MMC1-复合材料概述.pdf

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1、先进金属基复合材料先进金属基复合材料先进金属基复合材料先进金属基复合材料凝固技术国家重点实验室凝固技术国家重点实验室2006.8.2胡锐上课时间上课时间上课时间上课时间：5 5-1010周（共周（共周（共周（共6 6周，周，周，周，2424学时）学时）学时）学时）周二、周二、周二、周二、5 5-6 6 节节节节,周四、周四、周四、周四、1 1-2 2节节节节地点地点地点地点：12#41112#411考核办法考核办法考核办法考核办法：考查：考查：考查：考查注意事项注意事项注意事项注意事项于化顺，金属基复合材料及其制备技术，化学工业于化顺，金属基复合材料及其制备技术，化学工业出版社，出版社，200

2、62006年第年第1 1版版于春田于春田 主编，金属基复合材料主编，金属基复合材料.冶金工业出版社，冶金工业出版社，19951995年第年第1 1版版张国定，赵昌正张国定，赵昌正 编著，金属基复合材料编著，金属基复合材料.上海交通大上海交通大学出版社，学出版社，1996.7 1996.7 第第1 1版版T.W.T.W.克莱因，克莱因，P.J.P.J.威瑟斯威瑟斯 著，余永宁，房志刚著，余永宁，房志刚 译译.金金属基复合材料导论属基复合材料导论.冶金工业出版社，冶金工业出版社，19961996年年 第第1 1版版参考书目参考书目参考书目参考书目主要内容主要内容主要内容主要内容复合材料概况及复合理

3、论复合材料概况及复合理论复合材料概况及复合理论复合材料概况及复合理论复合材料的界面特征与增强材料复合材料的界面特征与增强材料复合材料的界面特征与增强材料复合材料的界面特征与增强材料金属基复合材料的制造与加工金属基复合材料的制造与加工金属基复合材料的制造与加工金属基复合材料的制造与加工金属基复合材料力学性能的评价方法金属基复合材料力学性能的评价方法金属基复合材料力学性能的评价方法金属基复合材料力学性能的评价方法典型金属基复合材料的研究现状典型金属基复合材料的研究现状典型金属基复合材料的研究现状典型金属基复合材料的研究现状金属基复合材料的前景展望金属基复合材料的前景展望金属基复合材料的前景展望金属

4、基复合材料的前景展望凝固技术国家重点实验室凝固技术国家重点实验室如果说材料是一门科学，那么复合材料就是科学中的艺术。如果说材料是一门科学，那么复合材料就是科学中的艺术。第一讲第一讲第一讲第一讲 复合材料概述复合材料概述复合材料概述复合材料概述复合材料介绍复合材料介绍复合材料介绍复合材料介绍复合材料的历史及发展现状复合材料的历史及发展现状复合材料的历史及发展现状复合材料的历史及发展现状复合材料的分类及命名复合材料的分类及命名复合材料的分类及命名复合材料的分类及命名金属基复合材料的发展史、种类及特性金属基复合材料的发展史、种类及特性金属基复合材料的发展史、种类及特性金属基复合材料的发展史、种类及特

5、性凝固技术国家重点实验室凝固技术国家重点实验室“由两种以上不同的原材料组成，并使原材料的性能得到充分发由两种以上不同的原材料组成，并使原材料的性能得到充分发挥，通过复合化而得到单一材料所不具备的性能。挥，通过复合化而得到单一材料所不具备的性能。”（岛村昭（岛村昭治治.未来拓先端材料，工业调查会，未来拓先端材料，工业调查会，1982 1982）?“把一些个体典型或基本的特性组合，而得到的物质。把一些个体典型或基本的特性组合，而得到的物质。”（余永（余永宁宁 等译等译.金属基复合材料导论，北京，冶金工业出版社，金属基复合材料导论，北京，冶金工业出版社，1996 1996）?“由两种以上异质、异形、

6、异性的材料复合而成的新型材料。由两种以上异质、异形、异性的材料复合而成的新型材料。”（吴人洁，复合材料，天津大学出版社，（吴人洁，复合材料，天津大学出版社，20002000）一、复合材料介绍一、复合材料介绍一、复合材料介绍一、复合材料介绍复合材料的定义复合材料的定义复合材料的定义复合材料的定义复合材料是由两种或两种以上的材料通过复合工艺复合材料是由两种或两种以上的材料通过复合工艺复合材料是由两种或两种以上的材料通过复合工艺复合材料是由两种或两种以上的材料通过复合工艺组合而成的一种多相材料，其性能明显优于原材料。组合而成的一种多相材料，其性能明显优于原材料。组合而成的一种多相材料，其性能明显优于

7、原材料。组合而成的一种多相材料，其性能明显优于原材料。钢筋混凝土 典型的复合材料木材、竹子，骨骼 复合结构，是复合材料吗？?“经过一定的操作，将复数个原材料合体，或者是由复数个经过一定的操作，将复数个原材料合体，或者是由复数个相生成，且具有比原材料优异的性能。相生成，且具有比原材料优异的性能。”（香川（香川 丰，八田博志丰，八田博志.基复合材料，承风社，基复合材料，承风社，1990 1990）复合材料复合材料至少包括两种独立的不相同的化学相至少包括两种独立的不相同的化学相。复合材料的复合材料的性能取决于每种组分相及其相应的含量性能取决于每种组分相及其相应的含量。复合材料的组分相必须有复合材料的

8、组分相必须有重复的几何形状重复的几何形状，这样在，这样在相当大的范围内可以把材料看成是均匀的。相当大的范围内可以把材料看成是均匀的。所制成的复合材料所制成的复合材料具有单个组分所没有的优良性能具有单个组分所没有的优良性能。复合材料的组分是人们有意选择和设计的，是一类复合材料的组分是人们有意选择和设计的，是一类性能可以设计的性能可以设计的新型材料。新型材料。复合材料是复合材料是人工制造的人工制造的。然而，木材、竹子、骨骼。然而，木材、竹子、骨骼具有复合结构，是天然的复合材料。具有复合结构，是天然的复合材料。复合材料的含义复合材料的含义复合材料的含义复合材料的含义纤维增强复合材料的特点纤维增强复合

9、材料的特点纤维增强复合材料的特点纤维增强复合材料的特点比强度、比模量高比强度、比模量高强度和弹性模量与密度的比值分别称为比强度和比模量。这强度和弹性模量与密度的比值分别称为比强度和比模量。这是衡量材料承载能力的一个重要指标。比强度越高，同一零是衡量材料承载能力的一个重要指标。比强度越高，同一零件的自重越小；比模量越大，零件的刚度越大。件的自重越小；比模量越大，零件的刚度越大。一般钢材和铝合金的比强度约为一般钢材和铝合金的比强度约为0.130.13 10106 6cmcm和和0.170.17 10106 6cmcm，比模量约为比模量约为0.270.27 10109 9cmcm 和0.260.26

10、 10109 9cmcm。高强碳纤维高强碳纤维/环氧树脂复合材料的环氧树脂复合材料的比强度比强度1.031.03 10106 6cmcm，比模量比模量约为约为0.210.21 10109 9cmcm；高模量碳纤维高模量碳纤维/环氧树脂复合材料的环氧树脂复合材料的比模量比模量1.51.5 10109 9cmcm，比强度为比强度为0.670.67 10106 6cmcm。纤维增强复合材料的比强度和比模量远远超过一般钢材和铝合金纤维增强复合材料的比强度和比模量远远超过一般钢材和铝合金纤维增强复合材料的比强度和比模量远远超过一般钢材和铝合金纤维增强复合材料的比强度和比模量远远超过一般钢材和铝合金抗疲劳

11、性能好抗疲劳性能好疲劳破坏是材料在交变载荷作用下由裂纹的产生和扩展而形疲劳破坏是材料在交变载荷作用下由裂纹的产生和扩展而形成的低应力破坏。多数金属材料的疲劳极限仅是抗拉强度的成的低应力破坏。多数金属材料的疲劳极限仅是抗拉强度的404050%50%。纤维增强复合材料的疲劳破坏总是从纤维的薄弱环节开始，纤维增强复合材料的疲劳破坏总是从纤维的薄弱环节开始，逐渐扩展到纤维与基体的界面上，而界面又能阻止裂纹的扩逐渐扩展到纤维与基体的界面上，而界面又能阻止裂纹的扩展，故碳纤维展，故碳纤维/聚酯树脂复合材料的疲劳极限聚酯树脂复合材料的疲劳极限可达其抗拉强度可达其抗拉强度的的7080%7080%。此外，复合材

12、料的此外，复合材料的抗声振疲劳性能也很好抗声振疲劳性能也很好高韧性和抗冲击性高韧性和抗冲击性金属基复合材料具有高韧性和高冲击性能，在受到冲击时能金属基复合材料具有高韧性和高冲击性能，在受到冲击时能通过塑性变形吸收能力。通过塑性变形吸收能力。高导电性和热导性高导电性和热导性它的高导电性和热导性能可以使局部的高温热源和电荷很快扩它的高导电性和热导性能可以使局部的高温热源和电荷很快扩散消失，有利于解决热气流冲击和雷电问题。散消失，有利于解决热气流冲击和雷电问题。破损安全性好破损安全性好纤维增强复合材料内有大量的独立纤维，几千几万根纤维增强复合材料内有大量的独立纤维，几千几万根/cm/cm2 2，从力

13、学观点来看是典型的静不定体系。当这种材料的构件超载从力学观点来看是典型的静不定体系。当这种材料的构件超载并有少数纤维断裂时，其载荷会重新分配在未断裂的纤维上。并有少数纤维断裂时，其载荷会重新分配在未断裂的纤维上。这样，在短期内不致于使整个构件丧失承载能力。这样，在短期内不致于使整个构件丧失承载能力。耐热性高、高温性能好耐热性高、高温性能好树脂基复合材料的耐热性比相应的塑料有明显提高，金属基复树脂基复合材料的耐热性比相应的塑料有明显提高，金属基复合材料在这方面更显示出其优异性。合材料在这方面更显示出其优异性。一般铝合金在一般铝合金在400400C C时弹性模量就会大幅度下降（几乎接近时弹性模量就

14、会大幅度下降（几乎接近于于0 0），强度也明显降低。用碳或硼纤维增强的铝合金在这），强度也明显降低。用碳或硼纤维增强的铝合金在这个温度下强度和弹性模量基本不变。个温度下强度和弹性模量基本不变。碳纤维增强的镍基合金的比重比未增强的镍基合金小，高温性碳纤维增强的镍基合金的比重比未增强的镍基合金小，高温性能好。能好。碳化硅纤维、氧化铝纤维与陶瓷复合，在空气中能耐碳化硅纤维、氧化铝纤维与陶瓷复合，在空气中能耐1200120014001400C C的高温，这要比最好的高温合金耐热性提高的高温，这要比最好的高温合金耐热性提高100100C C以上。以上。减震性能好减震性能好减摩、耐磨、自润滑性好减摩、耐磨

15、、自润滑性好纤维增强塑料化学稳定性优良纤维增强塑料化学稳定性优良能组成各种功能材料能组成各种功能材料成形工艺简单灵活及材料、结构的可设计性成形工艺简单灵活及材料、结构的可设计性纤维增强复合材料其它特点纤维增强复合材料其它特点纤维增强复合材料其它特点纤维增强复合材料其它特点强调了复合效果；强调了复合效果；强调了复合效果；强调了复合效果；体现了复合材料的可设计性。体现了复合材料的可设计性。体现了复合材料的可设计性。体现了复合材料的可设计性。主要特性主要特性主要特性主要特性复合效果显示了复合材料在性能上和成形上具有它的组分所复合效果显示了复合材料在性能上和成形上具有它的组分所没有的各种长处。一般来说

16、表现为线性和非线性的两种。没有的各种长处。一般来说表现为线性和非线性的两种。复合材料的可设计性有利于最大限复合材料的可设计性有利于最大限度的发挥材料作用，减少材料用度的发挥材料作用，减少材料用量，满足特殊性能的要求。量，满足特殊性能的要求。2121世纪材料世纪材料世纪材料世纪材料弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量可能导致性能飞跃式的提高可能导致性能飞跃式的提高可能导致性能飞跃式的提高可能导致性能飞跃式的提高二、复合材料的历史及发展现状二、复合材料的历史及发展现状二、复合材料的历史及发展现状二、复合材料的历史及发展现状历史悠久的复合材料历史悠久的复合材料历史悠久的复合材料历史悠久的复合材料草增强泥

17、复合材料草增强泥复合材料草和泥砌墙和打土坯草和泥砌墙和打土坯可追溯到人类文明的前期可追溯到人类文明的前期西安半坡村的原始公社遗址的墙体西安半坡村的原始公社遗址的墙体70007000多年多年燕雀衔泥筑巢燕雀衔泥筑巢漆器漆器40004000多年前的虞夏时代多年前的虞夏时代珍贵用具和佛像的脱胎漆器珍贵用具和佛像的脱胎漆器固化生漆为基体，麻布增强体固化生漆为基体，麻布增强体弓弓12121313世纪成吉思汗的蒙古大军世纪成吉思汗的蒙古大军 动物的腱、角和木片贴成动物的腱、角和木片贴成现在现在弓身是层合的纤维强化塑料，把手处是树脂含浸塑料弓身是层合的纤维强化塑料，把手处是树脂含浸塑料近代复合材料近代复合材

18、料近代复合材料近代复合材料层合板层合板木器家具和装饰材料中广泛使用木器家具和装饰材料中广泛使用1919世纪后半叶世纪后半叶钢筋混凝土钢筋混凝土随着水泥制造和炼钢轧钢技术的发展于随着水泥制造和炼钢轧钢技术的发展于1919世纪中叶出现的世纪中叶出现的18671867年专利年专利2020世纪初成为工程材料世纪初成为工程材料纤维增强塑料纤维增强塑料1010世纪以前中南美洲用天然橡胶作防水布世纪以前中南美洲用天然橡胶作防水布18431843年后年后4040年发明了实心轮胎、充气轮胎和把橡胶涂在亚麻布年发明了实心轮胎、充气轮胎和把橡胶涂在亚麻布上卷成内胎的充气轮胎上卷成内胎的充气轮胎增强材料有棉线、钢丝、

19、尼龙丝、聚增强材料有棉线、钢丝、尼龙丝、聚酯纤维、玻璃纤维、芳纶纤维酯纤维、玻璃纤维、芳纶纤维现代复合材料及发展现状现代复合材料及发展现状现代复合材料及发展现状现代复合材料及发展现状第一代复合材料第一代复合材料二战中二战中“比铝轻比钢强比铝轻比钢强”玻璃纤维增强塑料玻璃纤维增强塑料（GRPGRP或或GFRPGFRP）被美国空军用于制造飞机构件；被美国空军用于制造飞机构件；“复合材料复合材料”一词开始使用；一词开始使用；2020世纪世纪50506060年代大量用于导弹武器和航天飞行器上年代大量用于导弹武器和航天飞行器上第二代复合材料第二代复合材料1960196019701970碳纤维增强塑料碳纤

20、维增强塑料（CRPCRP或或CFRPCFRP）碳纤维密度低、强度高、弹性模量高、热膨胀系数小，耐腐蚀碳纤维密度低、强度高、弹性模量高、热膨胀系数小，耐腐蚀硼纤维硼纤维芳纶纤维芳纶纤维碳化硅纤维、氧化铝纤维及其晶须碳化硅纤维、氧化铝纤维及其晶须聚合物基复合材料聚合物基复合材料（PMCPMC），），主要以环氧树脂为基体主要以环氧树脂为基体第三代复合材料第三代复合材料高模量高强度纤维与金属基体或陶瓷基体复合高模量高强度纤维与金属基体或陶瓷基体复合下一代复合材料下一代复合材料混杂复合材料混杂复合材料（HCMHCM）不局限于同一种纤维和同一种基体不局限于同一种纤维和同一种基体“复合思想复合思想”的体现和

21、应用的体现和应用第一代第二代第三代氧化铝纤维玻璃纤维硼纤维碳纤维芳族聚酰胺晶 须+高韧性高弹性轻量耐热性工程塑料环境扩大混杂复合材料金属陶瓷石墨泡沫材料混凝土石膏功能复合材料延伸与韧性碳纤维石墨纤维多功能化定向凝固共晶自增强塑料扩散接合表面处理CVD(化学气相沉积)CVI(化学气相渗透)CIP,HIP-SiC-Al2O3Si3N4石墨聚 脂金属纤维聚酰亚硝胺复合材料的发展历史简图讨论复合材料在讨论复合材料在2121世纪应起的作用之前，应分析与预测人类世纪应起的作用之前，应分析与预测人类在新的世纪面临的问题、社会特点与重点需求。在新的世纪面临的问题、社会特点与重点需求。?世界发展的趋势是进入高信

22、息化的社会，对生活质量和健世界发展的趋势是进入高信息化的社会，对生活质量和健 康水康水平的追求会更高。平的追求会更高。?地球存在着非常严重的问题。地球存在着非常严重的问题。环境污染环境污染地球温室效应、臭氧层破坏、沙漠化、野生动物的灭绝地球温室效应、臭氧层破坏、沙漠化、野生动物的灭绝人口膨胀人口膨胀清洁淡水、食物、可耕地清洁淡水、食物、可耕地能源枯竭能源枯竭石油、天然气、煤、矿产等石油、天然气、煤、矿产等复合材料在复合材料在复合材料在复合材料在2121世纪应起的作用世纪应起的作用世纪应起的作用世纪应起的作用复合材料复合材料信息获得信息获得敏感器件敏感器件换能材料换能材料信息存储信息存储磁记录磁

23、记录光记录光记录信息处理信息处理信息处理信息处理芯片封装芯片封装电路板电路板信息传播信息传播光导纤维光导纤维导波管导波管信息执行信息执行机械动作机械动作高强高刚高强高刚对信息技术提供服务对信息技术提供服务对信息技术提供服务对信息技术提供服务复合材料复合材料复合材料复合材料衣衣纺织机械纺织机械食食蔬菜大棚蔬菜大棚住住建筑材料建筑材料行行交通工具交通工具改善舒适性改善舒适性改善舒适性改善舒适性轻质高强、隔音隔热墙体门窗、整体洁具飞机车辆、大小船舰高速列车的车体结构提高安全性提高安全性提高安全性提高安全性抗冲韧性、吸收能量汽车保险杠轿车底板自诊断机敏复合材料高层建筑抗地政灾害提高健康水平提高健康水平

24、提高健康水平提高健康水平修复植入人造器官成分设计、调整应力生物相容性人工关节、夹骨板对提高人类生活质量作出贡献对提高人类生活质量作出贡献对提高人类生活质量作出贡献对提高人类生活质量作出贡献复复复复合合合合材材材材料料料料开发新能源与节约能源挖掘尚未被利用的能源开发海洋与空间使基础设施延长寿命提高太阳能的转换率（光电池、框架）风力发电装置（大型化的叶片、支柱）核燃料（铀分离转子）；潮汐发电基础设施建设的重要性高性能纤维增强混凝土，取代钢筋镁（轻量、阻尼性能好，力学性能差）颗粒增强或晶须增强，扩大应用范围野生植物、无机矿物、电厂烟囱煤灰耐高压、耐海水腐蚀的深海勘探装置（碳纤维增强树脂装置已潜入海下

25、1000m）海上石油平台、空间站、航天器等在解决资源短缺与能源危机方面的贡献在解决资源短缺与能源危机方面的贡献在解决资源短缺与能源危机方面的贡献在解决资源短缺与能源危机方面的贡献复合材料复合材料复合材料复合材料降低污染降低污染?整体近净成形?降低原材料用量?节约加工能耗?延长设施寿命?功能膜支撑网格?碳纤维缠绕气瓶?废水治理厂管道利用废弃物利用废弃物?材料互补?矿渣?木屑?废塑料?麦杆?稻草?野生植物“绿色绿色”材料材料?自然降解?提高性能?利用天然纤维?透明农膜?一此性餐具?降解后变为肥料或饲料在治理环境中的作用在治理环境中的作用在治理环境中的作用在治理环境中的作用三、复合材料的分类和命名三

26、、复合材料的分类和命名三、复合材料的分类和命名三、复合材料的分类和命名复合材料的分类复合材料的分类复合材料的分类复合材料的分类复合材料是由基体和分散材料（包括增强材料、充填材料、复合材料是由基体和分散材料（包括增强材料、充填材料、着色剂）等组分所组成。着色剂）等组分所组成。由于分散材料和基体不同，形态不同，复合方式及复合效果由于分散材料和基体不同，形态不同，复合方式及复合效果不同，可以有多种分类方法。不同，可以有多种分类方法。有机材料基复合材料金属基复合材料MMC 无机非金属基复合材料水泥或混凝土基复合材料陶瓷基复合材料CMC A 按基体材料类型分类热固性树脂基木质基复合材料聚合物基复合材料P

27、MC 热塑性树脂基树脂基橡胶基Metal Matrix CompositesPolymer Matrix CompositesCeramics Matrix Composites按组成组分的类型分类按组成组分的类型分类按组成组分的类型分类按组成组分的类型分类复合复合复合复合材料材料材料材料B 按分散材料（增强材料）的类型分类复合材料复合材料复合材料复合材料无机非金属增强材料无机非金属增强材料如：碳纤维增强复合材料、硼纤维增强复合材料等如：碳纤维增强复合材料、硼纤维增强复合材料等金属增强材料金属增强材料如：钨丝增强高温合金复合材料、铁丝增强树脂复合材料等如：钨丝增强高温合金复合材料、铁丝增强树脂

28、复合材料等有机纤维增强材料有机纤维增强材料如：芳纶纤维增强环氧树脂复合材料、尼龙丝增强树脂基复如：芳纶纤维增强环氧树脂复合材料、尼龙丝增强树脂基复合材料等合材料等颗粒状分散相复合材料纤维状分散相复合材料颗粒增强复合材料分散强化复合材料片晶增强复合材料连续纤维强化复合材料不连续纤维强化复合材料单向纤维强化复合材料非编织纤维层2维,3维编织纤维层短纤维晶须随机排列随机排列定向排列定向排列复合复合复合复合材料材料材料材料按分散材料（增强材料）的形态和排布方式按分散材料（增强材料）的形态和排布方式按复合效果分类按复合效果分类结构材料结构材料 力学型复合材料力学型复合材料一般指结构用复合材料，主要是各种

29、纤维增强复合材料一般指结构用复合材料，主要是各种纤维增强复合材料功能材料功能材料 功能型复合材料功能型复合材料指利用力学性能以外的所有的其它性能的复合材料，如电性指利用力学性能以外的所有的其它性能的复合材料，如电性能、磁性、光学性质、热力学性质、特殊力学性质、化学性能、磁性、光学性质、热力学性质、特殊力学性质、化学性质、放射性等多种复合材料。质、放射性等多种复合材料。大分类构成有机材料金属材料无机材料混合系积层混合含浸被覆发泡机械加工FW，冷压、热压含浸涂层发泡剂注射成形扩散接合粉末冶金溶浸电镀发泡剂,烧成拔丝、挤压热压混凝土高分子混凝土化学气相沉积CVD搅拌压延生成系生成系自增强定向凝固、反

30、应扩散定向凝固、反应扩散按制造方法分类按制造方法分类综合基体与增强材料的类型、形态和功能等，可归纳成综合基体与增强材料的类型、形态和功能等，可归纳成复合材料的种类复合材料的种类基体有 机 材 料金属无 机 材 料第二相零有机材料聚合物金属防静电塑料合金粉末(FeCu等)金属陶瓷维无机材料导电陶瓷分散强化合金自润滑材料陶瓷混凝土有机材料/环氧树脂建筑灰泥、木质水泥一金属防静电地毯不锈钢/铝、超导线,磁性材料、触点W/硬质合金铁丝强化水泥钢筋混凝土维无机材料玻璃纤维强化塑料、碳纤维强化塑料SiC/Al、C/AlAl2O3/硬质合金玻璃纤维/水泥,C/灰泥、石棉水泥,C/C二有机材料化装板装饰钢板、

31、防震钢板石膏板、强化玻璃金属Al-PE薄板、电路板双金属、包层材料维无机材料绝热涂层、表面处理刹车衬里三有机材料三维编织物金属三明治型材料三维电路板三明治型材料半导体、IC维无机材料三明治型材料泡沫材料三明治型材料海绵金属C/C、泡沫陶瓷发泡水泥复合材料的命名复合材料的命名强调基体时以基体为主强调基体时以基体为主如：金属基复合材料、聚合物基复合材料等如：金属基复合材料、聚合物基复合材料等强调增强材料时以增强材料为主强调增强材料时以增强材料为主如：碳纤维增强复合材料、氧化铝纤维增强复合材料等如：碳纤维增强复合材料、氧化铝纤维增强复合材料等基体与增强材料并用基体与增强材料并用用以指一种具体的复合材

32、料，一般为增强材料基体材料复用以指一种具体的复合材料，一般为增强材料基体材料复合材料，如碳纤维增强铝合金复合材料，简称合材料，如碳纤维增强铝合金复合材料，简称C/AlC/Al复合材料复合材料无统一规定无统一规定趋势趋势：根据增强材料与基体材料的名称来命名：根据增强材料与基体材料的名称来命名四、金属基复合材料的发展、种类及特性四、金属基复合材料的发展、种类及特性四、金属基复合材料的发展、种类及特性四、金属基复合材料的发展、种类及特性金属基复合材料的发展史金属基复合材料的发展史金属基复合材料的发展史金属基复合材料的发展史非结构用金属基复合材料非结构用金属基复合材料 历史较长历史较长19201920

33、年年 贵金属包覆的电接点材料；贵金属包覆的电接点材料；二战二战 Al/Fe/AlAl/Fe/Al代代NiNi作真空管的阳极；以后又出现了作真空管的阳极；以后又出现了Al/Fe/CuAl/Fe/Cu、Al/Fe/Cu/AlAl/Fe/Cu/Al等层压金属材料；等层压金属材料；2020世纪世纪5050年代年代 黄铜黄铜/钢钢/黄铜的硬币、铜包钢线、铝包钢线；黄铜的硬币、铜包钢线、铝包钢线；2020世纪世纪7070年代年代 铜包铝线等各种电线。铜包铝线等各种电线。结构用金属基复合材料结构用金属基复合材料19231923年年 粉末冶金法烧结的粉末冶金法烧结的WCWC-6%Co6%Co碳化钨硬质合金；碳

34、化钨硬质合金；第第4 46 B6 B族金属的碳化物族金属的碳化物FeFe系金属（系金属（FeFe、CoCo、NiNi）烧结合金烧结合金 硬质合金硬质合金由于由于WCWC、TiCTiC、TaCTaC等颗粒硬度高，颗粒平均直径等颗粒硬度高，颗粒平均直径1 1 mm以上，以上，容积比高，主要是利用颗粒本身的硬度和强度，基体是起把容积比高，主要是利用颗粒本身的硬度和强度，基体是起把颗粒结合在一起的作用，故称为颗粒结合在一起的作用，故称为颗粒增强金属基复合材料颗粒增强金属基复合材料（PRMPRM）。）。19461946年年 发明烧结铝粉（发明烧结铝粉（SAPSAP），），是由是由AlAl2 2O O3

35、3微粒子在微粒子在AlAl基体基体中微细分散的材料；中微细分散的材料；后相继开发出后相继开发出CoCo-ThOThO2 2、CuCu-AlAl2 2O O3 3等材料等材料这类材料的强化相多为氧化物，也叫氧化物分散强化合金，这类材料的强化相多为氧化物，也叫氧化物分散强化合金，其强化相的平均直径小于其强化相的平均直径小于0.10.1 mm，体积比仅占百分之几，由于体积比仅占百分之几，由于强化相阻止基体位错运动而强化基体，故叫作强化相阻止基体位错运动而强化基体，故叫作分散强化分散强化（DSDS）金属基复合材料金属基复合材料。纤维增强金属基复合材料（纤维增强金属基复合材料（FRMFRM）196319

36、63年年 McDanelMcDanel等发表钨纤维增强铜（等发表钨纤维增强铜（W/CuW/Cu）复合材料的复合材料的研究；以后又有研究；以后又有SiCSiC/Al/Al和和AlAl2 2O O3 3/Ni/Ni复合材料的研究。复合材料的研究。19781978年年 美国将美国将B/AlB/Al复合材料在哥伦比亚号航天飞机上；复合材料在哥伦比亚号航天飞机上；19821982年年 日本丰田汽车公司把日本丰田汽车公司把AlAl2 2OO3 3 SiOSiO2 2/Al/Al复合材料用于汽车复合材料用于汽车活塞上，开创了金属基复合材料用于民品的先例；活塞上，开创了金属基复合材料用于民品的先例；加速了金属

37、基复合材料的研究和开发加速了金属基复合材料的研究和开发研制工作温度更高、比刚度和比强度大幅度增加的金属研制工作温度更高、比刚度和比强度大幅度增加的金属基复合材料已成为发展高性能结构材料的一个重要方向。基复合材料已成为发展高性能结构材料的一个重要方向。金属基复合材料的种类和用途金属基复合材料的种类和用途金属基复合材料的种类和用途金属基复合材料的种类和用途按复合材料定义分按复合材料定义分宏观组合型宏观组合型微观强化型微观强化型指其组成组分可用肉眼识别出来的兼备两种组分性能的材料，有包覆材料、涂镀材料、双金属及层压金属复合材料。如高强度铝合金耐蚀性不好，而用纯铝或耐蚀铝合金支撑包覆板强度既高又耐蚀。

38、用膨胀系数不同的两种金属贴成双金属片，随温度变化会产生不同程度的翘曲变形，可用于温度调节/测定/补偿、过电流保护、阀门开关如对集成电路非金属表面夹杂缺陷使用的镶入包覆材料是把Al条部分包覆在Fe-Ni合金中央，是把极细的Al条结合起来必须的材料。微观强化型微观强化型组分用显微镜才能分辨出来；是以提高材料的强度为主要目的的复合材料；一般是按增强相的形态分类按增强物类型分按增强物类型分连续纤维增强金属基复合材料连续纤维增强金属基复合材料层板金属基复合材料层板金属基复合材料非连续纤维增强金属基复合材料非连续纤维增强金属基复合材料自生增强金属基复合材料自生增强金属基复合材料颗粒短纤维晶须反应自生定向自

39、生各种增强材料与基体组成的金属基复合材料各种增强材料与基体组成的金属基复合材料研究的基体主要集中在主要作为功能材料以钛、镍、铌及金属间化合物为基的高温金属基复合材料已成为以钛、镍、铌及金属间化合物为基的高温金属基复合材料已成为重要的研究方向之一。重要的研究方向之一。金属基复合材料的应用金属基复合材料的应用液体火箭远地点发动液体火箭远地点发动机机铌合金铌合金推力室推力室高温钛合金铌合金（带高温抗氧化涂层）金属基复合材料的特性金属基复合材料的特性金属基复合材料的特性金属基复合材料的特性从用途上来分从用途上来分轻型结构材料轻型结构材料(主要是主要是FRM)FRM)功能材料功能材料耐热材料耐热材料纤维

40、增强金属基复合材料纤维增强金属（纤维增强金属（FRMFRM）与纤维增强塑料（与纤维增强塑料（FRPFRP）的比较的比较和纤维成直角方向的强度大，杨氏模量也大剪切强度和刚性大，在压缩和剪切时难产生纵弯曲接合、二次加工比较容易能使用的温度范围大与与FRPFRP、FRCFRC相比，纤维增强金属（相比，纤维增强金属（FRMFRM）的特性的特性对疲劳、蠕变的抗力大金属基复合材料的性能特点金属基复合材料的性能特点高比强度、比模量高比强度、比模量导热、导电性能导热、导电性能良好的高温性能良好的高温性能热膨胀系数小、尺寸稳定性好热膨胀系数小、尺寸稳定性好耐磨性好耐磨性好良好的疲劳性能和断裂韧性良好的疲劳性能和断裂韧性不吸潮、不老化、气密性好不吸潮、不老化、气密性好是否任意两种材料都能复合，都能制成复是否任意两种材料都能复合，都能制成复合材料？合材料？你对金属基复合材料的发展有什么预想？你对金属基复合材料的发展有什么预想？思考题思考题思考题思考题