金属基复合材料-ppt课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《金属基复合材料-ppt课件.ppt》由用户(三亚风情)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 金属 复合材料 ppt 课件
- 资源描述:
-
1、姓名姓名:学号学号:班级:班级:目目 录录 金金属属基基复复合材料合材料概概述述 金金属属基基复复合材料的合材料的种类种类及性能及性能 铝铝基基复复合材料合材料 镁镁基基复复合材料合材料 钛钛基基复复合材料合材料 金金属属基基复复合材料成型工合材料成型工艺简艺简介介2 金属基复合材料金属基复合材料是指以金属及其合金为基体,是指以金属及其合金为基体,一种或几种金属或非金属为增强相,人工结合成一种或几种金属或非金属为增强相,人工结合成的复合材料。组成复合材料的各种分材料称为组的复合材料。组成复合材料的各种分材料称为组分材料,组分材料一般不发生作用,均保持各自分材料,组分材料一般不发生作用,均保持各
2、自的特性独立存在。的特性独立存在。在在方面,不但要求方面,不但要求强度高强度高,还要求,还要求其其重量要轻重量要轻,尤其是在航空航天领域。,尤其是在航空航天领域。3 金属基复合材料金属基复合材料(Metal Matrix Composite, MMC),这一术语包括很广的成分与结构,这一术语包括很广的成分与结构,共同点是有连续的金属基体(包括金属间共同点是有连续的金属基体(包括金属间化合物基体)。化合物基体)。 目的:目的: 把基体的优越的塑性和成形把基体的优越的塑性和成形性与增强体性与增强体的承受的承受载荷能力及刚性结合起来。载荷能力及刚性结合起来。 把基体的高热传导把基体的高热传导性与增强
3、体性与增强体的低热膨胀系数的低热膨胀系数结合起来。结合起来。4相对于相对于传统的金属材传统的金属材料料来说,具有来说,具有较高的较高的与与;而与而与树脂基复合材料树脂基复合材料相比,它又具有相比,它又具有优良的优良的与与;与与陶瓷基材料陶瓷基材料相比,它又具有相比,它又具有和和。5按增强体类型分按增强体类型分颗粒增强金属基复合材料颗粒增强金属基复合材料层状增强复合材料层状增强复合材料纤维(长短及晶须)增强金属基复合材料纤维(长短及晶须)增强金属基复合材料 金属基复合材料金属基复合材料是以金属或合金为基体,以高性能是以金属或合金为基体,以高性能的第二相为增强体的复合材料。的第二相为增强体的复合材
4、料。金属基复合材料品种繁多,有各种分类方式,归纳为以金属基复合材料品种繁多,有各种分类方式,归纳为以下下3 3种:种:6 颗粒增强复合材料是指增强相为弥散分布的颗颗粒增强复合材料是指增强相为弥散分布的颗粒体,颗粒直径和颗粒间距较大,一般大于粒体,颗粒直径和颗粒间距较大,一般大于1 1微米微米。 在这种复合材料中,增强相是主要的承载相,在这种复合材料中,增强相是主要的承载相,而基体的作用则在于传递载荷。颗粒增强复合材料而基体的作用则在于传递载荷。颗粒增强复合材料的强度通常取决于增强颗粒的直径和体积分数,同的强度通常取决于增强颗粒的直径和体积分数,同时还与基体性质,颗粒与基体的界面及颗粒排列的时还
5、与基体性质,颗粒与基体的界面及颗粒排列的形状密切相关。形状密切相关。7层状复合材料是指在韧性和成型性较好的金层状复合材料是指在韧性和成型性较好的金属基体材料中,含有重复排列的高强度、高模量属基体材料中,含有重复排列的高强度、高模量片层状增强物的复合材料。片层状增强物的复合材料。 由于由于薄片增强的强度不如纤维增强相高,因薄片增强的强度不如纤维增强相高,因此层状结构复合材料的强度受到了限制。然而,此层状结构复合材料的强度受到了限制。然而,在增强平面的各个方向上,薄片增强物对强度和在增强平面的各个方向上,薄片增强物对强度和模量都有增强效果,这与纤维单向增强的复合材模量都有增强效果,这与纤维单向增强
6、的复合材料相比具有明显的优越性。料相比具有明显的优越性。8金属基复合材料中的纤维金属基复合材料中的纤维可分为可分为、和和,它们均属于,它们均属于。因此,由纤维增强的复合材料均。因此,由纤维增强的复合材料均表现出明显的表现出明显的特征。特征。 短纤维和晶须在基体中为随机分布,因而短纤维和晶须在基体中为随机分布,因而性能在宏观上表现为各向同性。性能在宏观上表现为各向同性。910金属基复合材料纤维选择要点金属基复合材料纤维选择要点 高强度、高模量。(明显高于金属基体)高强度、高模量。(明显高于金属基体) 耐热性高耐热性高 (如:(如:KFKF不宜选用)不宜选用) 价格低价格低 (比较突出的制约因素)
7、(比较突出的制约因素) 相容性好相容性好 (膨胀系数相近,高温惰性)(膨胀系数相近,高温惰性)11目前以铝基、镁基、钛基复合材料发展较目前以铝基、镁基、钛基复合材料发展较为成熟,已在航天、航空、电子、汽车等为成熟,已在航天、航空、电子、汽车等工业中应用。工业中应用。12按用途分按用途分(1)、结构复合材料)、结构复合材料(2)、功能复合材料)、功能复合材料(3)、智能复合材料)、智能复合材料13结构复合材料结构复合材料:高比强度、高比模量、尺才稳高比强度、高比模量、尺才稳定性、耐热性等是其主要性能特点。用于制造定性、耐热性等是其主要性能特点。用于制造各种航天、航空、汽车、先进武器系统等高性各种
8、航天、航空、汽车、先进武器系统等高性能结构件。能结构件。功能复合材料功能复合材料:高导热、导电性、低膨胀、高高导热、导电性、低膨胀、高阻尼、高耐磨性等物理性能的优化组合是其主阻尼、高耐磨性等物理性能的优化组合是其主要特性。化学性能包括抗氧化性和耐腐蚀性等要特性。化学性能包括抗氧化性和耐腐蚀性等,用于电子、仪器、汽车等工业用于电子、仪器、汽车等工业。智能复合材料智能复合材料:强调具有感觉、反应、自监测、强调具有感觉、反应、自监测、自修复等特性。自修复等特性。 应当注意,功能复合材料和智能复合材料应当注意,功能复合材料和智能复合材料容易混淆。容易混淆。14MMC的性能特征MMCMMC的性能取决于所
9、选组分的特性、含量、分布等。的性能取决于所选组分的特性、含量、分布等。通过优化组合可以具有金属特性,又有较好综合性能的通过优化组合可以具有金属特性,又有较好综合性能的MMCMMC。归纳起来。归纳起来MMCMMC有以下性能特点:有以下性能特点:高比强度、高比模量高比强度、高比模量导热、导电性能导热、导电性能热膨胀系数小、尺寸稳定性好热膨胀系数小、尺寸稳定性好良好的高温性能良好的高温性能耐磨性好耐磨性好良好的断裂韧性和抗疲劳性能良好的断裂韧性和抗疲劳性能不吸潮、不老化、气密性好不吸潮、不老化、气密性好15金属基复合材料的性能特点金属基复合材料的性能特点(1 1)、高比强度、比模量)、高比强度、比模
10、量 在金属基体中加入适量的高强度,高模量,低在金属基体中加入适量的高强度,高模量,低密度的纤维,晶须及颗粒等增强体,显著提高了复密度的纤维,晶须及颗粒等增强体,显著提高了复合材料的合材料的比强度,比刚度和比模量比强度,比刚度和比模量。 在金属中加入高性能,低密度的增强体,可使在金属中加入高性能,低密度的增强体,可使复合材料的比强度,比模量成倍增加。采用高比强复合材料的比强度,比模量成倍增加。采用高比强度,高比模量的金属基复合材料制成的构件相对密度,高比模量的金属基复合材料制成的构件相对密度轻,强度高,刚性好,是航空,航天领域中的理度轻,强度高,刚性好,是航空,航天领域中的理想材料。想材料。 1
11、6(2 2)、导热导电性能)、导热导电性能 虽然有的增强体为绝缘体,但在复合材料中虽然有的增强体为绝缘体,但在复合材料中占很小份额,基体导电及导热性并未被完全阻断占很小份额,基体导电及导热性并未被完全阻断,金属基复合材料仍具有良好的,金属基复合材料仍具有良好的导电与导热性导电与导热性。 为了解决高集成度电子器件的散热问题,现为了解决高集成度电子器件的散热问题,现已研究成功的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、已研究成功的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、金刚石颗粒增强铝基、铜基复合材料的热导率比金刚石颗粒增强铝基、铜基复合材料的热导率比纯铝、铜还高,用它们制成的集成电路底板和封纯铝、铜还高,用它们制成的
12、集成电路底板和封装件可有效迅速地把热量散去,提高了集成电路装件可有效迅速地把热量散去,提高了集成电路的可靠性。的可靠性。17(3 3)、热膨胀系数小、尺寸稳定性好)、热膨胀系数小、尺寸稳定性好 金属基复合材料中的碳纤维、碳化硅纤维、晶须、金属基复合材料中的碳纤维、碳化硅纤维、晶须、颗粒、硼纤维等均具有很小的热膨胀系数,又具有很高颗粒、硼纤维等均具有很小的热膨胀系数,又具有很高的模量,特别是高模量、超高模量的石墨纤维的模量,特别是高模量、超高模量的石墨纤维具有负的具有负的热膨胀系数热膨胀系数。加入相当含量的增强物不仅大幅度提高材。加入相当含量的增强物不仅大幅度提高材料的强度和模量,也使其热膨胀系
13、数明显下降,并可通料的强度和模量,也使其热膨胀系数明显下降,并可通过调整增强物的含量获得不同的热膨胀系数,以满足各过调整增强物的含量获得不同的热膨胀系数,以满足各种应用的要求。种应用的要求。 例如,石墨纤维增强镁基复合材料,当石墨纤维含例如,石墨纤维增强镁基复合材料,当石墨纤维含量达到量达到4848时,复合材料的热膨胀系数为零,在温度变时,复合材料的热膨胀系数为零,在温度变化时使用这种复合材料做成的零件不发生变形。化时使用这种复合材料做成的零件不发生变形。18(4 4)、良好的高温性能)、良好的高温性能 由于金属基体的高温性能比聚合物高很多,增强材由于金属基体的高温性能比聚合物高很多,增强材料
14、主要是无机物,在高温下又都具有很高的高温强度和料主要是无机物,在高温下又都具有很高的高温强度和模量,因此金属基复合材料比基体金属具有更高的高温模量,因此金属基复合材料比基体金属具有更高的高温性能。性能。 如石墨纤维增强铝基复合材料在如石墨纤维增强铝基复合材料在500500高温下,仍具高温下,仍具有有600MPa600MPa的高温强度,而铝基体在的高温强度,而铝基体在300300强度已下降到强度已下降到100MPa100MPa以下。又如钨纤维增强耐热合金,在以下。又如钨纤维增强耐热合金,在11001100,100h100h高温持久强度为高温持久强度为207MPa207MPa,而基体合金的高温持久
15、强,而基体合金的高温持久强度只有度只有48MPa48MPa。 因此金属基复合材料被选用在发动机等高温零部件因此金属基复合材料被选用在发动机等高温零部件上,可大幅度提高发动机的性能和效率。上,可大幅度提高发动机的性能和效率。19(5 5)、良好的耐磨性)、良好的耐磨性 金属基复合材料,尤其是陶瓷纤维、晶须、金属基复合材料,尤其是陶瓷纤维、晶须、颗粒增强金属基复合材料具有很好的耐磨性。颗粒增强金属基复合材料具有很好的耐磨性。 如碳化硅颗粒增强铝基复合材料的耐磨性比如碳化硅颗粒增强铝基复合材料的耐磨性比基体金属高出基体金属高出2 2倍以上;与铸铁比较,倍以上;与铸铁比较,SiCpSiCpAlAl复合
16、材料的耐磨性比铸铁还好。可用于汽车发动复合材料的耐磨性比铸铁还好。可用于汽车发动机、刹车盘、活塞等重要零件,能明显提高零件机、刹车盘、活塞等重要零件,能明显提高零件的性能和使用寿命。的性能和使用寿命。20(6 6)、良好的断裂韧性和抗疲劳性能)、良好的断裂韧性和抗疲劳性能 金属基复合材料的断裂韧性和抗疲劳性能金属基复合材料的断裂韧性和抗疲劳性能取决于增强物与金属基体的界面结合状态,增取决于增强物与金属基体的界面结合状态,增强物在金属基体中的分布以及金属基体、增强强物在金属基体中的分布以及金属基体、增强物本身的特性,特别是物本身的特性,特别是界面状态界面状态,适中的界面,适中的界面结合强度既可有
17、效地传递载荷,又能阻止裂纹结合强度既可有效地传递载荷,又能阻止裂纹的形成与扩展和位错运动,提高材料的断裂韧的形成与扩展和位错运动,提高材料的断裂韧性性。 21(7 7)、不吸潮、不老化、气密性好)、不吸潮、不老化、气密性好 与聚合物相比金属基复合材料性质稳与聚合物相比金属基复合材料性质稳定、组织致密,不老化、分解、吸潮等,定、组织致密,不老化、分解、吸潮等,也不会发生性能的自然退化,这比聚合物也不会发生性能的自然退化,这比聚合物基复合材料好,在太空使用不会分解出低基复合材料好,在太空使用不会分解出低分子物质污染仪器和环境,有明显的优越分子物质污染仪器和环境,有明显的优越性。性。22铝木复合板铝
18、木复合板铜包钢导线铜包钢导线镍镍/ /不锈钢不锈钢钛钛/ /铜复合铜复合陶瓷陶瓷/ /钢复合管钢复合管铝蜂窝复合板铝蜂窝复合板金属基复合材料实例金属基复合材料实例23 航空航天工业中需要大型的、重量轻的结构材航空航天工业中需要大型的、重量轻的结构材料,例如波音料,例如波音747大型运输机、远距离通信天线、大型运输机、远距离通信天线、巨型火箭及宇航飞行器等。在设计这些结构时,问巨型火箭及宇航飞行器等。在设计这些结构时,问题之一就涉及到平方题之一就涉及到平方立方尺寸关系,即结构的立方尺寸关系,即结构的随其尺寸的随其尺寸的增加而增加而却随其线尺却随其线尺寸的寸的增加。所以,假若要保证大型结构的机动增
19、加。所以,假若要保证大型结构的机动性和高效率,就需要更完善的设计和更好的材料。性和高效率,就需要更完善的设计和更好的材料。24是在金属基复合材料中是在金属基复合材料中的一种。由于的一种。由于为为结构,因此具有良好的结构,因此具有良好的,再加之它所具有的,再加之它所具有的、及及等优点,为其在工程上应用创造了有利的条件。等优点,为其在工程上应用创造了有利的条件。在在制造铝基复合材料制造铝基复合材料时,通常并不是使用纯铝而是时,通常并不是使用纯铝而是。25铝铝基复复合材料 大型运载工具的首选材料。如波音大型运载工具的首选材料。如波音747747、757757、767767 常用:常用:B/AlB/A
20、l、C/AlC/Al、SiCSiC/Al/Al SiCSiC纤维密度较纤维密度较B B高高3030,强度较低,但相容性好。,强度较低,但相容性好。 C C纤维纱细,难渗透浸润,抗折性差,反应活性较高。纤维纱细,难渗透浸润,抗折性差,反应活性较高。 基体材料可选变形铝、铸造铝、焊接铝及烧结铝。它们基体材料可选变形铝、铸造铝、焊接铝及烧结铝。它们塑性好制备铝薄容易。塑性好制备铝薄容易。26 铝基复合材料的增强体主要有铝基复合材料的增强体主要有3种:长纤维,晶种:长纤维,晶须和颗粒;基体主要有纯铝及其合金。基体合金的种须和颗粒;基体主要有纯铝及其合金。基体合金的种类较多,主要有两大类:变形合金和铸造
21、合金。类较多,主要有两大类:变形合金和铸造合金。 27 (1)(1)、长纤维增强铝基复合材料、长纤维增强铝基复合材料 长纤维对铝基体的增强方式可以以单向纤维、二长纤维对铝基体的增强方式可以以单向纤维、二维织物和三维织物存在。长纤维增强铝基复合材料主维织物和三维织物存在。长纤维增强铝基复合材料主要有:要有:B Bf fAlAl、C Cf fAlAl、SiCSiCf fAlAl、AlAl2 20 03f3fAlAl和不锈和不锈钢丝钢丝AlAl等。等。 B Bf fAlAl复合材料复合材料 硼纤维是在钨或碳丝化学气相沉积而形成的单丝,硼纤维是在钨或碳丝化学气相沉积而形成的单丝,直径较粗直径较粗(10
22、0(100140m)140m),因而在工艺上较易制造。,因而在工艺上较易制造。 28 纤维含量越高,其拉伸强度的变化。纤维含量越高,其拉伸强度的变化。 硼硼- -铝复合材料的耐高温性突出。铝复合材料的耐高温性突出。29 硼硼- -铝复合材料中由于纤维的纵向热膨胀系数铝复合材料中由于纤维的纵向热膨胀系数与基体的热膨胀系数差别较大,因此在界面会产生与基体的热膨胀系数差别较大,因此在界面会产生较高的残余应力。较高的残余应力。30B Bf fAlAl复合复合复合材料的制造包括将复合材料的组分复合材料的制造包括将复合材料的组分组装组装并并压合压合成适于制造复合材料零件的形状。成适于制造复合材料零件的形状
23、。常用的工艺有两种常用的工艺有两种:一、纤维与基体的组装压合和零件成型同时进行一、纤维与基体的组装压合和零件成型同时进行;二、先加工成复合材料的预制品,然后再将预制品二、先加工成复合材料的预制品,然后再将预制品制成最终形状的零件。制成最终形状的零件。 前一种工艺类似于铸件,后一种则类似于先铸锭前一种工艺类似于铸件,后一种则类似于先铸锭然后再锻成零件的形状。然后再锻成零件的形状。31 C Cf fAlAl复合材料复合材料 碳纤维密度小,具有优异的力学性能,是目前碳纤维密度小,具有优异的力学性能,是目前可作金属基复合材料增强物的高性能纤维中价格可作金属基复合材料增强物的高性能纤维中价格最便宜的一种
24、,它们与很多种金属基体复合,制最便宜的一种,它们与很多种金属基体复合,制成了高性能的金属基复合材料。成了高性能的金属基复合材料。 但是由于碳但是由于碳( (石墨石墨) )纤维与液态铝的浸润性差,纤维与液态铝的浸润性差,高温下相互之间又容易发生化学反应,生成严重高温下相互之间又容易发生化学反应,生成严重影响复合材料性能的化合物。人们采取了多种纤影响复合材料性能的化合物。人们采取了多种纤维表面处理方法来解决这个问题,比如在碳纤维维表面处理方法来解决这个问题,比如在碳纤维表面镀铬、铜等。表面镀铬、铜等。32 碳纤维对复合材料的力学性能影响很大。碳纤维对复合材料的力学性能影响很大。 表表5-105-1
展开阅读全文