第五章之金属基复合材料ppt课件.ppt

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1、第四节金属基纤维复合材料金属基复合材料是随着现代技术对材料的要求越来越高而发展起来的。用高强度、高模量和耐高温的第二成分增强金属，可制成比金属性能更好的金属基复合材料。一、分类复合材料中金属和第二成分的类型和性能，第二成分的体积分数及其分布情况，复合材料的制造方法和界面情况等，决定了金属基复合材料的性能。合理、适当地控制这些因素，可制成性能范围广，能满足各种特殊要求的金属基复合材料。金属基复合材料起增强作用的第二成分的形态可以有颗粒、薄片和纤维。一般，对金属基复合材料分为四类：1.纤维增强型复合材料。包括连续型纤维与非连续型纤

2、维增强，后者以单晶纤维形态存在，直径约0.1～0.5μm，长径比可达200。2.颗粒增强型复合材料。包括颗粒和小片晶，直径0.5～100μm，一般颗粒直径和颗粒间距很大。颗粒与单晶纤维比可以更高的体积分数加入金属基质。3.分散增强型复合材料。包含直径小于0.1μm的颗粒。4.其他。如方向性固化低溶合金。1.比强度高，比刚度大。纤维增强金属基复合材料多数是Vf=20％～70％的高强度和高模量的纤维增强金属。与金属相比，在纤维方向是具有很高的比强度和比模量，特别是纤维增强镁、铝等，具有很显著的效果。二、纤维增强金属基复合材料的特点

3、2.良好的高温性能。在复合材料中，作为承载主体的纤维，在高温下能保持很高的强度和模量。当金属基体接近于熔点温度时，由于纤维的作用，沿纤维方向的力学性能主要由纤维控制，因此，还具有很高的强度和刚度；在横向拉伸和剪切性能方面，由于受基体性能控制，高温性能当然不能改善，但铺设成多向叠层复合材料后，在面内各方向的高温性能都比基体金属改善了。金属基复合材料所具有的良好高温特性，对航天，特别是高性能飞机及其发动机零件，很有意义。3.良好的导热导电性和电磁感应屏蔽性由于金属基复合材料的基体为金属，而金属均有良好的导热和导电性，特别是铝和铜等

4、。对于某些构件，这一特点是十分重要的。当构件尺寸需要高度稳定时，因金属基复合材料具有良好的导热性，可以减小构件上由于运行条件所引起的温度梯度，由于温度分布比较均匀，因而可减少温度应力。而良好的导电性可以防止构件出现静电聚集，并对电磁感应产生屏蔽。4.在纤维方向上线膨胀系数小金属基复合材料所用的碳纤维、碳化硅纤维和硼纤维均具有很高的模量和很低的线膨胀系数，且石墨纤维的纵向线膨胀系数为负值。因此，纤维增强金属基复合材料的线膨胀系数要比金属小。控制纤维的含量和方向就能设计制造出在纤维方向上线膨胀系数很低的金属基复合材料。5.良好的抗

5、疲劳性能金属基复合材料的抗疲劳性能与纤维类型、金属基体的性能、生产工艺和界面状况等密切相关。当纤维与基体在界面上结合得合适时，界面能有效地阻止裂纹向增强纤维扩展。纤维增强金属基复合材料的抗拉、抗疲劳性能，明显高于金属基体材料。6.不吸湿和不放气金属基复合材料不吸湿，没有分解和污染系统的物质产生，这对卫星仪表的稳定和可靠运行是十分重要的。7.剪切强度和层间拉伸强度较低与金属基体材料相比，金属基复合材料的面内剪切强度、层间剪切强度、横向拉伸强度和层间拉伸强度都比较低，与纤维方向金属基复合材料的拉、压强度比那就更低了。但与树脂基复合

6、材料的这些性能相比，又强得多。提高界面的结合强度，可提高这些性能，但冲击强度下降。8.其他性能金属基纤维增强复合材料与基体材料相比，可提高抗蠕变性能、硬度和阻尼等。金属基复合材料也有许多缺点：1.金属基复合材料的基体屈服以前的一个较小范围内，应力应变关系才是线性的。除非采用很硬的基体，否则在拐点以上，金属基复合材料的有效弹性模量就不再明显大于树脂基复合材料。一般来说，树脂基复合材料在纤维方向具有很好的线性弹性，具有很高的比强度和比刚度，这是金属基复合材料所不及的。2.在抵抗某些环境腐蚀方面，金属基复合材料不如树脂基复合材料。3

7、.金属基复合材料很难制造、成材很高。4.金属基复合材料密度较大。三、金属基复合材料用纤维复合材料的特点是能通过不同物质的组合任意地控制复合材料的强度特性。如果采用一般金属作为基体，那么，增强纤维便决定着该复合材料的性质。目前，增强纤维主要捶低温合金（如铝合金）、中温合金（如钛）、高温合金（如镍基高温合金或铌合金）这三类金属的增强作用中。虽然对增强物的要求随不同基体合金而改变，但其共同要求是：1.高强度。纤维的高强度首先是为了满足复合材料强度的需要，其次是能使整个加工制造过程简单。2.高模量。对于金属基复合材料，这种性能是非常重

8、要的。这是为了使纤维承载时基体不致发生大的塑性流动。玻璃纤维的模量比较低，因此与其他纤维相比，很少用作金属基体的增强纤维。3.化学稳定性好。纤维的这种性能要求随所选择的基体合金不同往往也不同。因炒每种复合系统都有特殊的加工要求和环境要求。但对所有纤维来说，在空气中的稳定性和对