金屬基復(fù)合材料課件

1、1隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們越來越高。越來越高。在在方面，不但要求方面，不但要求強度高強度高，還，還要求其要求其重量要輕重量要輕，尤其是在航空航天領(lǐng)域。，尤其是在航空航天領(lǐng)域。正是為了滿足上述要求正是為了滿足上述要求而誕生的。而誕生的。2 金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料(MMC)，這一術(shù)語包括這一術(shù)語包括很廣的成分與結(jié)構(gòu)，共同點是有連續(xù)的很廣的成分與結(jié)構(gòu)，共同點是有連續(xù)的金屬基體（包括金屬間化合物基體）。金屬基體（包括金屬間化合物基體）。 目的：目的： 把基體的優(yōu)越的塑性和成形性與強化體的承把基體的優(yōu)越的塑性和成形性與強化體的承受載荷能力及剛性結(jié)合起來。受載

2、荷能力及剛性結(jié)合起來。 把基體的高熱傳導(dǎo)性與強化體的低熱膨脹系把基體的高熱傳導(dǎo)性與強化體的低熱膨脹系數(shù)結(jié)合起來。數(shù)結(jié)合起來。3相對于相對于傳統(tǒng)的金屬材傳統(tǒng)的金屬材料料來說，具有來說，具有較高的較高的與與；而與而與樹脂基復(fù)合材料樹脂基復(fù)合材料相比，它又具有相比，它又具有優(yōu)良的優(yōu)良的與與；與與陶瓷基材料陶瓷基材料相比，它又具有相比，它又具有和和。4 金屬基復(fù)合材料的例子可追溯到古文明時期。金屬基復(fù)合材料的例子可追溯到古文明時期。在土耳其發(fā)現(xiàn)的公元前在土耳其發(fā)現(xiàn)的公元前7000年的銅錐子，它是年的銅錐子，它是經(jīng)過反復(fù)拓平與錘打研制成的。在這個過程個，經(jīng)過反復(fù)拓平與錘打研制成的。在這個過程個，非金屬夾

3、雜物被拉長。非金屬夾雜物被拉長。 彌散強化金屬材料：始于彌散強化金屬材料：始于1924年，年，Schmit關(guān)于關(guān)于鋁氧化鋁粉末燒結(jié)，導(dǎo)致上世紀(jì)鋁氧化鋁粉末燒結(jié)，導(dǎo)致上世紀(jì)50及及60年代年代的廣泛研究。的廣泛研究。 沉淀強化的理論開始于沉淀強化的理論開始于30年代，并在以后的幾年代，并在以后的幾十年里得到了發(fā)展。十年里得到了發(fā)展。5 金屬基復(fù)合材料真正的起步是在金屬基復(fù)合材料真正的起步是在20世紀(jì)世紀(jì)50年代年代末或末或60年代初年代初。 美國國家航空和宇航局美國國家航空和宇航局(NASA)成功地制備出成功地制備出W絲增強的絲增強的Cu基復(fù)合材料基復(fù)合材料，成為金屬基復(fù)合材料，成為金屬基復(fù)合材

4、料研究和開發(fā)的標(biāo)志性起點。研究和開發(fā)的標(biāo)志性起點。 隨后，對隨后，對纖維金屬基復(fù)合材料纖維金屬基復(fù)合材料的研究在的研究在20世紀(jì)世紀(jì)60年代迅速發(fā)展起來。那時，主要的力量集中年代迅速發(fā)展起來。那時，主要的力量集中在以在以鎢和硼纖維增強的鋁和銅為基鎢和硼纖維增強的鋁和銅為基的系統(tǒng)。在的系統(tǒng)。在這種復(fù)合材料里，這種復(fù)合材料里，基體的主要功能在于把載荷基體的主要功能在于把載荷傳遞和分配給纖維。傳遞和分配給纖維。增強體的體積分?jǐn)?shù)一般都增強體的體積分?jǐn)?shù)一般都很高很高(約約40-80)，得出的軸向性能都很好，得出的軸向性能都很好，因而基體的組織與強度似乎是次要的。因而基體的組織與強度似乎是次要的。6 關(guān)于

5、連續(xù)纖維增強的復(fù)合材料的研究在關(guān)于連續(xù)纖維增強的復(fù)合材料的研究在70年代年代里有點滑坡，主要歸咎干該材料的昂貴價格和里有點滑坡，主要歸咎干該材料的昂貴價格和受生產(chǎn)制造的限制。受生產(chǎn)制造的限制。 渦輪發(fā)動機的各個部件對于高溫高效性材料的渦輪發(fā)動機的各個部件對于高溫高效性材料的不斷需求，觸發(fā)了對金屬基復(fù)合材科特別是鈦不斷需求，觸發(fā)了對金屬基復(fù)合材科特別是鈦基材料的廣泛興趣的復(fù)蘇?；牧系膹V泛興趣的復(fù)蘇。7 由于金屬基復(fù)合材料具有極高的比強度、比剛由于金屬基復(fù)合材料具有極高的比強度、比剛度，以及高溫強度，首先在航空航天上得到應(yīng)度，以及高溫強度，首先在航空航天上得到應(yīng)用，今后也將在航空航天領(lǐng)域占據(jù)重要

6、位置。用，今后也將在航空航天領(lǐng)域占據(jù)重要位置。 隨后，在汽車、體育用品等領(lǐng)域也得到了應(yīng)用，隨后，在汽車、體育用品等領(lǐng)域也得到了應(yīng)用，特別是晶須增強復(fù)合材料和顆粒增強復(fù)合材料特別是晶須增強復(fù)合材料和顆粒增強復(fù)合材料在日本的民用領(lǐng)域得到較好的應(yīng)用。在日本的民用領(lǐng)域得到較好的應(yīng)用。8金屬基復(fù)合材料的研究重點：金屬基復(fù)合材料的研究重點：1）不同基體和不同增強相復(fù)合效果、復(fù)合材）不同基體和不同增強相復(fù)合效果、復(fù)合材料的設(shè)計和性能；料的設(shè)計和性能；2）增強相）增強相/基體的界面優(yōu)化、界面設(shè)計；基體的界面優(yōu)化、界面設(shè)計；3）制備工藝的研究，以提高復(fù)合材料的性能）制備工藝的研究，以提高復(fù)合材料的性能和降低成本

7、；和降低成本；4）新型增強劑的研究開發(fā)；）新型增強劑的研究開發(fā)；5）復(fù)合材料的擴大應(yīng)用。）復(fù)合材料的擴大應(yīng)用。 910 碳化物金屬陶瓷作為工具碳化物金屬陶瓷作為工具材料已被廣泛應(yīng)用，稱作材料已被廣泛應(yīng)用，稱作。硬質(zhì)合金通常。硬質(zhì)合金通常以以CoCo、NiNi作為作為，WCWC、TiCTiC等作為強化相。等作為強化相。 硬質(zhì)合金組織硬質(zhì)合金組織( (Co+WC)111213 按用途分類：按用途分類：結(jié)構(gòu)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：高比強度、高比模量、尺才：高比強度、高比模量、尺才穩(wěn)定性、耐熱性等是其主要性能特點。用于穩(wěn)定性、耐熱性等是其主要性能特點。用于制造各種航天、航空、汽車、先進武器系統(tǒng)制造各種航

8、天、航空、汽車、先進武器系統(tǒng)等高性能結(jié)構(gòu)件。等高性能結(jié)構(gòu)件。功能復(fù)合材料功能復(fù)合材料：高導(dǎo)熱、導(dǎo)電性、低膨脹、：高導(dǎo)熱、導(dǎo)電性、低膨脹、高阻尼、高耐磨性等物理性能的優(yōu)化組合是高阻尼、高耐磨性等物理性能的優(yōu)化組合是其主要特性，用于電子、儀器、汽車等工業(yè)。其主要特性，用于電子、儀器、汽車等工業(yè)。強調(diào)具有電、熱、磁等功能特性強調(diào)具有電、熱、磁等功能特性智能復(fù)合材料智能復(fù)合材料：強調(diào)具有感覺、反應(yīng)、自監(jiān)：強調(diào)具有感覺、反應(yīng)、自監(jiān)測、自修復(fù)等特性。測、自修復(fù)等特性。 應(yīng)當(dāng)注意，功能復(fù)合材料和智能復(fù)合材料應(yīng)當(dāng)注意，功能復(fù)合材料和智能復(fù)合材料容易混淆。容易混淆。14 1）基體與增強劑的選擇，基體與增強劑的結(jié)

9、合；）基體與增強劑的選擇，基體與增強劑的結(jié)合；2）界面的形成機制，界面產(chǎn)物的控制及界面設(shè)計；）界面的形成機制，界面產(chǎn)物的控制及界面設(shè)計； 3）增強劑在基體中的均勻分布；）增強劑在基體中的均勻分布； 4 ）制備工藝方法及參數(shù)的選擇和優(yōu)化；）制備工藝方法及參數(shù)的選擇和優(yōu)化；5）制備成本的控制和降低，工業(yè)化應(yīng)用的前景。）制備成本的控制和降低，工業(yè)化應(yīng)用的前景。1516金屬基復(fù)合材料制備工藝的分類：金屬基復(fù)合材料制備工藝的分類：1）固態(tài)法固態(tài)法：真空熱壓擴散結(jié)合、超塑性成：真空熱壓擴散結(jié)合、超塑性成型型 / 擴散結(jié)合、模壓、熱等靜壓、粉末擴散結(jié)合、模壓、熱等靜壓、粉末冶金法。冶金法。2）液態(tài)法液態(tài)法：

10、液態(tài)浸滲、真空壓鑄、反壓鑄：液態(tài)浸滲、真空壓鑄、反壓鑄造、半固態(tài)鑄造。造、半固態(tài)鑄造。3）噴射成型法噴射成型法：等離子噴涂成型、噴射成：等離子噴涂成型、噴射成型。型。4）原位生長法原位生長法。 17連續(xù)增強相金屬基復(fù)合材料的制備工藝連續(xù)增強相金屬基復(fù)合材料的制備工藝鋁合金鋁合金 固態(tài)、液態(tài)法固態(tài)、液態(tài)法鎂合金鎂合金 固態(tài)、液態(tài)法固態(tài)、液態(tài)法鈦合金鈦合金 固態(tài)法固態(tài)法高溫合金高溫合金 固態(tài)法固態(tài)法金屬間化合物金屬間化合物 固態(tài)法固態(tài)法碳纖維碳纖維硼纖維硼纖維SiC纖維纖維Al2O3纖維纖維18不連續(xù)增強相金屬基復(fù)合材料的制備工藝不連續(xù)增強相金屬基復(fù)合材料的制備工藝 鋁合金鋁合金 固態(tài)、液態(tài)、原位

11、生長、噴射成型法固態(tài)、液態(tài)、原位生長、噴射成型法鎂合金鎂合金 液態(tài)法液態(tài)法鈦合金鈦合金 固態(tài)、液態(tài)法、原位生長法固態(tài)、液態(tài)法、原位生長法高溫合金高溫合金 原位生長法原位生長法金屬間化合物金屬間化合物 粉末冶金、原位生長法粉末冶金、原位生長法顆粒顆粒晶須晶須短纖維短纖維1920 纏繞鼓纏繞鼓(基體箔材基體箔材)纖維定向定間距纏繞纖維定向定間距纏繞 涂敷聚合物粘結(jié)劑定位。涂敷聚合物粘結(jié)劑定位。21纖維定向定間距纏繞纖維定向定間距纏繞 等離子噴涂基體粉末定位。等離子噴涂基體粉末定位。22 采用采用物理氣相沉積物理氣相沉積（PVDPVD）手段將基體金屬均勻沉積手段將基體金屬均勻沉積到纖維表面上，形成到

12、纖維表面上，形成 PVD PVD法纖維表面金屬基體沉積層法纖維表面金屬基體沉積層 是通過蒸發(fā)，是通過蒸發(fā)，電離或濺射等過程，產(chǎn)生電離或濺射等過程，產(chǎn)生金屬粒子并與反應(yīng)氣體反金屬粒子并與反應(yīng)氣體反應(yīng)形成化合物沉積在工件應(yīng)形成化合物沉積在工件表面。表面。 23 金屬基體粉末與聚合物粘接劑金屬基體粉末與聚合物粘接劑混合制成混合制成； 將纖維通過帶有一定孔徑的膠將纖維通過帶有一定孔徑的膠槽，在纖維表面均勻地涂敷上槽，在纖維表面均勻地涂敷上一層一層，干燥后形，干燥后形成一定直徑的纖維成一定直徑的纖維/ /基體粉末復(fù)基體粉末復(fù)合絲。合絲。 復(fù)合絲的直徑取決于膠體的粘復(fù)合絲的直徑取決于膠體的粘度、纖維走絲速

13、度以及膠槽的度、纖維走絲速度以及膠槽的毛細(xì)管孔徑等。毛細(xì)管孔徑等。 要求聚合物粘接劑在要求聚合物粘接劑在能夠完全揮發(fā)。能夠完全揮發(fā)。 粉末法纖維粉末法纖維/ /基體復(fù)合絲示意圖基體復(fù)合絲示意圖 2425 這種復(fù)合絲制備方法主要是應(yīng)用于碳纖維或石這種復(fù)合絲制備方法主要是應(yīng)用于碳纖維或石墨纖維增強鋁基復(fù)合材料。墨纖維增強鋁基復(fù)合材料。 由于碳纖維或石墨纖維與鋁液接觸會反應(yīng)生成由于碳纖維或石墨纖維與鋁液接觸會反應(yīng)生成Al4C3界面生成物。過量的脆性相界面生成物。過量的脆性相Al4C3生成會生成會嚴(yán)重影響復(fù)合材料的性能。嚴(yán)重影響復(fù)合材料的性能。 對纖維進行對纖維進行Ti-B或（液態(tài)）金屬鈉表面涂層處或

14、（液態(tài)）金屬鈉表面涂層處理可以增加纖維與鋁液的潤濕性，防止過量的理可以增加纖維與鋁液的潤濕性，防止過量的脆性相脆性相Al4C3生成。生成。 26 擴散結(jié)合擴散結(jié)合是在一定溫度和壓力下，把是在一定溫度和壓力下，把的基體的基體箔片或（復(fù)合）先驅(qū)絲通過箔片或（復(fù)合）先驅(qū)絲通過而連接在一起。而連接在一起。 擴散結(jié)合在真空中進行。其關(guān)鍵是熱壓工藝參數(shù)的控擴散結(jié)合在真空中進行。其關(guān)鍵是熱壓工藝參數(shù)的控制，包括溫度、壓力和時間。其制，包括溫度、壓力和時間。其應(yīng)有一定下限，應(yīng)有一定下限，防止壓力不足金屬不能充分?jǐn)U散包圍纖維而形成空洞防止壓力不足金屬不能充分?jǐn)U散包圍纖維而形成空洞缺陷。缺陷。 模壓成型（模壓成型

15、（Mold Forming）：將纖維：將纖維/基體預(yù)制體基體預(yù)制體放置在具有一定形狀的模具中進行擴散結(jié)合，最終放置在具有一定形狀的模具中進行擴散結(jié)合，最終得到一定形狀的最終制品。得到一定形狀的最終制品。27將金屬或非金屬粉末將金屬或非金屬粉末后后成形，并在低于金屬熔點的成形，并在低于金屬熔點的溫度下進行溫度下進行，利用粉末間原子，利用粉末間原子來使其來使其的過程被的過程被稱做稱做工藝。工藝。粉末混料均勻并加入適當(dāng)?shù)闹鷦?，再進行壓制成型，粉粒間粉末混料均勻并加入適當(dāng)?shù)闹鷦?，再進行壓制成型，粉粒間的原子通過的原子通過，使制件結(jié)合為具有一，使制件結(jié)合為具有一定強度的整體。定強度的整體。將壓制成型的制

16、件放置在采用還原性氣氛的閉式爐中進行燒將壓制成型的制件放置在采用還原性氣氛的閉式爐中進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度約為基體金屬熔點的結(jié)，燒結(jié)溫度約為基體金屬熔點的2/32/33/43/4倍。由于高溫下倍。由于高溫下不同種類原子的不同種類原子的，粉末表面氧化物的被還原以及變形粉，粉末表面氧化物的被還原以及變形粉末的末的，使粉末顆粒相互結(jié)合。，使粉末顆粒相互結(jié)合。28熱壓熱壓 松裝燒結(jié)松裝燒結(jié) 粉漿燒注粉漿燒注混合混合壓制壓制等靜壓制等靜壓制 軋制軋制 擠壓擠壓燒結(jié)燒結(jié)燒結(jié)燒結(jié)浸適浸適 熱處理熱處理 電鍍電鍍預(yù)燒結(jié)預(yù)燒結(jié)高溫?zé)Y(jié)高溫?zé)Y(jié) 復(fù)壓復(fù)壓鍛打鍛打復(fù)燒復(fù)燒拉絲拉絲燒縮燒縮精整精整鍛造鍛造 軋制軋制 擠壓

17、擠壓 燒結(jié)燒結(jié)（浸油）（浸油） 熱處理熱處理粉末冶金成品粉末冶金成品29 （1 1）粉末冶金減摩材料。）粉末冶金減摩材料。通過在材料孔隙中浸潤滑油或在通過在材料孔隙中浸潤滑油或在材料成分中加減摩劑或固體潤滑劑制得。廣泛用于制造軸材料成分中加減摩劑或固體潤滑劑制得。廣泛用于制造軸承、支承襯套或作端面密封等。承、支承襯套或作端面密封等。 （2 2）粉末冶金多孔材料。）粉末冶金多孔材料。又稱多孔燒結(jié)材料。材料內(nèi)部孔又稱多孔燒結(jié)材料。材料內(nèi)部孔道縱橫交錯、互相貫通，一般有道縱橫交錯、互相貫通，一般有30306060的體積孔隙度，的體積孔隙度，孔徑孔徑1 1100100微米。透過性能和導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好，

18、耐高溫、微米。透過性能和導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好，耐高溫、低溫，抗熱震，抗介質(zhì)腐蝕。用于制造過濾器、多孔電極、低溫，抗熱震，抗介質(zhì)腐蝕。用于制造過濾器、多孔電極、滅火裝置、防凍裝置等。滅火裝置、防凍裝置等。 （3 3）粉末冶金結(jié)構(gòu)材料。）粉末冶金結(jié)構(gòu)材料。又稱燒結(jié)結(jié)構(gòu)材料。能承受拉伸、又稱燒結(jié)結(jié)構(gòu)材料。能承受拉伸、壓縮、扭曲等載荷，并能在摩擦磨損條件下工作。壓縮、扭曲等載荷，并能在摩擦磨損條件下工作。30（4 4）粉末冶金工模具材料。）粉末冶金工模具材料。包括包括 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金 、粉末冶金高、粉末冶金高速鋼等。后者組織均勻，晶粒細(xì)小，沒有偏析，比熔鑄高速鋼等。后者組織均勻，晶粒細(xì)小，沒有偏析，比熔

19、鑄高速鋼韌性和耐磨性好，熱處理變形小，使用壽命長?？捎盟黉擁g性和耐磨性好，熱處理變形小，使用壽命長?？捎糜谥圃烨邢鞯毒摺⒛＞吆土慵呐骷?。于制造切削刀具、模具和零件的坯件。 （5 5）粉末冶金電磁材料。）粉末冶金電磁材料。包括電工材料和磁性材料。用于包括電工材料和磁性材料。用于制造各種轉(zhuǎn)換、傳遞、儲存能量和信息的磁性器件。制造各種轉(zhuǎn)換、傳遞、儲存能量和信息的磁性器件。 （6 6）粉末冶金高溫材料。）粉末冶金高溫材料。包括粉末冶金高溫合金、難熔金包括粉末冶金高溫合金、難熔金屬和合金、屬和合金、 金屬陶瓷金屬陶瓷 、彌散強化和纖維強化材料等。用、彌散強化和纖維強化材料等。用于制造高溫下使用的渦輪盤

20、、噴嘴、葉片及其他耐高溫零于制造高溫下使用的渦輪盤、噴嘴、葉片及其他耐高溫零部件。部件。31 汽車動力系統(tǒng)：3233343536 在壓力的作用下，將在壓力的作用下，將液態(tài)或半液態(tài)金屬以一液態(tài)或半液態(tài)金屬以一定速度充填定速度充填或或中，在壓力下快速凝中，在壓力下快速凝固成型。固成型。 主要工藝因素有熔融主要工藝因素有熔融金屬的溫度、模具預(yù)熱金屬的溫度、模具預(yù)熱溫度、壓力和加壓速度溫度、壓力和加壓速度等。等。 37 將顆粒加入將顆粒加入中，中，然后將半固態(tài)復(fù)合材料注入模具進然后將半固態(tài)復(fù)合材料注入模具進行行。 金屬熔體的溫度控制在液相線和金屬熔體的溫度控制在液相線和固相線之間，通過攪拌，使部分樹固

21、相線之間，通過攪拌，使部分樹枝狀結(jié)晶體破碎成固態(tài)顆粒。枝狀結(jié)晶體破碎成固態(tài)顆粒。 當(dāng)加入當(dāng)加入的增強顆粒時，在的增強顆粒時，在中增強顆粒受到金屬顆粒中增強顆粒受到金屬顆粒而滯留在半固態(tài)熔體中減少集結(jié)和而滯留在半固態(tài)熔體中減少集結(jié)和偏聚，同時攪拌可促進顆粒與金屬偏聚，同時攪拌可促進顆粒與金屬基體的基體的。38在高速在高速的作用下，液態(tài)金屬形成的作用下，液態(tài)金屬形成“霧化錐霧化錐”；同時通過一；同時通過一個或多個噴嘴向個或多個噴嘴向“霧化錐霧化錐”噴射入增強顆粒，使之與噴射入增強顆粒，使之與金屬霧化液滴一齊在一基金屬霧化液滴一齊在一基板（收集器）上沉積并快板（收集器）上沉積并快速凝固形成速凝固形成

22、。 噴射成型法示意圖噴射成型法示意圖 39 美國美國LanxideLanxide公司開發(fā)的一公司開發(fā)的一種新工藝。將種新工藝。將，放置于由氧化鋁制，放置于由氧化鋁制成的容器中。再將成的容器中。再將置于增強材料預(yù)制體上置于增強材料預(yù)制體上部。然后一齊裝入可通入流部。然后一齊裝入可通入流動動的加熱爐中。通過的加熱爐中。通過，基體金屬熔化，并自發(fā)，基體金屬熔化，并自發(fā)浸滲入網(wǎng)絡(luò)狀增強材料預(yù)制浸滲入網(wǎng)絡(luò)狀增強材料預(yù)制體中。體中。 無壓浸滲法工藝原理示意圖無壓浸滲法工藝原理示意圖 40以制備以制備AlN/Al復(fù)合材料為例，將增強劑預(yù)制體放復(fù)合材料為例，將增強劑預(yù)制體放入同樣形狀的陶瓷槽中，鋁合金坯料放在

23、預(yù)制體入同樣形狀的陶瓷槽中，鋁合金坯料放在預(yù)制體上。上。在流動氮氣的氣氛下，加熱至在流動氮氣的氣氛下，加熱至800 1000 C時，鋁時，鋁合金熔化并自發(fā)滲入預(yù)制體內(nèi)，氮氣與鋁反應(yīng)生合金熔化并自發(fā)滲入預(yù)制體內(nèi)，氮氣與鋁反應(yīng)生成成AlN?？刂频獨饬髁俊囟群蜐B透速度，可控?？刂频獨饬髁?、溫度和滲透速度，可控制制AlN的生成量。的生成量。AlN起到提高復(fù)合材料剛度、降低熱膨脹系數(shù)的起到提高復(fù)合材料剛度、降低熱膨脹系數(shù)的作用，但強度較低。這是一個低成本的制備工藝。作用，但強度較低。這是一個低成本的制備工藝。 41 增強相從基體中直接生成，生成相的熱力學(xué)穩(wěn)增強相從基體中直接生成，生成相的熱力學(xué)穩(wěn)定性好

24、，不存在基體與增強相之間的定性好，不存在基體與增強相之間的等問題，基體與增強相等問題，基體與增強相良好，較好的解良好，較好的解決了決了問題。問題。 42直接金屬氧（氮）化法直接金屬氧（氮）化法 。 制備制備Al2O3 / Al時，時，900 1300 C的溫度下，使熔融鋁通過顯微的溫度下，使熔融鋁通過顯微通道滲透到氧化鋁層外部，并順序氧化；即鋁被氧化，但液通道滲透到氧化鋁層外部，并順序氧化；即鋁被氧化，但液態(tài)鋁的滲透通道未被堵塞?？筛鶕?jù)氧化程度控制態(tài)鋁的滲透通道未被堵塞?？筛鶕?jù)氧化程度控制Al2O3的量。的量。所制備的復(fù)合材料就是含有所制備的復(fù)合材料就是含有Al的、互連的的、互連的Al2O3陶

25、瓷基復(fù)合陶瓷基復(fù)合材料。材料。 直接氮化獲得直接氮化獲得AlN / Al、和、和TiN / Ti等金屬或陶瓷基復(fù)合材料。等金屬或陶瓷基復(fù)合材料。 43硬質(zhì)合金是指以一種或幾種難熔碳化物（如硬質(zhì)合金是指以一種或幾種難熔碳化物（如碳化鎢、碳化鈦等）的粉末為主要成分，加碳化鎢、碳化鈦等）的粉末為主要成分，加人起粘結(jié)作用的金屬鈷粉末，用粉末冶金法人起粘結(jié)作用的金屬鈷粉末，用粉末冶金法制得的材料。制得的材料。1、硬質(zhì)合金的性能特點、硬質(zhì)合金的性能特點44常用硬質(zhì)合金的分類與牌號常用硬質(zhì)合金的分類與牌號 碳化鎢和粘結(jié)劑鈷，碳化鎢和粘結(jié)劑鈷，其牌號是由其牌號是由“YG”YG”（“硬、鈷硬、鈷”兩字漢語拼音字

26、首）兩字漢語拼音字首）和平均含鈷量的百分?jǐn)?shù)組成和平均含鈷量的百分?jǐn)?shù)組成 YG8YG8表示表示CoCo的的為為8%8%的鎢鈷類硬質(zhì)合金的鎢鈷類硬質(zhì)合金) )。碳化鎢、碳化鈦及碳化鎢、碳化鈦及粘結(jié)劑鈷，粘結(jié)劑鈷，其牌號由其牌號由“YT”YT”（“硬、鈦硬、鈦”兩字漢語兩字漢語拼音字首）和碳化鈦平均含量組成拼音字首）和碳化鈦平均含量組成 YT15YT15表示表示TiCTiC的的為為15%15%的鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金的鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金) )4546成型方法：成型方法：壓制壓制燒結(jié)燒結(jié)47 類類 型型 1類類 型型 2類類 型型 3纖維與基體纖維與基體纖維與基體互不反纖維與基體互不反應(yīng)但應(yīng)但纖維與基體纖維與

27、基體形成界形成界面反應(yīng)層面反應(yīng)層鎢絲鎢絲 / 銅銅Al2O3 纖維纖維 / 銅銅Al2O3 纖維纖維 / 銀銀硼纖維（硼纖維（BN表面涂表面涂層）層） / 鋁鋁不銹鋼絲不銹鋼絲 / 鋁鋁SiC 纖維纖維 / 鋁鋁硼纖維硼纖維 / 鋁鋁硼纖維硼纖維 / 鎂鎂鍍鉻的鎢絲鍍鉻的鎢絲 / 銅銅碳纖維碳纖維 / 鎳鎳鎢絲鎢絲 / 鎳鎳合金共晶體絲合金共晶體絲 / 同同一合金一合金鎢絲鎢絲 / 銅銅 鈦合金鈦合金碳纖維碳纖維 / 鋁（鋁（ 580 C）Al2O3 纖維纖維 / 鈦鈦硼纖維硼纖維 / 鈦鈦硼纖維硼纖維 /鈦鈦-鋁鋁SiC 纖維纖維 / 鈦鈦SiO2 纖維纖維 / 鈦鈦48 第一類界面：界面微

28、觀是平整的，而且只有分子第一類界面：界面微觀是平整的，而且只有分子層厚度。界面除了原組成物質(zhì)外，基本不含其它層厚度。界面除了原組成物質(zhì)外，基本不含其它物質(zhì)。物質(zhì)。 第二類界面：基體與增強相經(jīng)過擴散第二類界面：基體與增強相經(jīng)過擴散 滲透相互滲透相互溶解而形成界面。這類界面往往在增強相周圍，溶解而形成界面。這類界面往往在增強相周圍，如纖維周圍，形成如纖維周圍，形成。 第三類界面：界面處有微米和亞微米級的第三類界面：界面處有微米和亞微米級的。有時并不是一個完整的界面層，而是。有時并不是一個完整的界面層，而是在界面上存在著在界面上存在著。 49 在金屬基復(fù)合材料中，需要在增強相和基體界面在金屬基復(fù)合材

29、料中，需要在增強相和基體界面上建立一定的結(jié)合力。在不同的界面結(jié)合受載時，上建立一定的結(jié)合力。在不同的界面結(jié)合受載時，如結(jié)合太弱，纖維大量拔出，強度低；結(jié)合太強，如結(jié)合太弱，纖維大量拔出，強度低；結(jié)合太強，纖維受損，材料脆斷，既降低強度，又降低塑性。纖維受損，材料脆斷，既降低強度，又降低塑性。只有界面結(jié)合適中的復(fù)合材料才呈現(xiàn)高強度和高只有界面結(jié)合適中的復(fù)合材料才呈現(xiàn)高強度和高塑性。塑性。50 ：第一類界面。主要依靠增強劑的粗糙表面的：第一類界面。主要依靠增強劑的粗糙表面的機械機械“錨固錨固”力結(jié)合。力結(jié)合。：第二類界面。如相互溶解嚴(yán)重，也可：第二類界面。如相互溶解嚴(yán)重，也可能發(fā)生溶解后析出現(xiàn)象，

30、嚴(yán)重?fù)p傷增強劑，降低復(fù)合材料的能發(fā)生溶解后析出現(xiàn)象，嚴(yán)重?fù)p傷增強劑，降低復(fù)合材料的性能。性能。如采用熔浸法制備鎢絲增強鎳基高溫合金復(fù)合材料以及碳纖維如采用熔浸法制備鎢絲增強鎳基高溫合金復(fù)合材料以及碳纖維/ /鎳基復(fù)合材料在鎳基復(fù)合材料在600600 C C下碳在鎳中先溶解后析出的現(xiàn)象等。下碳在鎳中先溶解后析出的現(xiàn)象等。：第三類界面。大多數(shù)金屬基復(fù)合材料：第三類界面。大多數(shù)金屬基復(fù)合材料的基體與增強相之間的界面處存在著化學(xué)勢梯度。只要存在的基體與增強相之間的界面處存在著化學(xué)勢梯度。只要存在著有利的動力學(xué)條件，就可能發(fā)生相互擴散和化學(xué)反應(yīng)。著有利的動力學(xué)條件，就可能發(fā)生相互擴散和化學(xué)反應(yīng)。51 改

31、善增強劑與基體的潤濕性以及控制界面反改善增強劑與基體的潤濕性以及控制界面反應(yīng)的速度和反應(yīng)產(chǎn)物的數(shù)量，防止嚴(yán)重危害復(fù)合應(yīng)的速度和反應(yīng)產(chǎn)物的數(shù)量，防止嚴(yán)重危害復(fù)合材料性能的界面或界面層的產(chǎn)生，進一步進行復(fù)材料性能的界面或界面層的產(chǎn)生，進一步進行復(fù)合材料的界面設(shè)計，是金屬基復(fù)合材料界面研究合材料的界面設(shè)計，是金屬基復(fù)合材料界面研究的重要內(nèi)容。的重要內(nèi)容。 從界面優(yōu)化的觀點來看，增強劑與基體的在從界面優(yōu)化的觀點來看，增強劑與基體的在后又能發(fā)生適當(dāng)?shù)暮笥帜馨l(fā)生適當(dāng)?shù)?，達(dá)到化學(xué)結(jié)合，達(dá)到化學(xué)結(jié)合，有利于增強界面結(jié)合，提高復(fù)合材料的性能。有利于增強界面結(jié)合，提高復(fù)合材料的性能。 52（1 1）改善增強劑的力

32、學(xué)性能（保護層）；）改善增強劑的力學(xué)性能（保護層）；（2 2）改善增強劑與基體的潤濕性和粘著性（潤濕層）；）改善增強劑與基體的潤濕性和粘著性（潤濕層）；（3 3）防止增強劑與基體之間的擴散、滲透和反應(yīng)（阻擋層）；）防止增強劑與基體之間的擴散、滲透和反應(yīng)（阻擋層）；（4 4）減緩增強劑與基體之間因彈性模量、熱膨脹系數(shù)等的不）減緩增強劑與基體之間因彈性模量、熱膨脹系數(shù)等的不同以及熱應(yīng)力集中等因素所造成的物理相容性差的現(xiàn)象（過同以及熱應(yīng)力集中等因素所造成的物理相容性差的現(xiàn)象（過渡層、匹配層）。渡層、匹配層）。常用的增強材料的表面（涂層）處理方法有：常用的增強材料的表面（涂層）處理方法有：PVDPVD

33、、CVDCVD、電化、電化學(xué)、溶膠學(xué)、溶膠- -凝膠法等。凝膠法等。53 在金屬基體中添加某些微量合金元素以改善增強劑與基體在金屬基體中添加某些微量合金元素以改善增強劑與基體的潤濕性或有效控制界面反應(yīng)。的潤濕性或有效控制界面反應(yīng)。如在純鈦中加入合金元素如在純鈦中加入合金元素AlAl、MoMo、V V、ZrZr等可顯著減小鈦合金與硼纖維的反應(yīng)速度常數(shù)。等可顯著減小鈦合金與硼纖維的反應(yīng)速度常數(shù)。 如采用液態(tài)浸滲法制備鋁基復(fù)料時，在鋁液中加入如采用液態(tài)浸滲法制備鋁基復(fù)料時，在鋁液中加入一定量的一定量的SiSi元素，明顯地降低了鋁合金的熔點、提高了鋁元素，明顯地降低了鋁合金的熔點、提高了鋁液的流動性，

34、因而降低了復(fù)合材料的浸滲溫度。液的流動性，因而降低了復(fù)合材料的浸滲溫度。 如將如將3%3%的合金元素鎂作為的合金元素鎂作為活性元素添加到鋁中后，可使液態(tài)鋁的表面能下降?；钚栽靥砑拥戒X中后，可使液態(tài)鋁的表面能下降。 5455 航空航天工業(yè)中需要大型的、重量輕的結(jié)構(gòu)材航空航天工業(yè)中需要大型的、重量輕的結(jié)構(gòu)材料，例如波音料，例如波音747大型運輸機、遠(yuǎn)距離通信天線、大型運輸機、遠(yuǎn)距離通信天線、巨型火箭及宇航飛行器等。在設(shè)計這些結(jié)構(gòu)時，問巨型火箭及宇航飛行器等。在設(shè)計這些結(jié)構(gòu)時，問題之一就涉及到平方題之一就涉及到平方立方尺寸關(guān)系，即結(jié)構(gòu)的立方尺寸關(guān)系，即結(jié)構(gòu)的隨其尺寸的隨其尺寸的增加而增加而卻隨其線

35、尺卻隨其線尺寸的寸的增加。所以，假若要保證大型結(jié)構(gòu)的機動增加。所以，假若要保證大型結(jié)構(gòu)的機動性和高效率，就需要更完善的設(shè)計和更好的材料。性和高效率，就需要更完善的設(shè)計和更好的材料。56是在金屬基復(fù)合材料中是在金屬基復(fù)合材料中的一種。由于的一種。由于為為結(jié)構(gòu)，因此具有良好的結(jié)構(gòu)，因此具有良好的，再加之它所具有的，再加之它所具有的、及及等優(yōu)點，為其在工程上應(yīng)用創(chuàng)造了有利的條件。等優(yōu)點，為其在工程上應(yīng)用創(chuàng)造了有利的條件。在在制造鋁基復(fù)合材料制造鋁基復(fù)合材料時，通常并不是使用純鋁而是時，通常并不是使用純鋁而是。這主要是由于。這主要是由于與純鋁相比與純鋁相比，。57硼纖維極高強度的共價結(jié)合，鋁是被選用最

36、廣的基體材料。硼纖維極高強度的共價結(jié)合，鋁是被選用最廣的基體材料。硼硼-鋁復(fù)合材料在研究上很重視。鋁復(fù)合材料在研究上很重視。硼鋁的彈性模量接近各向同性，非軸向強度也較高，橫向抗硼鋁的彈性模量接近各向同性，非軸向強度也較高，橫向抗拉強度和剪切強度大約與鋁合金基體的強度相等。比樹脂基拉強度和剪切強度大約與鋁合金基體的強度相等。比樹脂基材料可能達(dá)到的強度要高得多。材料可能達(dá)到的強度要高得多。硼硼鋁復(fù)合材料還具有高的導(dǎo)電件和導(dǎo)熱性、塑性和韌性、耐鋁復(fù)合材料還具有高的導(dǎo)電件和導(dǎo)熱性、塑性和韌性、耐磨性、可涂復(fù)性、連接性、成型性和可熱處理性及不可燃性。磨性、可涂復(fù)性、連接性、成型性和可熱處理性及不可燃性。

37、高溫性能和抗?jié)衲芰τ诠こ探Y(jié)構(gòu)的耐久性也常常是重要的。高溫性能和抗?jié)衲芰τ诠こ探Y(jié)構(gòu)的耐久性也常常是重要的。58硼硼鋁復(fù)合材料的研究的主要內(nèi)容：鋁復(fù)合材料的研究的主要內(nèi)容： (1)研制強度高、剛性大、重量輕的構(gòu)件，這在航研制強度高、剛性大、重量輕的構(gòu)件，這在航空航天領(lǐng)域中顯得尤為重要?？蘸教祛I(lǐng)域中顯得尤為重要。 (2)改進大型構(gòu)件的制造技術(shù)，研制可靠耐用的材改進大型構(gòu)件的制造技術(shù)，研制可靠耐用的材料及構(gòu)件。料及構(gòu)件。 (3)改進硼改進硼鋁復(fù)合材料的制造應(yīng)用技術(shù)，促使其鋁復(fù)合材料的制造應(yīng)用技術(shù)，促使其成本盡可能降低。成本盡可能降低。59 對增強纖維的主要要求是比模量高、比強度高、性能重復(fù)對增強纖

38、維的主要要求是比模量高、比強度高、性能重復(fù)性好、價格低以及易于制造成復(fù)合材料。性好、價格低以及易于制造成復(fù)合材料。玻璃纖維玻璃纖維強度較高價格低廉，但它的模量低易與鋁起反應(yīng)。強度較高價格低廉，但它的模量低易與鋁起反應(yīng)。氧化鋁纖維氧化鋁纖維的比模量和比強度較低且價格昂貴。的比模量和比強度較低且價格昂貴。碳化硅纖維碳化硅纖維與鋁的反應(yīng)比硼小，并已作為硼纖維的涂層使與鋁的反應(yīng)比硼小，并已作為硼纖維的涂層使用但其密度比硼高用但其密度比硼高30、且強度較低。、且強度較低。 - 鈦合金鈦合金Ti-6Al-4V的冷拉絲材和沉淀硬化鋼的冷拉絲材和沉淀硬化鋼“火箭火箭”絲絲NS355，內(nèi)于密度大而在比強度和比模量上難以與硼相比。內(nèi)于密度大而在比強度和比模量上難以與硼相比。60 硼纖維硼纖維是用化學(xué)氣相沉積法由鎢底絲上用氫還原三氯化硼制是用化學(xué)氣相沉積法由鎢底絲上用氫還原三氯化硼制成的。將鎢絲電阻加熱到成的。將鎢絲電阻加熱到11001300并連續(xù)拉過反應(yīng)器以獲得并連續(xù)拉過反應(yīng)器以獲得一定厚度的硼沉積層這樣便在鎢絲上沉積了顆粒狀的無定形硼。一定厚度的硼沉積層這樣便在鎢絲上沉積了顆粒狀的無定形硼。 目前大量供應(yīng)的纖維有目前大量供應(yīng)的纖維有100um和和140um兩種直徑，有的纖維兩種直徑，有的纖維帶