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金属及陶瓷基复合质料PPT

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  金属及陶瓷基复合材料PPT_材料科学_工程科技_专业资料。金属及陶瓷基复合材料PPT

  金属基复合材料及陶瓷基复合材料 第一节 金属基复合材料 金属的特性: 强度高,韧性好,塑性变形能力强, 综合机械性能好,通过热处理可以大幅度 改变机械性能。金属材料导电、导热性好。 不同的金属材料耐蚀性相差很大,钛、不 锈钢耐蚀性好,碳钢、铸铁耐蚀性差。 一、金属基复合材料的分类 金属基复合材料是以金属为基体的复合材料, 按增强体分类: 1)连续纤维增强金属基复合材料 2)非连续增强金属基复合材料(包括颗粒、 短纤维、晶须) 3)自生增强金属基复合材料; 4)层板金属基复合材料 按基体分有: 铝基、镁基、锌基、铜基、钛基、铅基、镍基、耐热金属 基、金属间化合物基等,一般以铝、镁、钛基复合材料发 展较为成熟。 按用途分: 结构型 功能型 二、 金属基复合材料的特点: 1)高比强度、比模量; 2)导电、导热性; 3)热膨胀系数小、尺寸稳定性好; 4)良好的高温性; 5)耐摩性好 三、金属基复合材料的基体材料 基体的作用: 1)固结增强体; 2)传递和承受各种载荷(力、热、电)的作用; 基体的含量: 1)在连续连维增强金属基复合材料中,基体占50%~70%; 2)颗粒增强金属基复合材料中,占80~90%。 3)而晶须、短切纤维增强金属基复合材料的基体含量在70%以 上,一般为80~90%。 四 选择基体的原则 金属与合金的种类繁多,作为复合材料的基体有,铝及其合 金、镁合金、钛合金、镍合金、铜合金、铅、钛铝、镍铝、金 属间化合物等,基体材料的正确对能否充分组合和发挥金属增 强体的性能特点获得预期优异综合性能以满足使用要求十分重 要。 金属基复合材料的使用要求 ① 航天、航空技术――比强度、比模量高,尺寸稳定性好。 飞行器和卫星构件宜选密度小的轻金属合金-镁、铝合金为 基体,与高强、高模石墨纤维、硼纤维组 成石墨 / 镁、石墨 / 铝、硼/铝等复合材料; ② 高性能发动机要求:高比强、比模量,优良的耐高温性能在 高温氧化性气氛中工作。 而选用钛合金、镍基合金及金属间化合物,如碳化硅 / 钛、镥、 钨丝/镍基起合金复合材料,可用于 喷气发动机叶片 、转轴 等重要零件。 ③ 汽车发动机要求:耐热、耐摩、导热、一定高温强度 等,要求成本低适合批量生产,则选用铝合金作为基 体与陶瓷颗粒、短纤维组成复合材料,如碳化硅 / 铝 复合材料,氧化铝/铝复合材料可制作发动机活塞、 缸套等零件。 ④ 电子工业集成电路――高导热、低热膨胀系数金属基 复合材料作为散热元件和基板。用具有高导热率的银、 铜铝等金属基体与高导热、低热膨胀性的超高模石墨 纤维、金刚石纤维、碳化硅纤维复合成具有低热膨胀 系数和高热导率、高比强、比模量等性能的金属基复 合材料。 五、结构复合材料的基体 1)航天、航空、汽车、先进武器: 选用铝及铝合金,镁及镁合金作为基体材料。 2)发动机、燃气轮机: 要求:①工作温度在650~1200℃左右,②良好的抗氧化、抗蠕变、 耐疲劳;③良好的高温力学性能 使用温度: 铝、镁450℃左右, 钛合金:650℃, 镍、钴基:1200℃ 用于450℃以下的轻质金属基体――铝镁合金; 用于450~ 700℃的复合材料:钛金属可用于高性 能发动机叶片和转动轴等部件; 用于1000℃以上的高温复合材料:主要是镍基、 铁基复合材料和金属间化合物,主要用于航空发 动机叶片。 六、功能用金属基复合材料 1)高力学性能, 2)高导热性能; 3)低热膨胀; 4)高电导率; 5)高抗电弧烧蚀性; 6)高摩擦系数和耐摩性等。 电子封装材料; 耐摩材料; 集电和电触头材料; 七、金属基复合材料的制造方法 制备金属基复合材料应考虑以下几个方面: 1)增强体的分散问题; 2)制造过程对制品性能的影响; 3)制造过程中应避免各种不利反应;; 4)简单易行,适于批量生产,尽可能直接制成接近最终形状和 尺寸的零件。 金属基复合材料的制造难点及解决方法 难点: 1)高温下的界面反应、氧化反应等; 2)金属与增强体之间浸润性差,甚至不浸润; 3 )将增强体按设计要求的含量、分布、方向均匀 地分布; 解决办法: 1)增强体表面处理 作用是: 有效防止的界面反应,相互扩散,溶解等; 有效改善基体与增强体的润湿性; 优化界面结构和性能 表面处理方法: 化学气相沉积 物理气相沉积 溶胶、凝胶法 电镀、化学镀 2)加入适当合金元素,优化合金成份 有效改善金属基体之间的浸润性; 有效在防止界面反应; 例如:加入钛、锆、铌、铈等元素,可有效改 善纤维与铝液的浸润性, 3)优化工艺方法及工艺参数 金属基复合材料制造方法的分类 归纳起来可分为四大类: 1)固态法; 2)液态成型法; 3)自生成法; 4)其它方法还有:复合涂(镀)法; 固态法 1、粉未冶金法 2、热压固结法(也称扩散粘结法) 3、热等静压法 4、热轧法 5、热挤压和热拉法 6、爆炸焊接法 颗粒(晶须) 合金粉未 混合 热压 成品零件 复合材料坯 料 挤压、轧制等 颗粒(晶须) 合金粉未 混合 冷压 烧结 成品零件 颗粒(晶须) 合金粉未 混合 封装除氧 挤 压 热压法 热压法和热等静压法亦称扩散粘结法,是加压焊接的一种,因此 有时也称扩散焊接法。它是在较长时间的高温及不大的塑性变形 作用下依靠接触部位原子间的相互扩散进行的。扩散粘结过程可 分为三个阶段: ①粘结表面之间的最初接触,由于加热和加压使表面发生变形、 移动、表面膜(通常是氧化膜)破坏; ②随着时间的进行发生界面扩散和体扩散,使接触面密着粘结; ③由于热扩散结合界面最终消失,结过程完成。 影响扩散粘结过程的主要参数是温度、压力和一定温度及压力下 维持的时间,其中温度最为重要,气氛对产品质量也有影响。 热压工艺: 1)纤维与金属基体制成复合材料预制片; 2)将预制片按设计要求裁剪成所需的

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