复合材料的基体材料课件

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1、第二章复合材料的基体材料主要学习内容：（1）金属材料（2）陶瓷材料（3）聚合物材料重点：基体材料的分类、特点和应用、复合材料选择基体的原则、聚合物基体的组分、结构和作用。难点：复合材料选择基体的原则、聚合物的结构。第二章复合材料的基体材料2.1金属材料随着现代科学技术的飞速发展，人们对材料的要求越来越高。在结构材料方面，不但要求高强度，还要求重量轻，在军事、国防、航空航天领域尤其如此。金属基复合材料正是为了满足上述要求而诞生的。与传统的金属材料相比，它具有较高的比强度和比刚度，而与树脂基复合材料相比，它具有优良

2、的导电性和耐热性，与陶瓷材料相比，它又具有高韧性和高抗冲击性能，这些优良的性能决定了它从诞生之日起就成为新材料家族中的重要一员。第二章复合材料的基体材料在过去的二十几年中，金属基复合材料逐渐地从军事、国防、航空航天向民用领域渗透，如今已在陆上运输(汽车和火车)、热控、民航、工业和体育休闲产业等诸多领域实现商业化的应用，形成年产量近5000t、年产值近20亿美元的工业部门。据预测，2013年以前全球MMCs市场将保持5．9％的年增长率。根据应用领域不同，MMCs市场可细分为陆上运输、电子／热控、航空航天、工业、消

3、费产品等5个部分，如下图所示。其中，陆上运输(包括汽车和轨道车辆)和高附加值散热组件仍然是MMCs的主导市场，用量占比分别超过60％和30％。第二章复合材料的基体材料金属基复合材料全球市场及展望(2004～2013年)第二章复合材料的基体材料但是，金属基复合材料学科是一门相对较新的材料学科，涉及材料表面、界面、相变、凝固、塑性形变，断裂力学等，仅有30余年的发展历史。因此在设计和制备复合材料时，需充分了解和考虑金属基体的化学物理特性以及与增强物的相容性等，以便于正确合理地选择基体材料和制备方法。第二章复合材料的

4、基体材料其中，基体材料是金属基复合材料的主要组成，起着固结增强物、传递和承受各种载荷(力、热、电)的作用。基体在复合材料中占有很大的体积百分数。在连续纤维增强金属基复合材科中基体约占50-70%的体积，一般占60%左右最佳。颗粒增强金属基复合材料中根据不同的性能要求，基体含量可在90-40%范围内变化，多数颗粒增强金属基复合材料的含量在80-90%之间。晶须、短纤维增强的金属基复合材料的含量在70%以上，一般也在80-90%之间。金属基体的选择对复合材料的性能有决定性的作用，金属基体的密度、强度、塑性、导热、导

5、电性、耐热性、抗腐蚀性等均将影响复合材料的比强度、比刚度、耐高温、导热、导电等性能。因此在设计和制备复合材料时，需要充分了解和考虑金属基体的化学、物理特性以及与增强物的相容性等，以便于正确合理地选择基体材料和制备方法。第二章复合材料的基体材料2.1.1选择基体的原则金属与合金的品种繁多，目前用作金属基复合材料的金属有铝及铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、铜与铜合金、锌合金、铅、钛铝、镍铝金属间化合物等。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

6、。因此，在选择基体金属时应考虑以下几方面：第二章复合材料的基体材料1、金属基复合材料的使用要求金属基复合材料构(零)件的使用性能要求是选择金属基体材料最重要的依据。在宇航、航空、先进武器、电子、汽车技术领域和不同的工况条件对复合材料构件的性能要求有很大的差异。航天飞机、卫星的结构件：石墨/镁、石墨/铝、硼/铝等复合材料。高比强度、比模量、尺寸稳定性是最重要的性能要求。而且作为飞行器和卫星构件宜选用密度小的轻金属合金-镁合金和铝合金作为基体，与高强度、高模量的石墨纤维、硼纤维等组成。第二章复合材料的基体材料高性能

7、发动机：碳化硅/钛、钨丝/镍基超合金复合材料。高性能发动机要求复合材料不仅有高比强度、比模量性能外，还要求复合材料具有优良的耐高温性能，能在高温、氧化性气氛中正常工作。一般的铝、镁合金就不宜选用，而需选择钛基合金、镍基合金以及金属间化合物作基体材料。第二章复合材料的基体材料普通汽车发动机：碳化硅/铝、碳纤维/铝。在汽车发动机中要求其零件耐热、耐磨、导热、一定的高温强度等，同时又要求成本低廉，适合于批量生产。第二章复合材料的基体材料工业集成电路需要高导热、低膨胀的金属基复合材料作为散热元件和基板。选用具有高导热率

8、的银、铜、铝等金属为基体与高导热性、低热膨胀的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、碳化硅颗粒复合成具有低热膨胀系数和高导热率、高比强度、比模量等性能的金属基复合材料，可能成为解决高集成电子器件的关键材料。第二章复合材料的基体材料2、金属基复合材料的组成特点连续纤维增强的金属基复合材料：纤维是主要承载体非连续增强的金属基复合材料：基体是主要承载体第二章复合材料的基体材料由于增强物的性质和增强机