复合材料-绪论课件

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1、金属基复合材料河北工业大学材料学院步绍静E-mail:busj@hebut.edu.cnTel:022-602021841教材及参考书教材：于春田.《金属基复合材料》，冶金工业出版社，1994参考书：1)赵玉涛，戴起勋，陈刚.《金属基复合材料》，机械工业出版社，20072)王荣国，武卫莉，谷万里.《复合材料概论》，哈尔滨工业大学出版社，2004材料学院2教师：孙继兵引言（1）第一节　应用实例第二节　复合材料的定义与性能第三节　复合材料的发展历史第四节　复合材料分类（1）第五节　复合材料的命名第六节　金属基复合材

2、料的发展史、种类及特性本章作业第一章绪论材料学院3教师：孙继兵引言（1）金属基复合材料学科是一门相对较新的材料科学，涉及材料表面、界面、相变、凝固、塑性形变、断裂力学等，仅有40余年的发展历史。金属基复合材料的发展与现代科学技术和高技术产业的发展密切相关，特别是航天、航空、电子、汽车以及先进武器系统的迅速发展对材料提出了日益增高的性能要求，除了要求材料具有一些特殊的性能外，还要具有优良的综合性能，有力地促进了先进复合材料的迅速发展。如航天技术和先进武器系统的迅速发展，对轻质高强结构材料的需求十分强烈。由于航天装

3、置越来越大，结构材料的结构效率变得更为重要。宇航构件的结构强度、刚度随构件线性尺寸的平方增加，而构件的重量随线性尺寸的立方增加。为了保持构件的强度和刚度就必须采用高比强度、高比刚度和轻质高性能结构材料。又如电子技术的迅速发展，大规模集成电路器件的发展，集成度越来越高，功率也越来越大，器件的散热成为阻碍集成电路迅速发展的关键，需要热膨胀系数小、导热系数高的电子封装材料。材料学院4教师：孙继兵引言（2）单一的金属、陶瓷、高分子等工程材料均难以满足这些迅速增长的性能要求。为了克服单一材料性能上的局限性，充分发挥各种材

4、料特性，弥补其不足，人们已越来越多地根据零、构件的功能要求和工况条件，设计和选择两种或两种以上化学、物理性能不同的材料，按一定的方式、比例、分布结合成复合材料，充分发挥各组成材料的优良特性，弥补其短处，使复合材料具有单一材料所无法达到的特殊和综合性能，以满足各种特殊和综合性能需求，也可以更经济地使用材料。如用高强度、高模量的硼纤维、碳(石墨)纤维增强铝基、镁基复合材料，既保留了铝、镁合金的轻质、导热、导电性，又充分发挥增强纤维的高强度、高模量、获得高比强度、高比模量、导热、导电、热膨胀系数小的金属基复合材料，在

5、航天飞机和人造卫星构件上应用，取得了巨大成功。B／Al复合材料管材用于航天飞机主仓框架，节省重量44％。Gr（石墨）/Mg复合材料用于人造卫星抛物面天线骨架，使天线效率提高539％。航空、航天、先进武器系统等军事技术的发展对早期金属基复合材料的研究发展起了巨大的推动作用。电子、汽车等民用工业的迅速发展又为金属基复合材料的应用提供了广泛的前景。金属基复合材料将会得到大规模的生产和应用。返回本章材料学院5教师：孙继兵第一节　应用实例一、柴油机活塞二、汽车驱动轴三、设备架四、制动器转盘五、自行车体六、发动机缸体七、宇

6、航望远镜八、微电子器件的基座九、飞机发动机部件返回本章材料学院6教师：孙继兵一、柴油机活塞5%Al2O3短纤维/Al合金，这种材料有如下优点：(1)良好的耐磨性；(2)高温强度；(3)有选择增强体的余地；(4)好的热稳定性；(5)良好的导热性。柴油发动机活塞。显示位于活塞环槽底部（支撑部分）的纤维增强的区域（暗的地方）材料学院7教师：孙继兵柴油机活塞的应用历程这一应用是MMC工业性应用成功的早期例子。在日本这类活塞的生产逐年递增，现年产量已逾千万件。为了预防活塞环与上环槽以及孔的胶合，在活塞环附近是使用一种镍铸

7、铁（Ni-resist®）的衬套。遗憾的是，这样做会妨碍热流、增加重量和加快磨损。在1983年，TOYOTA汽车公司把内衬材料换成5%Al2O3f短纤维/Al合金，从而使重量减少了5%-10％。根据标准测试：相对于未增强的铝合金而言，磨损减少到原来的1/5、胶滞布力增加了一倍。导热系数4倍于Ni-resist®合金内衬。另外一个重要因素是热疲劳寿命，热疲劳寿命受制于环槽与活塞之间的开裂或尺寸的不稳定性，Al2O3f衬套的寿命比铸造Ni—resist®合金衬套和基体合金的都长。纤维含量的选择要综合考虑提高耐磨性、

8、抗胶滞性、相对于Ni-resist的优良机加工能力、可以容忍的疲劳强度以及相对于未增强合金的导热系数的少量降低等因素。最后，应提到的是，利用均匀增强20％SiCp/Al的活塞铸件也开发出来。材料学院8教师：孙继兵A12O3f/Al复合材料性能特点材料学院9教师：孙继兵二、汽车驱动轴20％Al2O3颗粒／Al合金，其优点为：(1)刚度高；(2)密度低，(3)韧性满足要求。材料学院10教师