金属基体材料和高性能金属基复合材料ppt课件.ppt

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1、6金属基体材料与高性能金属基复合材料6.1高性能复合材料的金属基体6.2高性能金属基复合材料6.1.1概述以金属或金属间化合物作为基体的复合材料称为金属基复合材料(MetalMatrixComposites;简记为MMC)。例如：硼纤维增强铝、镁、钛及其合金(B/Al、B/Mg、B/Ti）；碳纤维增强铝、镁及其合金（C/Al、C/Mg)；碳化硅纤维增强铝、镁、钛及其合金（SiC/Al、SiC/Mg、SiC/Ti)；氧化铝纤维增强铝及其合金(Al2O3/Al、Al2O3/Al-Li)；钨丝增强铜(W/Cu);铬丝增强镍铝金属间化合物[Cr/（Ni-Al）]。★金属基体在复合材料中的

2、作用（1）固结增强体，与增强体一道构成复合材料整体，保护纤维使之不受环境侵蚀；（2）传递和承受载荷，在颗粒增强金属基复合材料中基体是主要承载相，在纤维增强金属基复合材料中，基体对力学性能的贡献也远大于在聚合物基体和陶瓷基体在复合材料中的贡献；（3）赋予复合材料一定形状，保证复合材料具有一定的可加工性;（4）复合材料的强度、刚度、耐高温、耐介质、导电、导热等性能均与基体的相应性质密切相关。★金属基体在复合材料中的体积比金属基体在复合材料中占有很大的体积比：▽连续纤维增强金属基复合材料中基体约占50%~70%；▽颗粒增强金属基复合材料中，根据不同性能要求，基体体积比可在90%~25%

3、范围内变化，多数为80%~90%；▽短纤维、晶须增强金属基复合材料中，基体体积比在70%以上，一般为80%~90%。★金属基体的优势①金属是最古老、最通用的工程材料之一，它们有许多成熟的成型、加工、连接方法可供金属基复合材料借鉴。在使用寿命、性能测试等方面有丰富的技术资料；对金属基体自身的性能积累有丰富的数据，对它们在使用中的优缺点拥有丰富的经验。②弹性模量和耐热性高；③强度高，还可以通过各种工程途径来进行强化；④塑性、韧性好，是强而韧（strongandtough)的材料;⑤电、磁、光、热、弹等性能好，有应用于多功能复合材料的发展潜力。图6-1工程材料的断裂能之比较金属无机玻璃

4、未改性的环氧、聚酯和聚酰亚胺有机玻璃(PMMA)聚砜热塑性(PSF)合成橡胶改性环氧★利用金属基体制成MMC的综合性能（8）导电导热性强；（9）对温度变化或热冲击的敏感性低；（10）抗腐蚀性好；（11）无放气污染；（12）不吸湿、不老化、防燃、抗辐射；（13）性能再现性好；（14）便于制造、成型、加工、连接和精整。（1）高比强度；（2）高比模量；（3）高的韧性及抗冲击性能；（4）良好的耐热性；（5）良好的耐磨与阻尼性；（6）与增强纤维复合后可以制造低热膨胀系数的、尺寸稳定性好的复合材料；（7）表面耐久性好，对表面裂纹敏感性低6.1.3.1金属基复合材料的使用要求（1）航天、航空领

5、域对基体金属的要求性能要求：比强度高、比模量高、尺寸稳定性高。作为航天飞行器和卫星的构件时，基体应选用密度小的轻金属合金，如镁合金、铝合金；增强体应选用高强度、高模量的连续石墨纤维、硼纤维等。（2）高性能发动机领域对基体金属的要求性能要求：高比强度、比模量、优良的耐高温持久性能、能在高温氧化性气氛中长期工作。基体选用钛基合金、镍基合金及金属间化合物；增强体选用碳化硅纤维（增强钛合金）、钨丝（增强镍基超合金）等。制作喷气发动机增压叶片、传动轴等零件。（3）汽车发动机领域对基体金属的要求性能要求：耐热、耐磨、热膨胀系数小、一定的高温强度、成本低廉和适合于批量生产。基体选用铝合金；增强

6、体选用碳化硅颗粒、氧化铝短纤维和碳短纤维等。制作发动机活塞、缸套、连杆等零件。（4）电子工业领域对基体金属的要求性能要求：高导电、高导热、低热膨胀系数。基体选用导电、导热性能优异的银、铜、铝等；增强体选用高模量石墨纤维等。制作集成电路散热元件和基板等。6.1.4.1常用金属基体材料的种类及性能◇常用金属材料包括铝、镁、钛、铜、金属间化合物和高温合金。⊕铁及铁合金（有时包括锰、铬）称为黑色金属。⊕除钢铁以外所有的其他金属统称为有色金属，如铝、铜、镁、钛、钨等。⊕金属与非金属、金属与金属之间形成的化合物称为金属间化合物，如钛铝、镍铝、铁铝等。⊕高温合金主要是镍基、铁基合金。金属基复合

7、材料的常用金属基体有：铝（Aluminum）及其合金镁（Magnesium）及其合金钛（Titanium）及其合金铜（Copper）及其合金镍（Nickel）及其合金不锈钢（stainlesssteel）金属间化合物(Intermetalliccompounds)6.1.4.2不同基体的金属基结构复合材料的使用温度范围对用于各种航空、航天、汽车、先进武器等结构复合材料基体的要求是：高比强度和比刚度高的结构效率◇不同基体金属基复合材料的使用温度范围：←←450℃→→650℃→→12