金屬基復(fù)合材料定稿

1、金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料鋁基復(fù)合材料鋁基復(fù)合材料鋁基復(fù)合材料基體鋁基復(fù)合材料基體v鋁有許多特點(diǎn)鋁有許多特點(diǎn), ,如質(zhì)量輕、密度小、可塑性好如質(zhì)量輕、密度小、可塑性好, ,熔點(diǎn)低制備工藝簡單。熔點(diǎn)低制備工藝簡單。v鋁基復(fù)合技術(shù)容易掌握鋁基復(fù)合技術(shù)容易掌握, ,易于加工易于加工，比強(qiáng)度和比比強(qiáng)度和比剛度高剛度高, ,高溫性能好高溫性能好, ,更耐疲勞和更耐磨更耐疲勞和更耐磨, ,阻尼性阻尼性能好能好, ,熱膨脹系數(shù)低。熱膨脹系數(shù)低。v同其他復(fù)合材料一樣同其他復(fù)合材料一樣, ,它能組合特定的力學(xué)和物它能組合特定的力學(xué)和物理性能理性能, ,以滿足產(chǎn)品的需要。因此以滿足產(chǎn)品的需要。因此, ,鋁基復(fù)合

2、材鋁基復(fù)合材料已成為金屬基復(fù)合材料中最常用的、最重要料已成為金屬基復(fù)合材料中最常用的、最重要的材料之一。的材料之一。常見鋁基體常見鋁基體v工業(yè)純鋁工業(yè)純鋁v鑄造冶金變形鋁合金（鑄造冶金變形鋁合金（2014、2024、2124等，且不選含等，且不選含Mn Cr的鋁合金，因其產(chǎn)生脆性的鋁合金，因其產(chǎn)生脆性相相 ）v粉末冶金變形鋁合金粉末冶金變形鋁合金v鑄造鋁合金鑄造鋁合金v新型鋁合金新型鋁合金復(fù)合材料增強(qiáng)基復(fù)合材料增強(qiáng)基v分類：分類： 連續(xù)的和非連續(xù)的纖維、晶須、顆粒。連續(xù)的和非連續(xù)的纖維、晶須、顆粒。v特性：特性： 高強(qiáng)度、高模量、高剛度、抗疲勞、耐熱、高強(qiáng)度、高模量、高剛度、抗疲勞、耐熱、耐磨

3、、抗腐蝕、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)電、導(dǎo)熱以耐磨、抗腐蝕、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)電、導(dǎo)熱以及潤濕性、化學(xué)相容性、易加工等。及潤濕性、化學(xué)相容性、易加工等。 鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維有硼纖維，碳纖鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維有硼纖維，碳纖維，碳化硅纖維等。維，碳化硅纖維等。鋁復(fù)合材料的種類與分類鋁復(fù)合材料的種類與分類v鋁合金材料可按鋁合金材料可按增強(qiáng)相增強(qiáng)相，鋁基體鋁基體及及材料特性材料特性三方三方面進(jìn)行分類。面進(jìn)行分類。v按增強(qiáng)體分類：按增強(qiáng)體分類： 長纖維增強(qiáng)復(fù)合材料長纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料 混合增強(qiáng)復(fù)合材料混合增強(qiáng)復(fù)合材料 納米復(fù)合材料納米復(fù)合材

4、料 層合復(fù)合材料層合復(fù)合材料 傾瀉復(fù)合材料傾瀉復(fù)合材料 表面復(fù)合材料表面復(fù)合材料 鑄造鋁合金基復(fù)合材料鑄造鋁合金基復(fù)合材料 變形鋁合金基復(fù)合材料變形鋁合金基復(fù)合材料v以鋁基體分類以鋁基體分類 工業(yè)純鋁基復(fù)合材料工業(yè)純鋁基復(fù)合材料 新型鋁合金基復(fù)合材料新型鋁合金基復(fù)合材料 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料以特性分類以特性分類 功能復(fù)合材料功能復(fù)合材料 智能復(fù)合材料智能復(fù)合材料鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用1 1 、在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用、在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用 美國的美國的Duralcan研制出用研制出用SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造汽車顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造汽車制動盤制動盤,用其代替?zhèn)鹘y(tǒng)鑄鐵制動盤，用其代

5、替?zhèn)鹘y(tǒng)鑄鐵制動盤，使其重量減輕了使其重量減輕了60%40%,而且提高了耐磨性能而且提高了耐磨性能,噪音明顯減小噪音明顯減小,摩擦散熱快摩擦散熱快;同時該公司還用同時該公司還用SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造了汽車發(fā)動機(jī)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造了汽車發(fā)動機(jī)活塞和齒輪箱等汽車零部件活塞和齒輪箱等汽車零部件,這種汽車活塞比鋁合金活塞具有這種汽車活塞比鋁合金活塞具有較高的耐磨性、良好的耐高溫性能和抗咬合性能較高的耐磨性、良好的耐高溫性能和抗咬合性能,同時熱膨脹同時熱膨脹系數(shù)更小系數(shù)更小,導(dǎo)熱性更好。導(dǎo)熱性更好。 用用SiCp/Al復(fù)合材料制成的汽車齒輪箱在強(qiáng)度和耐復(fù)合材料制成的汽車齒輪箱在強(qiáng)度和耐磨性方

6、面均比鋁合金齒輪箱有明顯的提高。鋁合金復(fù)合材磨性方面均比鋁合金齒輪箱有明顯的提高。鋁合金復(fù)合材料也可以用來制造剎車轉(zhuǎn)子、剎車活塞、剎車墊板、卡鉗料也可以用來制造剎車轉(zhuǎn)子、剎車活塞、剎車墊板、卡鉗等剎車系統(tǒng)元件等剎車系統(tǒng)元件上個世紀(jì)上個世紀(jì)80年代年代,日本日本豐田公司成功地用豐田公司成功地用/AlOAl32復(fù)合材料制備了復(fù)合材料制備了發(fā)動機(jī)活塞發(fā)動機(jī)活塞,與原來的與原來的鑄鐵發(fā)動鑄鐵發(fā)動機(jī)活塞相比機(jī)活塞相比,重量減輕了重量減輕了10%5%,導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性提高了提高了4倍。倍。2 2 、在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用、在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 Cercast公司采用熔模鑄造工藝研制成公司采用熔模鑄造工藝研制成A

7、357SiC20%Vol+復(fù)合材料復(fù)合材料,用該材料代替鈦合金制用該材料代替鈦合金制造直徑達(dá)造直徑達(dá)mm 180、重、重17.3kg的飛機(jī)攝相鏡方向架的飛機(jī)攝相鏡方向架,使使其成本和重量明顯降低其成本和重量明顯降低, 同時該復(fù)合材料還可用來制造衛(wèi)星反動輪和方向架的支同時該復(fù)合材料還可用來制造衛(wèi)星反動輪和方向架的支撐架。撐架。 美國美國DWA公司用公司用/6061SiC 25%p鋁基復(fù)合材料代鋁基復(fù)合材料代替替7075制造航空結(jié)構(gòu)的導(dǎo)槽、角材，使其密度下降了制造航空結(jié)構(gòu)的導(dǎo)槽、角材，使其密度下降了17%，模量提高了，模量提高了65%。 鑄造鑄造SiC顆粒增顆粒增強(qiáng)強(qiáng)A356和和A357復(fù)復(fù)合材料

8、可以制造飛機(jī)合材料可以制造飛機(jī)液壓管、直升機(jī)的起液壓管、直升機(jī)的起落架和閥體等落架和閥體等3 3 、在電子和光學(xué)儀器中的應(yīng)用、在電子和光學(xué)儀器中的應(yīng)用v鋁基復(fù)合材料鋁基復(fù)合材料,特別是特別是SiC增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,由于由于具有熱膨脹系數(shù)小、密度低、導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn)具有熱膨脹系數(shù)小、密度低、導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn),適合于制造電子器材的襯裝材料、散熱片等電子適合于制造電子器材的襯裝材料、散熱片等電子器件。器件。SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)完全可以與電子器件材料的熱膨脹相匹配完全可以與電子器件材料的熱膨脹相匹配,而且導(dǎo)而且導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能也非常好。電

9、、導(dǎo)熱性能也非常好。vIBM公司公司2004年第年第2期黃永攀等期黃永攀等: 鋁基復(fù)合材料鋁基復(fù)合材料的性能、應(yīng)用及制造工藝就是利用其上述性能，的性能、應(yīng)用及制造工藝就是利用其上述性能，在在MCMs器件中使用該種材料封裝和改進(jìn)冷卻系器件中使用該種材料封裝和改進(jìn)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)統(tǒng)結(jié)構(gòu),使其工作時產(chǎn)生的熱量迅速擴(kuò)散使其工作時產(chǎn)生的熱量迅速擴(kuò)散,提高了提高了元件的有效性。元件的有效性。 在精密儀器和光在精密儀器和光學(xué)儀器的應(yīng)用研究方學(xué)儀器的應(yīng)用研究方面面,鋁基復(fù)合材料用于鋁基復(fù)合材料用于制造望遠(yuǎn)鏡的支架和制造望遠(yuǎn)鏡的支架和副鏡等部件。副鏡等部件。 另外鋁基復(fù)合另外鋁基復(fù)合材料還可以制造慣性材料還可以制造

10、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精密零件、導(dǎo)航系統(tǒng)的精密零件、旋轉(zhuǎn)掃描鏡、紅外觀旋轉(zhuǎn)掃描鏡、紅外觀測鏡、激光鏡、激光測鏡、激光鏡、激光陀螺儀、反射鏡、鏡陀螺儀、反射鏡、鏡子底座和光學(xué)儀器托子底座和光學(xué)儀器托架等許多精密儀器和架等許多精密儀器和光學(xué)儀光學(xué)儀器器4 4 、在體育用品上的應(yīng)用、在體育用品上的應(yīng)用v鋁基復(fù)合材料可以代替木材及金屬材料來制作網(wǎng)鋁基復(fù)合材料可以代替木材及金屬材料來制作網(wǎng)球拍、釣魚竿、高爾夫球桿和滑雪板等。球拍、釣魚竿、高爾夫球桿和滑雪板等。v用用SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制作的自行車鏈齒顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制作的自行車鏈齒輪重量輕、剛度高、不易撓曲變形輪重量輕、剛度高、不易撓曲變形,性能優(yōu)于

11、鋁合性能優(yōu)于鋁合金鏈齒輪金鏈齒輪鎳基復(fù)合材料鎳基復(fù)合材料 鎳基復(fù)合材料是以鎳基復(fù)合材料是以制造的。由于鎳的制造的。由于鎳的，因此這種復(fù)合材料主要是用于制造，因此這種復(fù)合材料主要是用于制造高溫高溫下工作的零部件下工作的零部件。用途：鎳基變形高溫合金廣泛地用來制造航空噴氣發(fā)動機(jī)、用途：鎳基變形高溫合金廣泛地用來制造航空噴氣發(fā)動機(jī)、各種工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的熱端部件，如工作葉片，導(dǎo)向葉片、渦各種工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的熱端部件，如工作葉片，導(dǎo)向葉片、渦輪盤和燃燒室等。輪盤和燃燒室等。 高溫合金高溫合金汽車增壓器噴嘴環(huán)葉片汽車增壓器噴嘴環(huán)葉片 1.鈦基復(fù)合材料的種類：鈦基復(fù)合材料的種類：鈦是同素異構(gòu)體，熔點(diǎn)為鈦是同素異

12、構(gòu)體，熔點(diǎn)為1720，在低于，在低于882時呈密排六方晶時呈密排六方晶格結(jié)構(gòu)，稱為格結(jié)構(gòu)，稱為鈦；鈦；在在882以上呈體心立方品格結(jié)構(gòu)，稱為以上呈體心立方品格結(jié)構(gòu)，稱為鈦。鈦。 2.熱氫處理對顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料顯微組織熱氫處理對顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料顯微組織 原始復(fù)合材料的相變溫度為1035C，含氫0.15 wt.%的復(fù)合材料，其相變溫度溫度為935C 對于含氫0.60 wt.%的復(fù)合材料，其相變溫度溫度為825C 3.鈦基復(fù)合材料的應(yīng)用鈦基復(fù)合材料的應(yīng)用采用樹脂基復(fù)合材料和鈦基復(fù)合材料制造起落架，與采用樹脂基復(fù)合材料和鈦基復(fù)合材料制造起落架，與300M鋼比鋼比較可獲得明顯減重，較可獲得明顯減

13、重，空心的樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)大約空心的樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)大約1.5厘米厘米厚，較之標(biāo)準(zhǔn)的厚，較之標(biāo)準(zhǔn)的26千克的千克的300M鋼約輕鋼約輕5千克千克 4.生物上的應(yīng)用生物上的應(yīng)用Ti2448鈦合金是迄今為止初始楊氏模量最低的鈦合金，與人體組織的生物相容性和力學(xué)相容性優(yōu)異，是一種具有人體骨骼仿生特性的新型生物醫(yī)用金屬材料，該合金同時具有高強(qiáng)度、高阻尼、超彈性等優(yōu)異性能和易加工、易焊接等加工性能，在航天等尖端工程領(lǐng)域也具有重要的潛在應(yīng)用 5.航空中的應(yīng)用航空中的應(yīng)用 高溫鈦合金主要用于制造航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉片、盤和機(jī)匣等零件，這些零件高溫鈦合金主要用于制造航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉片、盤和機(jī)匣等零件，這些

14、零件要求材料在高溫工作條件下要求材料在高溫工作條件下(300600)具有較高的比強(qiáng)度、高溫蠕變抗具有較高的比強(qiáng)度、高溫蠕變抗力、疲勞強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性。隨著航空發(fā)動機(jī)推重比的提高，高力、疲勞強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性。隨著航空發(fā)動機(jī)推重比的提高，高壓壓氣機(jī)出口溫度升高導(dǎo)致高溫鈦合金葉片和盤的工作溫度不斷升高。經(jīng)過壓壓氣機(jī)出口溫度升高導(dǎo)致高溫鈦合金葉片和盤的工作溫度不斷升高。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，固溶強(qiáng)化型的高溫鈦合金最高工作溫度由幾十年的發(fā)展，固溶強(qiáng)化型的高溫鈦合金最高工作溫度由350提高到了提高到了600。鎂基鎂基復(fù)合材料復(fù)合材料碳（石墨）纖維碳（石墨）纖維SiCSiC顆?；蚓ы氼w?；蚓?/p>

15、須AlAl2 20 03 3顆?；蚶w維顆?；蚶w維TiCTiC顆粒顆粒B B4 4C C顆粒顆粒A1A11818B B4 40 03333顆?；蚓ы氼w?；蚓ы氃鰪?qiáng)相結(jié) 構(gòu)0102030405060708019982000200220042006年度萬噸鎂的性能鎂的性能世界鎂產(chǎn)量中國鎂產(chǎn)量重量輕重量輕：鎂合金是最輕的工程結(jié)構(gòu)材料。鎂的密度1.74，約為鋼的1/4，鋁的2/3，為工程塑料的1.5倍。比強(qiáng)度、比剛度高比強(qiáng)度、比剛度高：鎂合金的比強(qiáng)度明顯高于鋁合金和鋼，比剛度與鋁合金和鋼相當(dāng)，而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工程塑料，為一般塑料的10倍。 減振性好減振性好：相同載荷下，是鋁的100倍，鈦合金的300500倍。

16、電磁屏蔽性佳。散熱性好散熱性好：金屬的熱傳導(dǎo)性是塑料的數(shù)百倍，其熱傳導(dǎo)性略低于鋁合金及銅合金，遠(yuǎn)高于鈦合金，常用合金中比熱最高。耐蝕性好耐蝕性好：為碳鋼的8倍，鋁合金的4倍，為塑料材料的10倍以上。質(zhì)感佳：外觀及觸摸質(zhì)感極佳，使產(chǎn)品更具豪華感。可回收性好可回收性好：花費(fèi)相當(dāng)于新料價(jià)格的4%，可回收利用鎂合金制品及廢料。鎂基復(fù)合材料的組織與性能鎂基復(fù)合材料的組織與性能 v 鎂基復(fù)合材料組織特征為增強(qiáng)體分布在基體合金中，同鎂基復(fù)合材料組織特征為增強(qiáng)體分布在基體合金中，同時引入了大量的界面以及高密度位錯纏結(jié)，其晶粒度較時引入了大量的界面以及高密度位錯纏結(jié)，其晶粒度較基體合金也小，無論是高密度位錯引起

17、的位錯強(qiáng)化，還基體合金也小，無論是高密度位錯引起的位錯強(qiáng)化，還是細(xì)化晶粒的作用都將提高和改善復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度是細(xì)化晶粒的作用都將提高和改善復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和剛度等力學(xué)性能。和剛度等力學(xué)性能。 v 擠壓變形、固溶時效以及其它一些工藝的運(yùn)用和調(diào)整都擠壓變形、固溶時效以及其它一些工藝的運(yùn)用和調(diào)整都將有利于進(jìn)一步提高鎂基復(fù)合材料力學(xué)性能。鎂基復(fù)合將有利于進(jìn)一步提高鎂基復(fù)合材料力學(xué)性能。鎂基復(fù)合材料具有良好的阻尼性能材料具有良好的阻尼性能(減振性能減振性能)、電磁屏蔽性能和、電磁屏蔽性能和儲氫特性，是良好的功能材料，還具備密度小、貯氫容儲氫特性，是良好的功能材料，還具備密度小、貯氫容量高、資源豐富等

18、優(yōu)點(diǎn)。量高、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)。 v 鎂基貯氫復(fù)合材料正被日益重視，主要制備方法有多元鎂基貯氫復(fù)合材料正被日益重視，主要制備方法有多元合金化、機(jī)械合金化、多元復(fù)合等。合金化、機(jī)械合金化、多元復(fù)合等。密度低，比強(qiáng)度和比剛度高，同時還具有良好的耐磨性、耐沖擊性、優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性和鑄造性能，是一類優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)與功能材料主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)若是利用鎂合金做基體制作復(fù)合材料，則能夠在保護(hù)鎂合金的同時又能發(fā)揮鎂合金比強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)采用熱軋制備了7075AIMGY7075A1疊層復(fù)合材料，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)到300 MPa以上，最高達(dá)370 MPa，高于常見鎂合金的。隨著鋁合金厚度的增加，疊層復(fù)合材料的拉伸

19、和彎曲剛度逐漸增加，且拉伸剛度均高于相應(yīng)鎂合金的。隨著鋁合金厚度的增加，3003A1AZ313003A1疊層復(fù)合材料的拉伸比剛度逐漸減小，其它3種疊層復(fù)合材料的則逐漸增加，但上述4種鎂基疊層復(fù)合材料的彎曲比剛度均先增加后降低。MGY系疊層復(fù)合材料的彎曲比剛度在鎂合金厚度約占12時達(dá)到最大值，而AZ31系疊層復(fù)合材料的則在鎂合金厚度約占40時達(dá)到最大值。優(yōu)優(yōu)良的力良的力學(xué)學(xué)性能性能儲氫儲氫性能性能 鎂基復(fù)合材料具有儲氫量大儲氫量大、質(zhì)量輕、價(jià)格低以及資源豐富資源豐富等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用應(yīng)用v 美國美國TEXTRON、DOW 化學(xué)公司用化學(xué)公司用SiC Mg復(fù)合材復(fù)合材料制造螺旋槳、導(dǎo)彈尾翼、內(nèi)部加強(qiáng)的汽

20、缸等。料制造螺旋槳、導(dǎo)彈尾翼、內(nèi)部加強(qiáng)的汽缸等。 v DOW 化學(xué)公司用化學(xué)公司用AlzO SiC Mg復(fù)合材料已制成皮復(fù)合材料已制成皮帶輪、油泵蓋等耐磨件，并制備出完全由帶輪、油泵蓋等耐磨件，并制備出完全由AlzO Mg復(fù)合材料構(gòu)成的油泵。復(fù)合材料構(gòu)成的油泵。 v 美國海軍研究所和斯坦福大學(xué)利用美國海軍研究所和斯坦福大學(xué)利用B C MgLi、BpMgLi復(fù)合材料制造衛(wèi)星天線構(gòu)件。復(fù)合材料制造衛(wèi)星天線構(gòu)件。 v 加拿大鎂技術(shù)研究所成功開發(fā)了攪拌鑄造及擠壓鑄造加拿大鎂技術(shù)研究所成功開發(fā)了攪拌鑄造及擠壓鑄造SiC顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，試圖利用其低密度、耐磨顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，試圖利用其低密度、耐

21、磨損、高比剛度等特點(diǎn)用于汽車的盤狀葉輪、活塞環(huán)槽、損、高比剛度等特點(diǎn)用于汽車的盤狀葉輪、活塞環(huán)槽、齒輪、變速箱軸承、差動軸承、撥叉、連桿、搖臂等零齒輪、變速箱軸承、差動軸承、撥叉、連桿、搖臂等零部件。部件。應(yīng)用鎂基復(fù)合材料產(chǎn)品電子工業(yè)汽車工業(yè)航空航天工業(yè)鎂基復(fù)合材料的發(fā)展前景展望鎂基復(fù)合材料的發(fā)展前景展望 從目前發(fā)展趨勢看，簡化現(xiàn)有制備工藝、改善成形性以降低制備成本是從目前發(fā)展趨勢看，簡化現(xiàn)有制備工藝、改善成形性以降低制備成本是發(fā)展鎂基復(fù)合材料的攻克點(diǎn)，從而能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化。發(fā)展鎂基復(fù)合材料的攻克點(diǎn)，從而能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化。研究方向研究方向： (1)低成本制備技術(shù)的開發(fā)低成本制備技術(shù)的開

22、發(fā) (2)增強(qiáng)體的選擇增強(qiáng)體的選擇 (3)超輕系鎂基復(fù)合材料的研究超輕系鎂基復(fù)合材料的研究 (4)鎂基功能復(fù)合材料的開發(fā)利用，尤其是鎂基儲能材料的研究開發(fā)會鎂基功能復(fù)合材料的開發(fā)利用，尤其是鎂基儲能材料的研究開發(fā)會更加深入。更加深入。 (5)鎂基復(fù)合材料回收和再利用技術(shù)。這是應(yīng)環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展要求而鎂基復(fù)合材料回收和再利用技術(shù)。這是應(yīng)環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展要求而必須面對的新型課題。必須面對的新型課題。 (6)鎂基復(fù)合材料的智能化設(shè)計(jì)。鎂基復(fù)合材料的智能化設(shè)計(jì)。 37金屬基復(fù)合材料的對復(fù)合材料的有很大的影響，是金屬基復(fù)合材料的之一。38 金屬基體與增強(qiáng)材料的和； 金屬基體/增強(qiáng)材料和在工藝過程中的形成

23、及控制；39 在金屬基體中的； 防止在制備工藝過程中的； 優(yōu)化，提高復(fù)合材料的，降低。 40根據(jù)各種把分為四大類：4142固態(tài)制備工藝主要為和兩種方法。43在一定的溫度和壓力下，把表面新鮮清潔的相同或不相同的金屬，通過而連接在一起。因而，擴(kuò)散結(jié)合也成為一種制造的傳統(tǒng)工藝方法。44中，增強(qiáng)纖維與基體的結(jié)合主要分為三個關(guān)鍵步驟：45采用擴(kuò)散結(jié)合方式制備金屬基復(fù)合材料，要求嚴(yán)格，纖維排布、疊合以及封裝手工操作多，成本高。但是連續(xù)纖維增強(qiáng)并能按照鋪層要求排布的惟一可行的工藝。46在中，增強(qiáng)纖維與基體的容易解決，而且在熱壓時可通過的辦法來。因此，在金屬基復(fù)合材料的中大量采用。47粉末冶金既可用于增強(qiáng)，又

24、可用于、或增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。48在粉未冶金法中，長纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料分兩步進(jìn)行。首先是將預(yù)先設(shè)計(jì)好的一定體積百分比的混裝于容器中，在真空或保護(hù)氣氛下。然后將預(yù)燒結(jié)體進(jìn)行加工。49一般情況下，采用制備的長纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中，纖維的為40% 60%，最多可達(dá)75%。50 或金屬熔點(diǎn)，因而由高溫引起的增強(qiáng)材料與金屬基體的，減小了界面反應(yīng)對復(fù)合材料性能的不利影響。同時可以通過熱等靜壓或燒結(jié)時的、和等工藝參數(shù)來控制界面反應(yīng)。51 可根據(jù)性能要求，使增強(qiáng)材料（纖維、顆?；蚓ы殻┡c基體金屬粉末，可達(dá)75%，可達(dá)50%以上，這是液態(tài)法無法達(dá)到的。52 可降低增強(qiáng)材料與基體的要求，也降低了增強(qiáng)材料

25、與基體粉未的的要求，使顆?；蚓ы氃诮饘倩鶑?fù)合材料的基體中。53 采用時，其組織細(xì)化、致密、均勻，一般不會產(chǎn)生偏析、偏聚等缺陷，可使得到明顯改善，從而提高復(fù)合材料的性能。54 制備的金屬基復(fù)合材料可通過傳統(tǒng)的進(jìn)行二次加工?？梢缘玫剿栊螤畹膹?fù)合材料構(gòu)件的。55 工藝過程比較； 金屬基體必須制成粉末，增如了工藝的和； 在制備鋁基復(fù)合材料時，還要防止鋁粉引起的。 56液態(tài)法亦稱為，其中包括、以及和等。57液態(tài)法是目前制備、和增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的主要工藝方法。液態(tài)法主要特點(diǎn)是金屬基體在制備復(fù)合材料時均處于液態(tài)。58與固態(tài)法相比，液態(tài)法的，與傳統(tǒng)金屬材料的成型工藝，如鑄造、壓鑄等方法非常相似，因此液態(tài)法

26、得到較快的發(fā)展。59壓鑄成型是指在壓力作用下將液態(tài)或半液態(tài)金屬基復(fù)合材料或金屬以一定速度充填或中，在壓力下快速凝固成型而制備金屬基復(fù)合材料的工藝方法。60首先將包含有增強(qiáng)材料的金屬熔體倒入后，迅速加壓，壓力約為70100MPa，使液態(tài)金屬基復(fù)合材料在壓力下凝固。待復(fù)合材料頂出，即制得所需形狀及尺寸的金屬基復(fù)合材料的。61壓鑄工藝中，影響金屬基復(fù)合材料性能的主要有四個：、 、 。62在采用預(yù)制增強(qiáng)材料塊時，為了獲得的復(fù)合材料，一般不低于50MPa，以使預(yù)制件不變形為宜，一般為13cm/s。63對于，熔融金屬溫度一般為700800，一般可控制在500800，并可相互補(bǔ)償，如前者高些，后者可以低些，

27、反之亦然。64采用生產(chǎn)的鋁基復(fù)合材料的零部件，其、，可以獲得比一般性能優(yōu)良的壓鑄件。與其他金屬基復(fù)合材料制備方法相比，壓鑄工藝，材料的，易于生產(chǎn)。65半固態(tài)復(fù)合鑄造主要是針對而提出的改進(jìn)工藝。這種方法是將顆粒加入處于半固態(tài)的金屬基體中，通過攪拌使顆粒在金屬基體中均勻分布，并取得良好的界面結(jié)合，然后或?qū)牍虘B(tài)復(fù)合材料注入模具中進(jìn)行。66通常采用時，常常會由于強(qiáng)烈攪拌將氣體或表面金屬氧化物卷入金屬熔體中；同時當(dāng)顆粒與金屬基體時，顆粒難以與金屬基體復(fù)合，而且顆粒在金屬基體中由于比重關(guān)系而難以得到均勻分布，影響復(fù)合材料性能。67是將金屬熔體的溫度控制在之間，通過攪拌使部分破碎成固相顆粒，熔體中的固相顆

28、粒是一種，可以防止半固態(tài)熔體粘度的增加。68當(dāng)加入預(yù)熱后的時，因熔體中含有一定量的，在攪拌中而滯留在半固態(tài)金屬熔體中，增強(qiáng)顆粒不會而得到一定的分散。同時強(qiáng)烈的也使增強(qiáng)顆粒與金屬熔體直接接觸，。69 金屬基體應(yīng)使熔體達(dá)到30%50%固態(tài)； 應(yīng)不產(chǎn)生湍流以防止空氣裹入，并使熔體中形成固態(tài)顆粒，降低熔體的粘度，從而有利于增強(qiáng)顆粒的加入。70由于澆注時金屬基復(fù)合材料是，直接澆注成型或壓鑄成型所得的鑄件幾乎，。71主要應(yīng)用于金屬基復(fù)合材料，因短纖維、晶須在加入時容易結(jié)團(tuán)或纏結(jié)在一起，雖經(jīng)攪拌也不易分散均勻，因而不易采用此法來制備金屬基復(fù)合材料。72如下：是將增強(qiáng)材料制成，置于氧化鋁容器內(nèi)。再將基體金屬坯

29、料置于可滲透的上部。73氧化鋁容器、預(yù)制體和基體金屬坯料均裝入可通入流動氮?dú)獾闹?。通過加熱，并自發(fā)滲透進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)狀中。74能較明顯金屬基復(fù)合材料的制造，但復(fù)合材料的，而其顯著高于基體金屬。 75例如以5560%Al2O3或SiC預(yù)制成零件的形狀，放入同樣形狀的，將含有3%10%Mg的（基體）放置在上，在流動的氮?dú)鈿夥障拢訜嶂?001000，鋁合金熔化并自發(fā)滲入預(yù)制體內(nèi)。76由于發(fā)生反應(yīng)，在金屬基復(fù)合材料的顯微組織中還有AlN?？刂?、以及，可以控制AIN的生成量。77AIN在中起到提高復(fù)合材料，降低的作用。采用這種方法制備的是鋁合金基體的兩倍，而SiC/Al的剛度也達(dá)到鋼的水平，但強(qiáng)度水平較低。

30、78首先，將在坩堝中熔化后，在壓力作用下通過噴咀送入霧化器，在高速惰性氣體射流的作用下，形成所謂“” ；79然后，通過一個或多個向“霧化錐”噴射入，使之與一齊在基板（收集器）上沉積，并快速凝固形成顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，如下圖所示。80霧化金屬液滴與顆粒共沉積示意圖81 該，噴射，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。 ，直接沉積的復(fù)合材料密度一般可達(dá)到理論的95%98%；82屬，冷速可達(dá)103 106 K/s，故金屬，消除了，同時增強(qiáng)材料與金屬液滴接觸時間短，；83 具有和。該工藝適于多種金屬材料基體，如高、低合金鋼、鋁及鋁合金、高溫合金等。同時可設(shè)計(jì)霧化器和收集器的形狀和一定的機(jī)械運(yùn)動，以直接形成、和等接

31、近的復(fù)合材料的坯料；84在復(fù)合材料制造過程中，在基體中稱作原位自生成法。85在金屬基復(fù)合材料制備過程中，往往會遇到兩個問題：一是增強(qiáng)材料與金屬基體之間的（即潤濕性）問題，二是無論固態(tài)法還是液態(tài)法，增強(qiáng)材料與金屬基體之間的界面都存在。86其中，增強(qiáng)材料與金屬基體之間的往往影響金屬基復(fù)合材料在高溫制備和高溫應(yīng)用中的和。如果（纖維、顆?；蚓ы殻┠軓慕饘倩w中（即原位），則上述兩個問題就可以得到較好的解決。87以制造的金屬基復(fù)合材料中，基體與增強(qiáng)材料間的，。特別當(dāng)增強(qiáng)材料與基體之間有或關(guān)系時，能非常有效地傳遞應(yīng)力；而且，界面上不生成有害的反應(yīng)產(chǎn)物，因此這種復(fù)合材料有較優(yōu)異的力學(xué)性能。88有三種方法1)

32、 共晶合金定向凝固法2) 直接金屬氧化法（DIMOXTM）3) 反應(yīng)自生成法（XDTM）89增強(qiáng)材料從基體中凝固析出，通過控制冷凝方向，在基體中生長出排列整齊的類似纖維的條狀或片層狀。以這種方式生產(chǎn)的、定向凝固共晶復(fù)合材料已得到應(yīng)用。90復(fù)合材料的必須滿足三個條件： 有（GL）的加熱方式； 滿足； 兩相的要協(xié)調(diào)進(jìn)行。91LELLDCCmRG)(0二元共晶材料的是：其中， C0為合金成份；GL為液相溫度梯度；R為凝固速度；mL為液相線斜率；CE為共晶成份；DL為溶質(zhì)在液相中的擴(kuò)散系數(shù)。92復(fù)合材料的組織是還是（纖維狀）取決于共晶中Xf。在二元共晶中，當(dāng)Xf 32 %時為層片狀。93共晶復(fù)合材料主

33、要應(yīng)用于航空透平機(jī)葉片，有三元共晶合金Al-Ni-Nb，它所形成的和相為Ni3Al和Ni3Nb；單變度共晶合金C-Co-Cr，所形成的和相分別為(Co,Cr)和(Cr,Co)7C3。94DIMOXTM是一種可以制備金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料的。DIMOXTM法根據(jù)是否有又可分為和，兩者原理相同。95的特點(diǎn)制備金屬基復(fù)合材料的沒有填充物（增強(qiáng)材料預(yù)成型體）和增強(qiáng)相，只是通過來獲取復(fù)合材料。96在中，例如需制備Al2O3/Al，則可通過來獲取Al2O3增強(qiáng)相。通常鋁合金表面迅速氧化，形成一種內(nèi)聚、結(jié)合緊密的，這層氧化鋁膜使得氧無法進(jìn)一步滲透，從而阻止了膜下的鋁進(jìn)一步氧化。97但是在DIMOXTM工藝中，上升到9001300，遠(yuǎn)超過鋁的熔點(diǎn)660。通過進(jìn)一步加入Si和Mg，使熔化金屬通過顯微通道，并順序氧化，即鋁被氧化，但未被堵塞。98利用工藝，可以來控制Al2O3的量。如果這一工藝過程在停止的話，則所制備的復(fù)合材料就是致密互連的Al2O3陶瓷基復(fù)合材料，其中含有5% 30%的Al。99除了可以外，還可以。通過DIMOXTM工藝還可以獲得AlN/Al，ZrN/Al和TiN/Ti等金屬基或陶瓷基復(fù)合材料。100當(dāng)DIMOXTM工藝采用時，由于增強(qiáng)材料預(yù)成型體是透氣的，金屬基體可以通過順序氧（氮）化形成基體。101