湖大材料工程基礎(chǔ)課件第十章復(fù)合材料制備工藝(編輯修改稿)
2024-10-08 21:35 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 玻璃鋼建筑材料用于上海 東方明珠電視塔大堂裝潢 各種玻璃鋼型材制品 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022/9/20 材料工程基礎(chǔ) — 復(fù)合材料制備工藝 28 ? 金屬基復(fù)合材料 （ Metal Matrix Composites、 簡稱 MMC） 耐高溫 、 高比強(qiáng)度和比模量； 具有高韌性 、耐熱沖擊 、 導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能好 ， 并可和金屬材料一樣進(jìn)行熱處理和其它加工來進(jìn)一步提高性能 。 MMC以基體來分類可分為：鋁基 、 鈦基 、鎂基和高溫合金基復(fù)合材料 。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022/9/20 材料工程基礎(chǔ) — 復(fù)合材料制備工藝 29 鋁基復(fù)合 材 料 （ A l u m i n u m M a t r i x Composites） 是當(dāng)前使用最廣泛 、 應(yīng)用最早 、品種和規(guī)格最多的一種 MMC。 硼纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料用于航天飛機(jī)主艙體龍骨桁架和支柱 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022/9/20 材料工程基礎(chǔ) — 復(fù)合材料制備工藝 30 隨著 碳纖維 、 碳 化硅纖維 等增強(qiáng) 材料的開發(fā) ， 降 低了 MMC的成 本 ， 鋁基 MMC 已用于 空間站結(jié) 構(gòu)材料 如主結(jié)構(gòu) 支架等 ， 和 飛機(jī) 結(jié)構(gòu)件 如發(fā)動機(jī) 風(fēng)扇葉片 、 尾翼 等 。 飛機(jī)結(jié)構(gòu)件 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022/9/20 材料工程基礎(chǔ) — 復(fù)合材料制備工藝 31 ? 短纖維 、 晶須和顆粒增強(qiáng)材料 在 MMC的應(yīng)用以及 MMC新的制備技術(shù)開發(fā) ， 降低了成本 ，擴(kuò)大了鋁基 MMC在民用領(lǐng)域的應(yīng)用 ， 最明顯的是在汽車工業(yè)中的應(yīng)用 。 ? 由于 Al2O3顆?；蚨汤w維 、 SiC顆?；蚓ы?、B4C顆粒增強(qiáng)的鋁基 MMC具有良好的高溫力學(xué)性能 、 導(dǎo)熱性和耐磨性 ， 因此可制成汽車發(fā)動機(jī)的汽缸套 、 活塞 （ 活塞環(huán) ） 、 連桿 、氣門挺柱以及制動器的剎車盤 、 剎車襯片等 。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022/9/20 材料工程基礎(chǔ) — 復(fù)合材料制備工藝 32 Al2O3短纖維 /Al汽車活塞 (活塞環(huán) )(豐田汽車公司 )(左 ) SiCp/Al連桿，鍛件替代鋼連桿，減重 6kg(福特、通用汽車公司 )(中 ) SiCp/Al， Al2O3p/Al汽車剎車盤，減重 60％ (豐田、福特和通用汽車公司 )(右 ) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022/9/20 材料工程基礎(chǔ) — 復(fù)合材料制備工藝 33 MMC組織特點(diǎn) Al7Si/SiCp的錠坯組織 (冷速不同 ) ? 增強(qiáng)相的分布特點(diǎn) (錠坯和塑性加工材料 ) 擠壓過程中陶瓷顆粒流線的形成 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022/9/20 材料工程基礎(chǔ) — 復(fù)合材料制備工藝 34 Al4wt％ Cu/SiCp復(fù)合材料中 ?’相的分布照片 鋁基復(fù)合材料中的位錯結(jié)構(gòu) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022/9/20 材料工程基礎(chǔ) — 復(fù)合材料制備工藝 35 ? 特殊的晶粒結(jié)構(gòu) ? 增強(qiáng)顆粒附近的位錯密度非常高，容易導(dǎo)致細(xì)小亞晶粒的產(chǎn)生，特別是對應(yīng)層錯能高的金屬。 ? 增強(qiáng)顆粒抑制晶粒轉(zhuǎn)動，因而減輕形變織構(gòu)，效果與體積分?jǐn)?shù)有關(guān)。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022/9/20 材料工程基礎(chǔ) — 復(fù)合材料制備工藝 36 P/M Al/10vol％ SiCp 擠壓后的掃描電鏡照片 。 細(xì)小的氧化物條帶顯示了變形期間基體流變場的特征 。 SiC顆粒群內(nèi)的基體沒有變形 。 實(shí)際上 ， 這三個顆粒的行為相當(dāng)于一個大尺寸顆粒的行為 (在這個顆粒群周圍存在與大顆粒外圍相同的變形情況 ) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022/9/20 材料工程基礎(chǔ) — 復(fù)合材料制備工藝 37 ? 影響再結(jié)晶過程 ? 小尺寸顆粒會釘扎大角度晶界，如果顆粒尺寸較大，則會促進(jìn)再結(jié)晶形核。 ? 再結(jié)晶過程對增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)非常敏感。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022/9/20 材料工程基礎(chǔ) — 復(fù)合材料制備工藝 38 MMC界面問題 ? 特點(diǎn) ? 在界面處會出現(xiàn)材料的物理性質(zhì) (彈性模量、膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、熱力學(xué)參數(shù) )和化學(xué)性質(zhì)等的不連續(xù)性。 ? 結(jié)構(gòu)復(fù)雜性：接觸連接面、反應(yīng)產(chǎn)物、析出相、元素的擴(kuò)散與偏聚、近界面的高密度位錯區(qū)等。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022/9/20 材料工程基礎(chǔ) — 復(fù)合材料制備工藝 39 ? 界面結(jié)合類型 ? 化學(xué)結(jié)合 ? 如 Al/Cf、 Ti/SiCf等 ? 物理結(jié)合 ? 無反應(yīng)無擴(kuò)散。如： Al/SiCf、 Al/Bf ? 擴(kuò)散結(jié)合 ? 機(jī)械結(jié)合 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022/9/20 材料工程基礎(chǔ) — 復(fù)合材料制備工藝 40 ? 界面優(yōu)化及界面反應(yīng)控制 ? 采用惰性擴(kuò)散層來抑制界面反應(yīng) ? 增強(qiáng)相表面改性，以提高界面結(jié)合強(qiáng)度問題 ? 提高熔體溫度 ? 在熔體中添加合金化元素 ? 增強(qiáng)相表面處理，如煅燒、氧化、粗糙化 ? 涂層，如電鍍、化學(xué)鍍、氣相沉積、 solgel等 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022/9/20 材料工程基礎(chǔ) — 復(fù)合材料制備工藝 41 MMCS的性能特點(diǎn) ? 優(yōu)點(diǎn) ? 組織結(jié)構(gòu)和性能的可設(shè)計(jì)性和可控制性強(qiáng) ? 高彈性模量、高強(qiáng) 度 、高剛性 ? 膨脹系數(shù)可控 ? 高溫性能較好 (與基體合金相比 ) ? 阻尼性能優(yōu)異 ? 耐磨損性質(zhì)好 ? 抗蠕變性能優(yōu)異 ? 抗疲勞性能好 ? 不 吸收水氣 (與樹脂基復(fù)合材料比較 ) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022/9/20 材料工程基礎(chǔ) — 復(fù)
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