复合材料的基体材料1

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1、第二章复合材料的基体材料基体作用：传递荷载、保护增强体；基体类型：塑料（热固性、热塑性）、金属、无机非金属（陶瓷、C、水泥等）9/1/202112．1金属材料用于MMC的主要品种：铝及铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、铜与铜合金、铅、钛铝、镍铝金属间化合物。合理选择品种的重要性：正确选择基体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十分重要。9/1/202122.1.1选择基体的基本原则在选择基体金属时应考虑因素：MMC的使用要求MMC的组成特点基体金属与增强物的相容性9/1/202131）MMC的使用要求不同应用领域、不同

2、工况条件对复合材料构件的性能要求有很大差异。航天、航空器元件：高比强度、比模量+尺寸稳定性。宜选用密度较小的轻金属合金—镁合金和铝合金，如C/Mg、C/Al、B/Al。高性能发动机叶片、转轴：高比强度、比模量+耐高温。选择钛基合金、镍基合金及金属间化合物。如SiC/Ti、W/Ni。汽车发动机活塞、缸套：耐高温+耐磨、导热，选择C/Al、Al2O3/Al、SiC/Al。高集成电子器件：要求高导热+低膨胀，选择高导热率的银、铜、铝等与高导热性、低膨胀的石墨纤维、金刚石纤维、碳化硅颗粒复合。9/1/202142）金属基复合材料的组成特点连续纤维增强MMC：

3、基体的主要作用是以充分发挥增强材料性能为主，基体本身应与纤维有良好的相容性和塑性。如：连续C/Al中，纯铝或含有少量合金元素的铝合金作为基体比高强度铝合金好得多。且铝合金强度越高，其MMC的性能越低。非连续增强MMC：基体是主要承载物，基体强度对MMC具有决定性的影响。因此需选用高性能金属基体。9/1/202153）基体金属与增强物的相容性基体与纤维的相容性：良好的浸润性、稳定的界面。例：在纯铝中加入少量的Ti、Zr等元素，可明显改善MMC的界面结构和性质，大大提高MMC的性能。Fe、Ni高温时会破坏CF的结构，使其丧失原有强度，因此不能直接用作CF

4、的基体。9/1/202162.1.2结构复合材料的基体按制品使用温度要求分为：用于450℃以下的MMC轻金属基体用于450-700℃的MMC金属基体用于1000℃以上的高温MMC的金属基体9/1/202171）用于450℃以下MMC的轻金属基体目前研究发展最成熟、应用最广泛的MMC是铝基和镁基复合材料，用于航天飞机、人造卫星、空间站、汽车发动机零件、刹车盘等，并以形成工业化规模生产。对于不同类型的复合材料应选用合适的铝或镁合金基体。连续纤维增强MMC：一般选用纯铝或含合金元素少的单相铝合金；颗粒、晶须增强MMC：则选用具有高强度的铝合金。表2-1各种

5、牌号铝、镁合金的成分和性能9/1/202182） 用于450-700℃的MMC金属基体钛合金具有相对密度小、耐腐蚀、耐氧化、强度高等特点，可在450-700℃使用。SiC/Ti制成的叶片和传动轴等零件可用于高性能航空发动机。表2-2钛合金的成分和性能9/1/202193）用于1000℃以上的高温MMC金属基体用于1000℃以上的基体材料主要是镍基、铁基耐热合金和金属间化合物，较成熟的是镍基、铁基高温合金。金属间化合物基MMC尚处于研究阶段。W/Ni合金，可以大幅度提高其高温性能——高温持久性能和高温蠕变性能，一般可提高1-3倍，主要用于高性能发动机叶

6、片等重要零件。表2-3高温MMC的基体合金成分和性能9/1/2021102.1.3功能用MMC的基体电子、信息能源等高技术领域的发展，要求材料和器件同时具有高力学性能、高导热、低热膨胀、高导电率、高抗电弧烧蚀性、高磨擦系数和耐磨性等综合物理性能。如电子器件：集成度越来越高，功率增大，发热严重，需用热膨胀系数小、导热性好的材料做基板和封装材料，以便将热量迅速传走，避免产生热应力，提高器件可靠性。SiCp/Al、SiCp/Cu；又如汽车发动机零件：要求耐磨、导热性好、热膨胀系数适当。采用SiC、Al2O3、Gr等增强材料增强Al、Mg、Cu、Zn、Pb等

7、MMC9/1/2021112．2陶瓷材料2.2.1陶瓷材料发展历史及概念内涵传统陶瓷：是采用粘土及其天然矿物质经粉碎加工、成型、烧结等过程制得，如日用陶瓷、建筑陶瓷、电瓷，其主要原料是硅酸盐矿物，所以归属于硅酸盐类材料。特种陶瓷：高温陶瓷、介电陶瓷、压电陶瓷、高导热陶瓷、高耐腐蚀陶瓷，所用材料不局限于天然矿物，而是扩大到经过人工提纯加工或合成的化工材料。现代陶瓷：是以特种陶瓷为基础由传统陶瓷发展起来的又具有与传统陶瓷不同的鲜明特点的一类新型陶瓷。它早已超出传统陶瓷的概念和范畴，是高新技术的产物9/1/2021122.2.2陶瓷的分类按化学成分分类氧化

8、物陶瓷：Al2O3、SiO2、MgO、ZrO2、CeO2、CaO、Cr2O3及莫莱石（3Al2O3·3SiO