复合材料-2-金属基复合材料.ppt

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1、1、金属基复合材料的使用要求2、金属基复合材料的界面3、金属基复合材料的制备1、金属基复合材料的使用要求航天、航空领域的结构件高比强度和比模量以及尺寸稳定性是最重要的性能要求。密度小的轻金属合金—镁合金和铝合金作为基体高强度、高模量的石墨纤维、硼纤维等组成石墨/镁、石墨/铝、硼/铝﹢1、金属基复合材料的使用要求1、金属基复合材料的使用要求哈勃太空望远镜天线波导桅杆P100碳纤维/6061铝合金航天飞机主货舱支柱50vol.%硼纤维/60611、金属基复合材料的使用要求航天、航空领域的发动机构件要求复

2、合材料不仅有高比强度和比模量，还要具有优良的耐高温性能，能在高温、氧化性气氛中正常工作。钛合金、镍合金以及金属间化合物碳化硅、钨丝﹢1、金属基复合材料的使用要求镍基变形高温合金广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机的热端部件，如工作叶片，导向叶片、涡轮盘和燃烧室等。燃气轮机涡轮零件高温合金汽车增压器喷嘴环叶片1、金属基复合材料的使用要求汽车发动机、刹车片：要求其零件耐热、耐磨、导热、一定的高温强度等，同时又要求成本低廉，适合于批量生产。铝合金+陶瓷颗粒、短纤维、如碳化硅大众汽车公司Lupo汽

3、车后制动鼓20vol.%SiC/A359铝合金1、金属基复合材料的使用要求■汽车结构件轻量化与油耗、性能的关系(逸动实际试验结果)：1.实际油耗：减重100kg，油耗降低约0.4L/100km；2.加速性能：减重100kg，0-100km/h加速性提升8-10%；3.制动性能：减重100kg，制动距离缩短2～7m。因对汽车安全性、功能性要求的增加，整车重量逐渐增加。但进入21世纪后，越来越严格的环保和排放法规要求，目前整车重量呈明显现下降的趋势。奥迪A6七代车型重量的变化历程安全性提高、舒适性和功能

4、的增加导致重量增加。油耗与排放的要求使汽车轻量化成为必然趋势1160Kg1230Kg1545Kg1790Kg1990Kg2050Kg1980Kg20121、金属基复合材料的使用要求电子工业：集成电路基板和元件需要高导热、低膨胀、具有一定耐热性的金属基复合材料。基体：高导热率的银、铜、铝等金属为基体增强体：高导热性、低热膨胀的超高模量石墨纤维、金刚石纤维2、金属基复合材料的界面金属基复合材料中金属基体和增强体之间的界面对复合材料的性能起着决定性的作用。主要考察：界面类型与界面结合界面稳定性界面浸润界面

5、反应控制第Ⅰ类界面基体与增强材料界面既不相互反应，也不互溶。微观上界面是平整或光滑，而且只有分子层厚度。界面两侧分别为基体和增强材料，不含其它物质。如SiCw/Al的界面。①界面类型增强材料和基体之间相互扩散－渗透，相互溶解而形成的界面。这类界面往往在增强材料（如纤维）周围，形成环状，界面呈犬牙交错的溶解扩散层。第II类界面Cf/Ni复合材料界面Bf/Ti-6Al-4V中TiB2反应层（850℃，100h）第III类界面基体与增强材料的界面发生界面反应，界面存在有微米和亚微米级的界面反应产物。最典型

6、是Bf/Ti，Cf/Al复合材料。在高温下Bf/Ti在界面形成TiB2界面反应物层。第III类界面碳纤维与铝基体发生严重反应后纤维的损伤(a)原始纤维形貌(b)损伤后纤维形貌Cf/Al复合材料中Cf与Al基体发生界面反应，生成Al4C3。Cf/Al的界面反应及反应产物Al4C3准I类界面出现准Ⅰ类界面有两种情况：◆属Ⅰ类界面中的增强材料与基体，从热力学分析会可能发生界面反应，但当采用固态法制备时，形成Ⅰ类界面；而当采用液态法制备时就可能形成第Ⅲ类界面；◆增强材料的表面未处理，存在有吸附的氧，在制备时

7、也会与基体产生界面反应。如SiCf/Al，Bf/Al属于此类。为此把这类界面称之为准Ⅰ类界面。②界面的稳定性长时间在使用高温度下使用影响界面稳定性的因素主要有物理因素和化学因素，即：界面溶解与析出界面反应界面溶解与析出界面溶解与析出是影响MMC第Ⅱ类界面稳定性的主要物理因素。典型例子是Cf/Ni和Wf/Ni复合材料。界面产生互溶后，受温度和时间的影响，界面会出现不稳定。例如：Wf/Ni中，采用扩散结合制备时，界面互溶并不严重，但随着使用温度的提高和使用时间的增长，如在1100℃下经过50h，Wf的直

8、径仅为原来50％，这样就严重影响了Wf/Ni复合材料的使用性能和可靠性。界面反应界面反应是影响具有第Ⅲ类界面的复合材料界面稳定性的化学因素。增强材料与基体发生界面反应时，当形成大量脆性化合物，削弱界面的作用，界面在应力作用下发生，引起增强材料的断裂，从而影响复合材料性能的稳定性。界面反应的发生与增强材料和基体的性质有关，与反应的温度、时间有关。金属复合材料界面反应分为：连续界面反应；交换式界面反应；暂稳态界面变化。连续界面反应MMC在制备过程中，或在热处理过程，也可在