1樓：手機使用者
6.1金屬基複合材料的種類和基本效能
6.1.1金屬基複合材料的種類
1.按基本分類
（1）鋁基複合材料：良好的塑性和韌性，易加工性、工程可靠性及**低廉等
（2）鎳基複合材料：高溫效能優良，有望成為燃汽輪機的葉片
（3）鈦基複合材料：高比強度，中溫強度較鋁基好，超音速戰鬥機中用鈦合金做蒙皮，主要與硼纖維結合增強
（4）鎂基複合材料：比鋁基更輕，集超輕，高比強度，高比剛度於一體，是航空航天材料的優選材料（dmg=1.74, dal=2.7）
還有鋅基、銅基、耐熱金屬基、金屬間化合物基等複合材料
2.按增強材料分類
（1）顆粒增強複合材料：增強相超過20%的彌散強化型別，其強度取決於顆粒的直徑、間距和體積比
（2）層狀複合材料：與纖維增強相比，它在平面各個方面上是增強的（二維增強，而不是一維增強）
（3）纖維增強複合材料：有長纖，短纖和晶須三種纖維，長纖亦可以一維纖維，二維布和三維網的方式存在。長纖維在基本中必須定向規整地存在，而短纖和晶須則是隨機任意不定向存在。
6.1.2金屬基複合材料中增強體的性質
金屬基複合材料的增強體主要是無機物和金屬。無機纖維有c纖維、b纖維、sic, al2o3、si3n4纖維等。金屬纖維主要有鈹、鋼、不鏽鋼和鎢纖維等。
增強顆粒主要是無機非金屬顆粒，包括石墨、sic, al2o3、si3n4、tic、b3c3等。主要講述纖維增強體。
纖維增強體的基本要求：
a高強度，
b高模量，
c容易製造和**低廉，
d化學穩定性好，
e纖維的尺寸和形狀: 大直徑圓纖維為好，
f效能的再現性與一致性，
g抗損傷或抗磨損效能
6.1.3金屬基複合材料的強度
纖維增強金屬基複合材料的縱向強度和橫向強度是不同的。
1. 縱向強度(圖6-1，p127)
臨界纖維體積比vf*
當弱纖維斷裂時，將引起三種重要的變化。1）由於破斷纖維失去強度，而使該處截面上的強度降低。2）破斷纖維裂紋周圍的靜應力集中會降低材料的有效強度。
3）破斷纖維失去載荷時產生的動應力波會使複合材料受到衝擊，從而降低該處橫斷面上的瞬時承載能力。
2. 橫向強度
複合材料的橫向模量隨著增強材料的含量增加是增加的，但強度的變化是複雜的。因為材料總是在區域性斷裂，這並不是平均強度可以衡量的，但總體上基本受纖維嚴重束縛，其斷裂強度理應比純基體材料大。
6.1.4複合材料組分的相容性
包括物理相容性和化學相容性，物理相容性和壓力變化、熱變化時材料的伸縮效能有關，相容性的要求是外部載荷能通過基本均勻傳遞到增強物上，基體上的應力不會增強體的區域性過於集中化學相容性則與介面結合、介面化學反應及環境的化學反應有關。
6.2金屬基複合材料的製造工藝
雖然該類複合材料的工藝很多，大致有：粉末冶金法、熱壓法、熱等靜壓法、擠壓鑄造法、共噴沉積法、液態金屬浸潤法、液態金屬攪拌法、反應自生法等等，這些方法大多也尚在不斷髮展之中，但其基本製造方法可歸納成幾個大類：固態法、液態法和自生成法及其它製備方法。
6.2.1固態法
基體和增強物均為固態。粉末冶金法、熱壓法、熱等靜壓法等包括在此類。
6.2.2液態金屬法
基體處於液態時與增強物複合的方法
6.2.3自生成法和其它方法
在基體內部通過反應生成增強物質的方法
其它方法：如複合塗（鍍）法，將增強物細粒懸浮於鍍液中用電鍍或化學鍍形成複合層。
6.3鋁基複合材料
6.3.1顆粒（晶須）增強鋁基複合材料
增強材料晶須有：sic,al2o3,sio2,bc4,tic
效能：效能優異，增強顆粒**低廉，應用前景廣闊，如sic增強者：有良好的力學效能和耐磨性，拉伸強度和彈性模量都比基體高，且顆粒粒徑越小，顆粒含量越大，強度就越高。耐磨性亦然。
6.3.2纖維增強鋁基複合材料
增強纖維主要有b,c，sic,al2o3
1)bf/al:硼纖維增強材料是最早研究和應用的，其高溫效能尤其突出，在500時的拉伸強度達到500mpa,這是鋁合金材料不可想象的。硼纖維比重：
2.5-2.65.
硼在鎢絲上化學氣相沉積得到纖維，表面還要加陶瓷塗層增加其抗氧化效能。
製造過程：纖維排列、複合材料組裝壓合和零件層壓。用易揮發的粘結劑將維粘一起並和鋁箔上一起熱壓。
2)c/al複合材料：碳纖維有優異的力學效能，而**較低。碳纖維的表面處理很關鍵，
3）sicf/al複合材料：特別的高溫抗氧化效能，能在較高溫度下與鋁複合。產品效能。有高的拉伸強度抗彎強度和優異的耐磨效能
4）短纖維增強鋁基複合材料
特點：增強體**廣，**低，成形性好，材料效能各向同性，可用傳統工藝成型加工。用氧化鋁和矽酸鋁增強鋁基合金其高溫強度明顯高於基體，彈性模量在室溫和高溫下都有較大的提高，熱膨脹係數小，耐磨性改善。
6.3.3 鋁基複合材料的應用
效能好，但**昂貴，所以主要用作太空梭、人造衛星，空間站等的結構材料，其次用作導彈構件，自行車架，高爾夫球杆等體育用品上。其民用前景隨造價的降低會很廣泛。
6.4鎳基複合材料（tmcs）
其複合材料有望用於燃氣渦輪發動機的葉片，承受高溫和高負載。
以單晶氧化鋁（藍寶石）晶須和杆增強簡單鎳或鎳鉻合金是主要研究型別。
藍寶石與鎳在高溫下會發生化學反應，所以要進行表面處理，通常是在表面塗鎢。
製造方法主要是將纖維夾在金屬板之間進行熱壓。如熱壓法成功地製造了al2o3-nicr複合材料。其工藝是先在杆上塗y2o3,再塗一層鎢，然後將杆夾在金屬板之間真空於1200℃加壓41.
4mpa.
6.5鈦基複合材料（tmcs）
1）金屬鈦耐高溫、耐腐蝕，比重低（4.5g/cm3）,是高效能結構材料的首選材料
主要有顆粒增強和連續纖維增強兩大類.
如用碳化矽顆粒增強時，其硬度和剛度提高，常溫強度比基體有時有所降低，但高溫強度比基體好。
連續纖維複合鈦合金的難度很大，只能用固相複合，因鈦在高溫時易於與纖維反應。硼鈦複合材料是主要研究物件。為了解決鈦在高溫下與基體的反應性，也就是與纖維的相容性問題，提出如下方法：
（1）最大限度減小反應的高速工藝；（2）最大限度減少反應的低溫工藝；（3）研究低活性的基體；（4）研製最大限度減小反應的塗層；（5）選擇具有較大反應容限的系列；（6）設計上儘量減小強度降低的影響。
2）應用：主要以用在航空航天用超高速發動機上為目的，但目前也有用在民用上，用作汽車材料和體育器材上。
6.6碳纖維增強金屬基複合材料
1）碳纖維和許多金屬缺乏相容性，目前相容性較好的有鋁鎂鎳鈷等，和鈦等其它金屬複合時會形成碳化物，故需進行表面處理。
2）碳纖維和某些材料複合會有特殊性質，如與銅，鋁和鉛等複合有高的強度，導電性，低摩擦性，低膨脹性（尺寸穩定性）等
3）與碳複合的金屬除鋁是主要的外，還有銅鎂鉛鋅錫鈹等。
4)cf/al:對纖維進行增強與鋁的潤溼性處理很關鍵。這樣在熱壓時能很好結合。塗敷金屬或非金屬層是可期待的改性方式。
5）cf/ni:電沉積熱壓是主要方法。但低壓時獲得的強度更高，原因是高壓損傷了纖維。
2樓：匿名使用者
金屬基複合材料一般都在高溫下成形，因此要求作為增強材料的耐熱性要內高。在纖維增強金屬中不容能選用耐熱性低的玻璃纖維和有機纖維，而主要使用硼纖維、碳纖維、碳化矽纖維和氧化鋁纖維。基體金屬用得較多的是鋁、鎂、鈦及某些合金。
碳纖維是金屬基複合材料中應用最廣泛的增強材料碳纖維增強鋁具有耐高溫、耐熱疲勞、耐紫外線和耐潮溼等效能，適合於在航空、航天領域中做飛機的結構材料。硼纖維增強鋁也用於空間技術和軍事方面。
碳化矽纖維增強鋁比鋁輕10％，強度高10％，剛性高一倍，具有更好的化學穩定性、耐熱性和高溫抗氧化性。它們主要用於****和飛機製造業。用碳化矽纖維增強鈦做成的板材和管材已用來製造飛機垂尾、導彈殼體和空間部件。
纖維增強的和顆粒增強的複合材料有什麼區別?
3樓：匿名使用者
纖維增強複合材料
由增強纖維和基體組成。纖維(或晶須)的直徑很小，一般在l0μm以下，缺陷較少又小，斷裂應變不大於百分之三，是脆性材料。容易損傷、斷裂和受到腐蝕。
基體相對於纖維來說強度和模量要低得多但可經受較大的應變往往具有粘彈性和彈塑性是韌性材料。 纖維增強複合材料由纖維的長短可分為短纖維增強複合材料、長纖維複合材料和雜亂短纖維增強複合材料。纖維增強複合材料由於纖維和基體的不同品種很多如碳纖維增強環氧、硼纖維增強環氧、kevlar纖維增強環氧、kevlar纖維增強橡膠、玻璃纖維增強塑料、硼纖維增強鋁、石墨纖維增強鋁、碳纖維增強陶瓷、碳纖維增強碳和玻璃纖維增強水泥等。
纖維增強複合材料的效能體現在以下方面：
比強度高比剛度大成型工藝好材料效能可以設計抗疲勞效能好。破損安全效能好。多數增強纖維拉伸時的斷裂應變很小、疊層複合材料的層間剪下強度和層間拉伸強度很低、影響複合材料效能的因素很多會引起複合材料效能的較大變化、用硼纖維、碳纖維和碳化矽纖維等高效能纖維製成的樹脂基複合材料雖然某些效能很好但**昂貴、纖維增強複合材料與傳統的金屬材料相比具有較高的強度和模量較低的密度、纖維增強複合材料還具有獨特的高阻尼效能因而能較好地吸收振動能量同時減少對相鄰結構件的影響
顆粒增強複合材料
顆粒增強體是用以改善複合材料的力學效能，提高斷裂功、耐磨性、硬度，增進耐蝕性的顆粒狀材料。如sic、tic、b4c、wc、al2o3、mos2、si3n4、tib2、bn、c、石墨~~~等
顆粒增強金屬基複合材料由於製備工藝簡單、成本較低微觀組織均勻、材料效能各向同性且可以採用傳統的金屬加工工藝進行二次加工等優點，已經成為金屬基複合材料領域最重要的研究方向。顆粒增強金屬基複合材料的主要基體有鋁、鎂鈦、銅和鐵等，其中鋁基複合材料發展最快；而鎂的密度更低，有更高的比強度、比剛度，而且具有良好的阻尼效能和電磁遮蔽等效能，鎂基複合材料正成為繼鋁基之後的又一具有競爭力的輕金屬基複合材料。鎂基複合材料因其密度小，且比鎂合金具有更高的比強度、比剛度、耐磨性和耐高溫效能，受到航空航天、汽車、機械及電子等高技術領域的重視。
顆粒增強鎂基複合材料與連續纖維增強、非連續 (短纖維、晶須等)纖維增強鎂基複合材料相比，具有力學效能呈各向同性、製備工藝簡單、增強體**低廉、易成型、易機械加工等特點，是目前最有可能實現低成本、規模化商業生產的鎂基複合材料
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