金属基体复合材料 高材1001班 709舍 金属基体复合材料定义及分类 金属基复合材料是以金属为基体，以高强度的第二相为 增强体而制得的复合材料。因此，对这种材料的分类既可 按基体来进行、也可按增强体来进行。 1、按照基体材料分： (1)铝基复合材料(2)镍基复合材料(3)钛基复合材料 (4)镁基复合材料(5)铜基复合材料 2、按照增强材料分： (1)颗粒增强复合材料(2)层状复合材料(3)纤维增强复合材料 （1）铝基复合材料 铝基复合材料在金属基复合材料中应用得最广的一 种。由于铝的基体为面心立方结构，因此具有良好的塑 性和韧性，再加之它所具有的易加工性、工程可靠性及 价格低廉等优点，为其在工程上应用创造了有利的条件 。 在制造铝基复合材料时，通常并不是使用纯铝而是 用各种铝合金。这主要是由于与纯铝相比，铝合金具有 更好的综合性能。至于选择何种铝合金做基体，则根据 实际中对复合材料的性能需要来决定。 （2）镍基复合材料 这种复合材料是以镍及镍合金为基体制造的。由于 镍的高温性能优良，因此这种复合材料主要是用于制造 高温下工作的零部件。 人们研制镍基复合材料的一个重要目的，即是希望 用它来制造燃汽轮机的叶片，从而进一步提高燃汽轮机 的工作温度。但目前由于制造工艺及可靠性等问题尚未 解决，所以还未能取得满意的结果。 （3）钛基复合材料 钛比任何其它的结构材料具有更高的比强度。此外 ，钛在中温时比铝合金能更好地保持其强度。因此，对 飞机结构来说，当速度从亚音速提高到超音速时，钛比 铝合金显示出了更大的优越性。 随着速度的进一步加快，还需要改变飞机的结构设 计，采用更细长的机冀和其它冀型，为此需要高刚度的 材料，而纤维增强钛恰可满足这种对材料刚度的要求。 （4）颗粒增强复合材料 这里的颗粒增强复合材料 是指弥散的硬质增强相的体积 超过20的复合材料，而不包 括那种弥散质点体积比很低的 弥散强化金属。此外，颗粒增 强复合材料的颗粒直径和颗粒 间距很大，一般大于1um。 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和便于加 工。 金属基体复合材料特点 l高比强度、比模量 l导热、导电性好 l热膨胀系数小、尺寸稳定性好 l良好的高温性能 l良好的耐磨性 l良好的断裂韧性和抗疲劳性能 l不吸潮、不老化、气密性能好 l容易在高温下发生界面反应 金属 密度 (g/cm3) 熔点 / 比热容 /(J/g/) 热导率 /W/(m ) 热膨胀系 数/(10-6/) 抗拉强度 /(N/mm2) 弹性模量 /(kN/mm2 ) Mg1.745701.07625.228040 Al2.725800.9617123.431070 Ti4.416500.5979.51170110 Ni8.914400.466213.3760210 Cu8.910800.3839117.6340120 常见的金属基体性能 金属基体材料的选择原则 基体材料成分的正确选择，对能否充分组合和发挥基 体金属和增强物的性能特点，获得预期的优异综合性能满 足使用要求十分重要。所以，在选择基体金属时应考虑以 下几方面： 1 1、根据金属基复合材料的使用要求、根据金属基复合材料的使用要求 使用性能要求使用性能要求是选择金属基体材料最重要的是选择金属基体材料最重要的 依据。依据。 2 2 根据金属基复合材料组成特点根据金属基复合材料组成特点 选用不同类型的 选用不同类型的增强材料增强材料如连续纤维、短纤如连续纤维、短纤 维或晶须，对基体材料的选择维或晶须，对基体材料的选择有较大影响有较大影响。 金属基体复合材料的制备工艺 金属基复合材料由于加工温度高、制备工艺复杂、 界面反应控制困难，在制备过程中要注意的关键： 1）成型温度高 合金基体与增强体容易发生不利 的化学反应 2）合金基体与增强体的浸润性 绝大多数合金基 体对增强体浸润性较差 3）增强体在基体中的分布 对增强体进行表面处 理，增加润湿性，或采用适当的加压工艺，提高增 强体的分散性。 根据各种方法的基本特点方法的基本特点，把金属基复合材金属基复合材 料的制备工艺料的制备工艺分为四大类： (1) (1) 固态固态法；法； (2) (2) 液态液态法；法； (3) (3) 喷射与喷涂沉积喷射与喷涂沉积法；法； (4) (4) 原位复合原位复合法。法。 常用的金属基复合材料制备工艺常用的金属基复合材料制备工艺 金属基复合材料的制造工艺 1.液相工艺 部分或全部金属熔化。 液相法有利于密切的界面接触，粘结较强，但界 面反应会产生脆化界面层。 （1）压力渗透法 将熔融的基体金属通过压力渗透到纤维预制件中， 凝固成型。 (2) 热喷射法：将粉末输入到火焰的加热区 ，加热膨胀，加速喷射，在冷却模内凝固 成型 2 喷雾沉积 熔体雾化：将熔融金属通过压缩气体喷射雾 化，同时在压缩气体中注入陶瓷粉末，形 成沉淀锭子。 3.固相工艺 基体金属不出现液相的制备方法。金属基体 与增强材料之间的界面反应相对来说不严 重。 （1）混粉与压制法 （2）薄膜扩展粘合 （3）物理气相沉积法 复合材料的应用 B787客机(2007年7月首架飞机下线,复合材料占总质量50%,节省燃油20%) 技 术参数： 翼展：50.3-51.8米；机长: 55.5米；高度：16.5米；最大起飞总重 :163000千克；巡航速度： 0.85马赫（马赫=1126公里/小时） ；载客量：289 ；最大航程：15700公里 复合材料的应用