应用受到人们的普遍重视，特别在民用工业部门的应用有着广阔的前景！本讲稿第十六页，共十七页谢谢观赏！谢谢观赏！本讲稿第十七页，共十七页