金属基复合肖晨研究资料讲解.ppt

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1、金属基复合肖晨研究金属基复合材料相对于传统的金属材料来说，具有较高的比强度与比刚度；与树脂基复合材料相比，具有优良的导电性与耐热性；与陶瓷基材料相比，具有高韧性和高冲击性能。金属基复合材料及其特性金属基复合材料（MMC）是以金属或合金为基体，以金属或非金属线、丝、纤维、晶须或颗粒为增强相的非均质混合物，共同点是具有连续的金属基体。2——构件的使用性能要求是选择金属基体材料最重要的依据，也是其发展的动力。金属基复合材料的使用要求在航天、航空技术中高比强度和比模量以及尺寸稳定性是最重要的性能要求。作为飞行器和卫星的构件宜选用密度小的轻金属合金—镁合金

2、和铝合金作为基体，与高强度、高模量的石墨纤维、硼纤维等组成石墨/镁、石墨/铝、硼/铝复合材料。31963年，NASA制备出钨丝增强Cu基复合材料，是纤维增强金属基复合材料的研究起点，SiC/Al,Al2O3/Al；1978年B/Al复合材料在哥伦比亚航天飞机上应用；1964年，Kraft通过共晶合金定向凝固制备出金属基复合材料，界面结合良好，Ni-Ni3Al，Ni-Ni3Si；20世纪80年代，金属基复合材料迅速发展，开始注重颗粒、晶须和短纤维增强金属基复合材料，在汽车、体育用品等领域得到应用；90年代后期，电子产品和技术迅速发展，低膨胀、高强度

3、和高导热性的金属基复合材料在电子产品得到应用；近年，功能和纳米金属基复合材料成为研究热点。金属基复合材料的发展4金属基复合材料的分类铝基复合材料镁基复合材料钛基复合材料镍基复合材料铜基复合材料基体颗粒增强金属基复合材料短纤维、晶须增强金属基复合材料长纤维强金属基复合材料层状复合材料增强体5铝及铝合金铝基复合材料是金属基复合材料中发展最快、应用得最广的一种。金属铝为面心立方结构，无同素异构体，密度为钢的1/3左右，具有良好的塑性和韧性，以及易加工性、工程可靠性及价格低廉等优点，在工程上广泛应用。工业纯铝：塑性优异，适用各种形式的冷、热加工；导电、导

4、热性能好，代替铜制作导线；强度不高，不适合做承力大的结构材料。6根据各种方法的基本特点，把金属基复合材料的制备工艺分为四大类：(1)固态法：扩散结合和粉末冶金；(2)液态法：铸造法、压铸法、半固态复合铸造、液态渗透以及搅拌法和无压渗透法等；(3)喷射与喷涂沉积法；(4)原位复合法：共晶合金定向凝固法、直接金属氧化法、反应自生成法。金属基复合材料的制备工艺7常用的金属基复合材料制备工艺8扩散结合扩散结合也称扩散粘接法或扩散焊接法，是加压焊接的一种，包括热压法和热等静压法。在一定的温度和压力下，把表面新鲜清洁的相同或不相同的金属，通过表面原子的互相扩

5、散而连接在一起。扩散结合是在较长时间的高温及不大的塑性变形作用下依靠接触部位原子间的相互扩散进行的。扩散结合的过程：粘接表面之间的最初接触，由于加热和加压使表面发生变形、移动、表面膜破坏；发生界面扩散和体扩散，使接触面密着粘接；热扩散界面最终消失，粘接过程完成。扩散结合成为一种制造连续纤维增强金属基复合材料的传统工艺方法。9a)金属箔复合法b)金属无纬带重叠法c)表面镀有金属的纤维结合法扩散结合法示意图10采用搅拌法制备金属基复合材料时，常常会由于强烈搅拌将气体或表面金属氧化物卷入金属熔体中；同时当颗粒与金属基体湿润性差时，颗粒难以与金属基体复合

6、，而且颗粒在金属基体中由于比重关系而难以得到均匀分布，影响复合材料性能。半固态复合铸造主要是针对搅拌法的缺点而提出的改进工艺。这种方法是将颗粒加入处于半固态的金属基体中，通过搅拌使颗粒在金属基体中均匀分布，并取得良好的界面结合，然后浇注成型或将半固态复合材料注入模具中进行压铸成型。半固态复合铸造11①是将金属熔体的温度控制在液相线与固相线之间，通过搅拌使部分树枝状结晶体破碎成固相颗粒，熔体中的固相颗粒是一种非枝晶结构，可以防止半固态熔体粘度的增加。②当加入预热后的增强颗粒时，因熔体中含有一定量的固相金属颗粒，在搅拌中增强颗粒受阻而滞留在半固态金属

7、熔体中，增强颗粒不会结集和偏聚而得到一定的分散。③强烈的搅拌作用促进增强颗粒与金属熔体的接触、润湿。④浇注时金属基复合材料是处于半固态，直接浇注成型或压铸成型所得的铸件几乎没有缩孔或孔洞，组织细化和致密。⑤半固态复合铸造主要应用于颗粒增强金属基复合材料。短纤维、晶须在加入时容易结团或缠结在一起，虽经搅拌也不易分散均匀。半固态复合铸造的特点12①半固态复合铸造工艺中，金属基体熔体的温度应使熔体达到30%-50%固态；②搅拌速度应不产生湍流以防止空气裹入，并使熔体中枝晶破碎形成固态颗粒，降低熔体的粘度，从而有利于增强颗粒的加入。主要控制工艺参数13通

8、过纤维或纤维预制件浸渍熔融态金属而制成金属基复合材料的方法。工艺效率较高、成本较低，适用于制成板材、线材和棒材等。加工时，可以抽真空，利