第二章 复合材料的基体材料课件

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1、第二章复合材料的基体材料金属材料陶瓷材料聚合物材料12.1金属材料现代科学技术的发展对材料性能的要求越来越高，特别是航天航空、军事等尖端科学技术的发展，使得单一材料难以满足实际工程的要求，这促进了金属基复合材料的迅猛发展。21与传统金属材料相比，金属基复合材料具有较高的比强度、比刚度和耐磨性2与树脂基复合材料相比，金属基复合材料具有优良的导电、导热性，高温性能好，可焊接3与陶瓷材料相比，金属基复合材料具有高韧性和高冲击性能、热膨胀系数小等优点3航空、航天领域轻质、高强结构材料：如B/Al复合材料电子领域低热膨胀系数、

2、高导热系数4高体份（60-70%）碳化硅颗粒/铝基复合材料电子封装件5国产太行战机用涡轮风扇航空发动机——高温高性能高铌钛铝合金材料62.1.1选择基体的原则金属与合金品种繁多，目前用作金属基复合材料的金属有：铝及铝合金，镁合金，钛合金，镍合金，铜与铜合金，锌合金，铅、钛铝、镍铝金属间化合物等。基体材料成分的正确选择对能否充分组合和发挥基体金属和增强物性能特点，获得预期的优异综合性能十分重要。71金属基复合材料的使用要求2金属基复合材料组成的特点3基体金属与增强体的相容性81金属基复合材料的使用要求不同领域、不同工况

3、下对复合材料构件的性能要求不同。航天航空领域：高比强度、比模量、尺寸稳定性、密度小如：镁合金和铝合金作为基体，与高强度、高模量的石墨纤维、硼纤维进行复合。9高性能发动机：高比强度、比模量、耐高温性、抗氧化如：钛基合金、镍基合金以及金属间化合物作基体，如碳化硅/钛、钨丝/镍基超合金复合材料用于喷气发动机叶片、涡轮叶片、转轴、火箭发动机箱体材料。10汽车发动机：耐热、耐磨、导热、一定高温强度、成本低廉如：选用铝合金作基体材料与陶瓷颗粒、短纤维进行复合，如碳化硅/铝，碳纤维/铝，氧化铝/铝等复合材料用作发动机活塞、缸套等零

4、件。11工业集成电路：高导热、低膨胀如：银、铜、铝作为基体，与高导热性、低热膨胀的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、碳化硅颗粒复合，用作散热元件和基板。12针对不同的增强体系，应充分分析和考虑增强物的特点来正确选择基体合金材料。2金属基复合材料组成特点13对于连续纤维增强的金属基复合材料：基体的主要作用是以充分发挥增强纤维的性能，基体本身与纤维有良好的相容性和塑性，而不要求基体本身有高强度，可选用铝、镁作基体。14对于非连续纤维增强（颗粒、晶须、短纤维）的金属基复合材料：基体是主要承载物，要求基体有很高的强度，可选用高强

5、度的铝合金（如，A365，6061，7075）而不用铝作为基体。153基体金属与增强物的相容性金属基复合材料高温成型纤维与金属发生化学反应，在界面形成反应层脆性界面反应层受力产生的裂纹引起复合材料结构破坏界面破坏产生原因：16在选择基体时，应充分注意与增强物的相容性（特别是化学相容性），并考虑到尽可能在金属基复合材料成型过程中，抑制界面反应。17如何增强基体与增强物的相容性？A对增强纤维进行表面处理改性B在金属基体中添加其他成分C选择适宜的成型方法18注意：在用铁、镍作为基体时，不适宜用碳（石墨）纤维作为增强物。因为

6、，铁、镍元素在高温时能有效促使碳纤维石墨化，破坏了碳纤维的结构，使其丧失原有的强度，而不能提高复合材料的综合性能。192.1.2结构复合材料的基体结构复合材料的基体大致可分为轻金属基体和耐热合金基体两大类。（1）用于450℃以下的轻金属基体——铝、镁合金（2）用于450～700℃的复合材料的金属基体——钛合金（3）用于1000℃以上的高温复合材料的金属基体——镍基、铁基耐热合金和金属间化合物201用于450℃以下的轻金属基体——铝、镁合金铝基和镁基复合材料，已广泛应用于航天飞机、人造卫星、空间站、汽车发动机零件、刹车

7、盘等方面。21各种牌号铝、镁合金的成分和性能222用于450~700℃以下的复合材料基体——钛合金钛合金具有相对密度小、耐腐蚀、耐氧化、强度高等特点，用碳化硅纤维增强的钛基复合材料可制成叶片和传动轴等零件用于高性能航空发动机。23钛合金的成分和性能243用于1000℃以上的高温复合材料的金属基体——镍基、铁基耐热合金和金属间化合物镍基高温合金广泛应用于各种燃气轮机中，用钨丝、钍钨丝增强的镍基可用于高性能航空发动机叶片。25高温金属基复合材料的基体合金成分和性能26目前已有应用的功能金属基复合材料（不含双金属复合材料）

8、主要有用于微电子技术的电子封装和热沉材料、高导热、耐电弧烧蚀的集电材料、耐高温摩擦的耐磨材料、耐腐蚀的电池极板材料等等。主要选用的金属基体是纯铝及铝合金、纯铜及铜合金、银、铅、锌等金属。功能用金属基复合材料所用的金属基体均具有良好的导热、导电性和良好的力学性能，但有热膨胀系数大、耐电弧烧蚀性差等缺点。2.1.3功能用金属基复合材料的基体27用于