金屬基復(fù)合材料ppt課件(參考版)
2025-05-02 03:58本頁(yè)面
【正文】 。利用這一特性，在制備鈦合金復(fù)合材料時(shí)，在基體鈦中加入臨時(shí)氫工藝可顯著地降低制備溫度，改善復(fù)合材料界面狀況（圖 924） 4 – 3 優(yōu)化制備工藝參數(shù)，采用新工藝 ?（ a） 815℃ 原位充氫熱壓； （ b） 900℃ 真空熱壓 ?圖 924 Ti6Al4V/SiC復(fù)合材料的結(jié)合情況 四、金屬基復(fù)合材料的性能 ? 金屬基復(fù)合材料的一般性能特點(diǎn) ? 1 1 高比強(qiáng)度、比剛度 ? 表 92 金屬基復(fù)合材料的力學(xué)性能一覽表 復(fù)合材料 增強(qiáng)相含量 VoL% 抗拉強(qiáng)度 MPa 拉伸模量 GPa 密度 g/cm3 BF /Al CVD SiCF /Al Nicalon SiCF /Al CF /Al FP Al2O3 F/Al Sumica Al2O3F/Al SiCW/Al SiCP/Al CVD SiCF/Ti BF / Ti 50 50 35~40 35 50 50 18~20 20 35 45 1200~1500 1300~1500 700~900 500~800 650 900 500~620 400~510 1500~1750 1300~1500 200~220 210~230 95 ~ 110 100~150 220 130 96 ~138 ~100 210 ~230 220 ~ 纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的比強(qiáng)度、比模量明顯高于金屬基體；顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的比強(qiáng)度雖無明顯增加，但比模量明顯提高。 ?氫是鈦合金中的強(qiáng) β相穩(wěn)定元素氫的溶如入可 擴(kuò)大相圖中 β相區(qū)；降低 β相轉(zhuǎn)變溫度。因?yàn)榛瘜W(xué)位相近的元素親和力大，容易發(fā)生潤(rùn)濕；另外，化學(xué)位是推動(dòng)反應(yīng)的位能，差別小發(fā)生反應(yīng)的可能性亦小。如將 3%的合金元素鎂作為活性元素添加到鋁中后，可使液態(tài)鋁的表面能下降。 4 – 2 金屬基體改性（添加微量合金元素） ?（ 3）改善增強(qiáng)劑與基體的潤(rùn)濕性。 ?（ 2）增加基體合金的流動(dòng)性，降低復(fù)合材料的制備溫度和時(shí)間。選擇的改性合金元素應(yīng)使界面反應(yīng)速度常數(shù)盡可能小，以保持第三類界面 的穩(wěn)定。 4 – 2 金屬基體改性（添加微量合金元素） ? 在金屬基體中添加某些微量合金元素以改善增強(qiáng)劑與基體的潤(rùn)濕性或有效控制界面反應(yīng)。 ? 常用的增強(qiáng)材料的表面（涂層）處理方法有： PVD、 CVD、電化學(xué)、溶膠 凝膠法等。從界面優(yōu)化的觀點(diǎn)來看，增強(qiáng)劑與基體的在潤(rùn)濕后又能發(fā)生適當(dāng)?shù)慕缑娣磻?yīng)，達(dá)到化學(xué)結(jié)合，有利于增強(qiáng)界面結(jié)合，提高復(fù)合材料的性能。 ?因此，在選擇金屬基復(fù)合材料的組分材料時(shí)，為避免過高的殘余應(yīng)力，要求增強(qiáng)纖維與基體的熱膨脹系數(shù)不要相差很大。 圖 923 金屬基復(fù)合材料的界面殘余應(yīng)力 ?當(dāng)纖維中殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力時(shí)，應(yīng)注意纖維的屈曲；當(dāng)基體中中殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力時(shí)，應(yīng)考慮界面和基體中的裂紋擴(kuò)展。可以看出，復(fù)合后纖維中出現(xiàn)殘余應(yīng)變?fr。如基體的韌性較強(qiáng)、熱膨脹系數(shù)也較大，復(fù)合后容易產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力，而纖維多為脆性材料，復(fù)合后容易產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力。 金屬基復(fù)合材料的界面殘余應(yīng)力 在金屬基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意增強(qiáng)纖維與金屬基體的物理相容性，即要求金屬基體有足夠的韌性和強(qiáng)度，以便能更好地通過界面將載荷傳遞給增強(qiáng)纖維；還要求在材料中出現(xiàn)裂紋和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)基體上產(chǎn)生的局部應(yīng)力不在增強(qiáng)纖維上形成高應(yīng)力。 ? （ 4）混合結(jié)合：由于制備工藝、熱處理以及高溫使役過程的變化，造成第一類和第三類界面共存的混合結(jié)合界面。以上反應(yīng)類型影響復(fù)合材料的界面穩(wěn)定性。在長(zhǎng)期熱效應(yīng)的作用下，界面上的 B02會(huì)發(fā)生球化，影響復(fù)合材料的性能。如在硼鋁復(fù)合材料中，硼纖維上吸附有氧，并生成不穩(wěn)定的 BO2 。如硼纖維 /Ti8Al1Mo1V復(fù)合材料，首先是含鋁的鈦合金與硼反應(yīng)： ? Ti（ Al） + B ? （ Ti、 Al） B2 ； ? 該反應(yīng)產(chǎn)物可能與鈦繼續(xù)進(jìn)行交換反應(yīng)： ? （ Ti、 Al） B2 + Ti? TiB2 + Ti（ Al） ? 這樣，界面反應(yīng)物中的鋁又會(huì)重新富集在基體合金一側(cè)，甚至形成 Ti3Al金屬間化合物。在 400?C以下， Al4C3的量基本是穩(wěn)定的；高于400?C時(shí)，反應(yīng)物量急劇增加。界面反應(yīng)物的量（或界面層厚度）隨溫度和時(shí)間的變化發(fā)生變化。 金屬基復(fù)合材料的界面化學(xué)反應(yīng)包括以下類型： ? 1）連續(xù)界面化學(xué)反應(yīng)：在制備過程的熱處理和復(fù)合材料熱使役過程，界面化學(xué)反應(yīng)可連續(xù)進(jìn)行。大多數(shù)金屬基復(fù)合材料的基體與增強(qiáng)相之間在熱力學(xué)上是非平衡體系，也就是說在界面處存在著化學(xué)勢(shì)梯度。這些現(xiàn)象嚴(yán)重?fù)p傷了增強(qiáng)劑，降低了復(fù)合材料的性能。 ? （ 2）浸潤(rùn)與溶解結(jié)合：基體與增強(qiáng)相之間發(fā)生潤(rùn)濕，相互溶解而形成界面結(jié)合的第二類界面。主要依靠增強(qiáng)劑的粗糙表面的機(jī)械“錨固”力和基體的收縮應(yīng)力來“包緊”增強(qiáng)劑所產(chǎn)生的摩擦力而結(jié)合。只有界面結(jié)合適中的復(fù)合材料才呈現(xiàn)高強(qiáng)度和高塑性。 金屬基復(fù)合材料的界面結(jié)合 ?在金屬基復(fù)合材料中，需要在增強(qiáng)相和基體界面上建立一定的結(jié)合力。 ?第三類界面：界面處有微米和亞微米級(jí)的界面反應(yīng)物質(zhì)層。 ?第二類界面：基體與增強(qiáng)相既不相互反應(yīng)，但經(jīng)過擴(kuò)散 – 滲透相互溶解而形成界面。這類界面微觀是平整的，而且只有分子層厚度。 圖 922 反應(yīng)生長(zhǎng)法（ XD TM）工藝原理示意圖 6 – 3 反應(yīng)生長(zhǎng)法（ XD TM） ? XD TM工藝有以下特點(diǎn)： ?（ 1）增強(qiáng)相是原位生長(zhǎng)，具有熱穩(wěn)定性；
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