第5章--金属陶瓷基复合材料

第五章、结构复合材料2019/11/2622019/11/265.2.1概述金属基复合材料(MMC)定义金属基体的作用：①固结增强体②传递和承受载荷③赋予形状，可加工性④影响材料强度、刚度等性能性能优势：①资源丰富②模量、耐热性高③强度高、可强化④塑性、韧性好⑤光、电、磁、热、弹等性能优良复合材料基体共有的特性和功能2019/11/2632019/11/265.2.2金属基体(1)常用金属基体包括：铝、镁、钛、铜、金属间化合物和高温合金常用金属基体有：铝及其合金镁及其合金钛及其合金铜及其合金金属间化合物和镍及其合金不锈钢现代武器装备的基础性材料，纳入国家重大基础材料研究范畴。2019/11/2642019/11/265.2.2金属基体(2)不同基体的金属基结构复合材料的使用温度范围★铝、镁及其合金使用温度450℃；★钛合金450~650℃；★金属间化合物和镍其、铁基耐热合金650~1200℃。2019/11/2652019/11/26(3)功能复合材料的金属基体电子工业:SiC/Al,SiC/Cu;Cf/Al;Cf/Cu等等耐磨零件：碳化硅，氧化铝颗粒，晶须等用作集电和电触头：SiC，金属丝，石墨颗粒增强铝，铜等耐腐蚀电池极板：石墨碳纤维增强铅合金等2019/11/2662019/11/265.2.3金属基复合材料重要体系Al2O3/(Al、Mg)主要特点●高的比强度、比模量；●好的韧性；●比聚合物高的使用温度。2019/11/2672019/11/265.2.3金属基复合材料5.2.3.1制造方法（1）固态制造工艺①粉末合金法②固态热压法③热等静压法④热轧法⑤热挤压法⑥热拉拔法⑦爆炸焊接法2019/11/2682019/11/265.2.3.1制造方法（2）液态制造工艺①真空压力浸渍法②液态金属浸渍法③热喷涂法④挤压铸造法⑤共喷沉淀法⑥液态金属搅拌铸造法2019/11/2692019/11/26（3）原位法①定向凝固法②反应自生成法（4）其他制造工艺①原位自生成法②物理气相沉积法③化学镀④电镀⑤复合镀⑥自蔓延大功率电子束物理气相沉积磁控溅射源的物理气相沉积电弧离子镀凝胶的自蔓延燃烧2019/11/26102019/11/265.2.3.2金属基复合材料的性能(1)组成相的要求(2)热处理性能；(3)力学性能;(4)热学性能;(5)抗蠕变性能;(6)磨损性能；(7)电学性能2019/11/26112019/11/265.2.3.3金属基复合材料的应用Bf/Al用作航天飞机部件;Cf/Al用作NASA空间望远镜的天线支架;FP-Al2O3f/(Al,Mg)用作汽车部件和内燃机连杆等等2019/11/26122019/11/26铝合金在飞机上的应用2019/11/26132019/11/265.3陶瓷基复合材料5.3.1常用陶瓷基体材料（1）氧化物陶瓷①氧化铝陶瓷②氧化锆陶瓷（2）氮化物陶瓷①氮化硅陶瓷②氮化硼陶瓷③氮化铝陶瓷2019/11/26142019/11/265.3.1常用陶瓷基体材料（3）碳化物及碳陶瓷①碳化硅陶瓷②碳化锆陶瓷③碳化铬陶瓷④碳化钨陶瓷⑤碳化钛陶瓷（4）玻璃、玻璃陶瓷和其他陶瓷①玻璃（高硅氧玻璃，硼硅玻璃，铝硅玻璃）；②玻璃陶瓷（铝锂硅酸、镁铝硅酸玻璃陶瓷）；③其他陶瓷（硼化物陶瓷，硅化物陶瓷）2019/11/26152019/11/265.3.2陶瓷基复合材料的制造制备步骤:将增强体材料掺入到未凝结的基体中,使基体和增强体材料一道成为整体材料。(1)连续纤维增强陶瓷基复合材料的制备工艺四大系列:Al2O3纤维/ZrO2,SiC纤维/SiC,Si3N4纤维/Si3N4SiC纤维/Si3N42019/11/26162019/11/265.3.2陶瓷基复合材料的制造制备方法:①料浆浸渍-热压烧结法；②化学气相渗透法③有机先驱体热解法；④熔融渗透法⑤直接氧化沉淀法；⑥反应烧结法(2)晶须和颗粒增强陶瓷基复合材料的制备工艺①晶须复合材料制备工艺a.烧结法b.先驱体转化法c.电泳沉积法2019/11/26172019/11/26②原位生长晶须③颗粒增强陶瓷基复合材料(3)纳米陶瓷复合材料的制造工艺及性能①熔融-热压法②冻胶铸造法③先驱体裂解法④原位生成法纳米相提高了复合材料的弯曲强度和使用温度,改善了断裂韧性和复合材料的抗蠕变性能。2019/11/26182019/11/26(4)碳/碳陶瓷复合材料的制造工艺及性能优点:高温热性能缺点:性能,加工,设计制造工艺:⑴碳纤维的胚体制备；⑵碳基体的制备；⑶基体与纤维的复合.2019/11/26192019/11/26碳/碳复合材料的性能①力学性能②热物理性能③烧蚀性能④化学稳定性能碳/碳复合材料的应用①导弹和宇航工业②航空工业③汽车工业④其他方面的应用5.3.3陶瓷基复合材料的应用可应用于切削刀具,热机部件,耐腐蚀部件,特殊电子/电气部件,能量转换元件.2019/11/26202019/11/265.2.4碳/碳复合材料5.2.4.1制备方法碳/碳复合材料是由碳纤维与热固性树脂复合材料热分解而制成。2019/11/26212019/11/26第一步：绝氧条件下，树脂热解转化成碳降低材料的强度形成多孔的碳基体第二步：运用碳填充空隙，使之加密提高强度化学气相沉积法液相浸渍法碳化硅保护高温下的氧化2019/11/26222019/11/265.2.4.2性能轻质、高强度、高硬度和耐高温；熔点高,高温抗氧化性能好;化学稳定好,耐辐射，具有较高的热辐射率;具有碳纤维与碳材料的突出性能;低温下，易于氧化。2019/11/26232019/11/265.2.4.3应用航空和航天材料;生物医学材料;坦克装甲用耐磨材料;化工领域的抗腐蚀材料等.2019/11/26242019/11/26新一代环保飞机碳碳复合材料制成的活塞碳纤维与树脂制成的Promachien自行车2019/11/26252019/11/265.2.5混杂复合材料定义:混杂复合材料是两种或两种以上纤维同时增强同一种基体的复合材料。特点:多种纤维性能相互弥补，正混杂效应,具有较好的经济效益。有利于发挥增强体材料的综合效能。钛／石墨纤维