铝基复合材料.ppt

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1、铝基复合材料及其应用1、综述2、种类及分类3、材料的制备工艺4、结构与性能5、应用6、实例分析金属基复合材料的综述金属基复合材料，是在各金属材料基体内用多种不同复合工艺，加进增强体，以改进特定所需的机械物理性能。金属基复合材料在比强度、比钢度、导电性、耐磨性、减震性、热膨胀等多种机械物理性能方面比同性材料优异得多。金属基复合材料(MMCs)有铝基、镁基、钛基、镍基、铁基复合材料等多种,其中尤以铝基复合材料发展最快而成为金属基复合材料中的主流。铝基复合材料基体铝有许多特点，如质量轻、密度小、可塑性好，熔点低制备工艺简单。铝基复合技术容易掌握，易于加工，比强度和比刚度高

2、，高温性能好，更耐疲劳和更耐磨，阻尼性能好，热膨胀系数低。同其他复合材料一样，它能组合特定的力学和物理性能，以满足产品的需要。因此，铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。常见铝基体（1）工业纯铝（2）铸造冶金变形铝合金（常见有2014、2024、2124等，且不含Mn、Cr的铝合金，因其产生脆性相）（3）粉末冶金变形铝合金（4）铸造铝合金（5）新型铝合金复合材料增强基分类：连续的和非连续的纤维、晶须、颗粒特性：高强度、高模量、高刚度、抗疲劳、耐热、耐磨、抗腐蚀、热膨胀系数小、导电、导热以及润湿性、化学相容性、易加工等。铝基复合材料的增强纤维有

3、硼纤维，碳纤维，碳化硅纤维等。铝复合材料的种类与分类铝合金材料可按增强相,铝基体及材料特性三方面进行分类。按增强体分类：长纤维增强复合材料短纤维增强复合材料颗粒增强复合材料混合增强复合材料纳米复合材料层合复合材料倾泻复合材料表面复合材料变形铝合金基复合材料铸造铝合金基复合材料新型铝合金基复合材料工业纯铝基复合材料以特性分类功能复合材料结构复合材料智能复合材料以铝基体分类铝基复合材料的制造工艺连续纤维增强铝基复合材料的制造方法：1、粉末冶金法2、高能-高速固结工艺3、压力浸渗铸造工艺4、液态金属搅拌铸造法1、粉末冶金2、搅拌熔铸3、压力铸造4、喷射沉积颗粒增强铝基复合

4、材料的制造方法：纳米管铝基复合材料的制备方法：1、粉末冶金2、搅拌铸造3、熔体浸渍4、原位合成粉末冶金法粉末冶金法是最早用来制造铝基复合材料的方法，是一种比较成熟的工艺方法。采用粉末冶金法时，首先将颗粒增强物和铝合金粉末用机械手段均匀混合，进行冷压实，然后加热除气，在液相线与固相线之间进行真空热压烧结，得到复合材料的坯料，在将坯料进行挤压、轧制、锻造、拉拔等二次加工就可制成所要的型材零件。优点:可将增强物颗粒和铝合金粉按任意比例混合,而且混合均匀性好,不会出现偏析和偏聚,制备的复合材料机械性能较高。缺点：粉末冶金法制造工艺及装备复杂,生产成本高。高能-高速固结工艺优

5、点：高能量高速度脉冲有利于将冷模中的导电粉体快速加热到指定温度，从而控制相变和组织粗化，这是常规粉末冶金工艺无法实现的。高能-高速固结工艺可使复合材料的相对密度达95%以上。在短时间内使陶瓷颗粒和铝合金粉末的混合物受到高脉流的放电作用后，迅速提高能量，并在较小外力作用下，使之固结成复合材料的工艺。压力浸渗工艺压力浸渗工艺是先将增强体制成预制件，再将预制件放入模具后，以惰性气体或机械装置为压力媒体将铝液压入预制件的间隙，凝固后即形成复合材料。这种工艺简单，但预制件中的气体不易在凝固前排出而造成气孔与疏松，同时预制件也易产生变形和偏移。液态金属搅拌铸造法液态金属搅拌铸造

6、法的基本原理是将颗粒增强物直接加入到熔融的铝合金中，通过一定方式的搅拌使颗粒均匀地分散在基体熔体中，复合成颗粒增强铝基复合材料。复合好的熔体可浇铸成锭坯、铸件等使用。这种工艺简单、生产效率高、制造成本低廉。复合好的铸锭经重熔后，可精密压成各种型材、管材、棒材等。它是目前最成熟、最具竞争力、也是工业化规模生产铝基复合材料的最主要的方法。铝合金复合材料的结构与性能碳纤维增强铝基复合材料结构Ⅰ、用液态浸渍法制备（概念）其铝基中无方向性，表明具有各向异性。Ⅱ、用固态热压法制备（概念）其铝基中含有纤维，表明具有较高拉伸强度。（一）、长纤维增强铝基复合材料性能1、硼—铝复合材料

7、特点：有优异的疲劳强度，比强度和比模量高，尺寸稳定性好，线膨胀系数与半导体芯片非常接近。硼纤维增强铝基复合材料用于航天飞机主舱体龙骨桁架和支柱（二）短纤维增强铝基复合材料特点：在室温和高温下的弹性模量有较大的提高，但线膨胀系数由所下降，耐磨性改善，并具有良好的的导热性。（三）碳—铝复合材料特点：碳纤维的长度与直径比例对碳—铝复合材料的性能有很大的影响（当长径比增大时，抗拉强度增大，增大到一定值时，抗拉强度又开始减少）（四）晶须和颗粒增强铝基复合材料特点：优异的性能，制造方法简单，增强体主要是碳化硅和氧化铝。碳化硅：随它的含量增加，抗拉强度和弹性模量都增加氧化铝：