金屬基復合材料的研究現狀與發(fā)展-展示頁
2025-01-25 10:25本頁面
【正文】 應產物本身不穩(wěn)定，容易分解造成界面分離。 在纖維增強金屬基復合材料中適當的界面結合強度是材料具有最高性能的保證，此時界面既能有效地傳遞載荷，又能有效地阻止裂紋的擴展，充分發(fā)揮纖維的作用。例如，在遠低于熔點的溫度下鋁與碳生成 Al4C與硼生成 AlB鈦與碳化硅生成 TiC、 Ti5Si3或 TiSi2。 對制造技術的要求 為得到性能良好 、 成本低廉的金屬基復合材料 ， 制造技術應滿足以下要求： 1. 增強材料以設計的體積分數和排列均勻地分布于基體中； 2. 盡量不使增強材料和金屬基體原有性能下降 ，特別是不能對高性能增強材料造成損傷 ， 應使增強材料和金屬的優(yōu)良性能得以疊加和互補； 3. 盡量避免增強材料和金屬基體之間發(fā)生不利的化學反應 ， 應得到合適的界面結構和性能 ， 充分發(fā)揮增強材料的增強效果； 4. 工藝簡單易行 ， 適于批量生產 ， 增強材料價格低 ，盡可能直接制成接近最終形狀和尺寸的零件 。 金屬基復合材料制造技術 金屬基復合材料的性能 、 應用 、 成本等在很大程度上取決于材料的制備技術 ， 因此研究和發(fā)展有效的制備技術是金屬基復合材料研究中最重要的問題之一 。生產的復合材料 ， 價格高昂 （ 如硼 鉛復合材料的價格約為熱軋鋼的 1860倍 ） ， 僅限于用在航空航天上 。 當時由于受到增強纖維品種少的限制 ， 僅發(fā)展了硼纖維增強鋁 、 鈦等少量品種 。 它既有金屬的性能 ， 也有樹脂基無法達到的使用溫度高 、 剪切強度高 、 阻燃 、 不老化 、 不吸潮 、 不放氣 、 耐磨損 、 導電 、 導熱等金屬屬性 ， 在一些工業(yè)領域中有廣泛的應用前景 。 現代復合材料形成了樹脂基復合材料 、 金屬基復合材料和陶瓷基復合材料三大類 。 可以通過材料設計使各組分的性能互相補充并彼此關聯 ， 從而獲得新的優(yōu)越性能 ， 與一般材料的混合有本質的區(qū)別 ” 。 基本概念 上述所列的學者對復合材料的定義 ， 盡管從材料的組成與性質上進行了較為科學和全面的描述 ， 但都忽略了作為復合材料的重要特點 —— 可設計性 。 這種材料的組成成分應保持同一性 ， 在性能上必須有重要的改進或不同于原組成成分的性質 。金屬基復合材料的研究現狀與發(fā)展 材料學院 耿浩然 復合材料一詞出現在 20世紀 50年代 。Richardson 在所著的 《 polymer Engineering posites》 書中定義：復合材料是不同的材料結合在一起 、 形成一種結構較為復雜的材料 。 中國復合材料學科的開拓者胡振渭教授曾對復合材料做過較為簡明的定義： “ 復合材料是由兩種或兩種以上不同性質或不同形態(tài)的原材料 ， 通過復合工藝組合而成的材料 ， 它既保持了原組分材料的主要特點 ， 又具備了原組分材料所沒有的新性能的一種多相材料 ” 。 師昌緒院士主編的 《 材料大辭典 》 對復合材料給出了較全面完整的定義： “ 復合材料是由有機高分子 、 無機非金屬和金屬等幾類不同材料通過復合工藝組合而成的新型材料 ， 它既能保留原組分材料的主要特色 ， 又通過復合效應獲得原組分所不具備的性能 。 近代復合材料的發(fā)展從基體上來看 ， 首先發(fā)展的是軟基體 ， 然后逐漸發(fā)展較硬和硬的基體 ，即從樹脂到金屬到陶瓷基體 。 金屬基復合材料 （ 簡稱 MMC） 的性能既優(yōu)于金屬材料 ， 也優(yōu)于樹脂基復合材料 。 金屬基復合材料起步于 60年代初期 。 多沿用樹脂基復合材料的成型方法 ， 如鋪層工藝和纏繞工藝 。 80年代中期 ， 長纖維增強 、 短纖維增強 、晶須增強 、 顆粒增強金屬基復合材料開始多種增強材料 （ 硼 、 碳 、 碳化硅 、 碳化鈦 、 硼化鈦 、氧化鋁等 ） 、 多種基體材料 （ 鋼 、 鋁 、 鈦 、 鎂 、鋅等 ） 、 多種復合方法較為全面的發(fā)展 。 冶金工業(yè)中現有的常規(guī)技術如粉末冶金 、鑄造 、 塑性成型等被用來制造金屬基復合材料 ，但鑒于材料本身的特殊性質和對材料的要求 ，不同類型的金屬基復合材料在其制造技術上存在著很大的差別 ， 有各自的難點 ， 需根據不同情況采用不同措施加以解決 。 金屬基復合材料制造的難點及解決途徑 與樹脂基復合材料相比 ， 由于金屬固有的物理 、化學特性 ， 使金屬基復合材料在制造上存在一些技術上的困難 ， 需要采取特殊的措施解決： ，使之充分滲透到增強材料之間的間隙中并與之復合，需要高的制造溫度（高于或接近基體的熔點），在高溫下增強材料與基體容易發(fā)生界面反應，但也可能氧化，產生有害的反應。這些反應造成增強材料的損傷，容易造成過強的界面結合。 過強的界面結合可能使材料發(fā)生早期的低應力破壞，反應產物呈脆性，在應力作用下往往首先斷裂，成為裂紋源，引起復合材料的整體破壞。如 Al4C3，與水接觸時發(fā)生水解生成甲烷，嚴重時使復合材料解體。 2. 金屬基體與增強材料之間浸潤性差。 ），基體才能均勻覆蓋于增強材料表面
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