郑州大学复合材料学课件第三章MMC1.ppt

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1、Chapter4金属基复合材料（MetalMatrixComposite）Chapter3:MetalMatrixComposite4.1IntroductiontoMMC4.1.1.定义金属基复合材料（MetalMatrixComposite),简称（MMC)是以金属及其合金为基体，与一种或几种非金属增强相人工结合成的复合材料。Chapter3:MetalMatrixComposite4.1.2MMC的沿革与发展20世纪60年代硼纤维增强铝基复合材料用于航天飞机主舱体龙骨桁架和支柱Chapter3:MetalMatrixComposite70年代中期C纤维增强铝基复合材料70年代末碳化硅

2、纤维、晶须、颗粒氧化铝纤维增强铝增强钛Al203短纤维/Al汽车活塞（活塞环）（丰田汽车公司）（左图）SiCp/Al连杆，锻件替代钢连杆，减重6Kg（福特、通用汽车公司）（中图）SiCp/Al，Al203p/Al汽车刹车盘，减重60％（丰田、福特和通用汽车公司）（右图）Chapter3:MetalMatrixComposite80年代制备工艺技术的研究★压铸成型★半固态成型★喷射沉积★原位金属直接氧化法★反应生产法90年代－界面(interface)★界面稳定性★界面产物及作用★界面结构★界面反应控制★界面与性能的关系★MMC研究和开发的集中方向：MMC的发展特点是：基体的多样性；品种变化

3、性；技术的复杂性；使用的局限性和长期预研性。因此，MMC的研究开发主要集中在以下方向：●不同金属基与不同种类、形态的增强材料复合●新型增强材料的开发，包括金属与非金属、颗粒、晶须，片晶等●制备工艺的开发和研究●增强相/基体界面优化的研究●扩大MMC材料的应用范围和领域Chapter3:MetalMatrixComposite4.1.3MMC分类金属基复合材料分类图Chapter3:MetalMatrixComposite4.1.4MMC性能特点金属基复合材料作为结构材料具有一系列和金属性能相似的特点，随着科技的发展，单一的金属或其合金难以满足要求，金属基复合材料通过和高强度、高模量、耐热性

4、性好的纤维或颗粒晶须等复合后，可以获得比其基体金属或合金在比强度、比模量、高温性能等性能更好的新型工程材料，其主要的性能特点有：●高比强度、比模量●高韧性和高冲击性能●具有较好的高温性能●表面耐久性好，表面缺陷敏感性低●良好的导热、导电性能●良好的热匹配性●良好的再加工性能Chapter3:MetalMatrixComposite●高比强度、比模量与结构陶瓷和聚合物材料相比，金属材料的高强度在复合材料中能得到更好的利用，右图为几种常用的金属基复合材料与常用金属材料（铝、钛合金及钢）的比强度和比模量的比较，纤维增强材料的比强度和比模量明显优于金属材料；而颗粒增强复合材料在比模量上有显著提高。

5、Chapter3:MetalMatrixComposite金属基复合材料的强度与模量分为三个水平：●高性能水平，强度1200MPa以上、模量在200GPa以上；●中性能水平，强度600-1000MPa、100-150Gpa之间；●较低性能水平，强度400-600MPa、模量95-130Gpa。典型的铝基和钛基MMC的性能Chapter3:MetalMatrixComposite●高韧性和高冲击性能金属基复合材料相对与聚合物基、陶瓷基复合材料具有高的高韧性和耐冲击性能。如右图，基体中的裂纹顶端的最大应力接近基体的抗拉强度，而低于纤维的断裂应力时，裂纹或在界面扩展钝化，或因基体的塑性剪切变形而

6、钝化，从而改善了材料的断裂韧性。Chapter3:MetalMatrixComposite●具有在高温下保持的性能和聚合物基复合材料相比，MMC的物理和机械性能具有高温稳定性，即对温度变化不敏感，具有较好的高温性能，可作为在一定高温下使用的结构材料。如左图，硼纤维增强铝在近400℃温度下仍有较好的高温比强度。而硼纤维在增强环氧树脂复合材料在室温时具有比MMC高的比强度，但在约150℃时，比强已经明显下降。Chapter3:MetalMatrixComposite●表面耐久性好，表面缺陷敏感性低金属基复合材料中金属基体对表面裂纹的敏感性比聚合物或者陶瓷小的多，表面坚实耐久，尤其是颗粒、晶须增

7、强金属基复合材料常可以作为工程构件中耐磨件使用。●导热、导电性能好金属基复合材料导热、导电性能比聚合物或者陶瓷基结构好的多。它可以使局部高温热源和集中电荷很好扩散消除。如碳纤维增强铝基复合材料可以作为航空航天技术领域中的结构材料，还可以作为空间装置的热传导和散热器面板应用Chapter3:MetalMatrixComposite●良好的热匹配性有些增强纤维和基体的热膨胀系数接近，复合后可以降低热应力和热膨胀系数，如碳纤维