铝基复合材料

二、短纤维增强铝基复合材料 特点：在室温和高温下的弹性模量有较大的提高，但线膨胀 系数由所下降，耐磨改善，并具有良好的的导热性。
三、晶须和颗粒增强铝基复合材料 特点：优异的性能，制造方法简单，增强体主要是碳化硅和氧化铝 。 碳化硅：随它的含量增加，抗拉强度和弹性模量都增加 氧化铝：比强度和比刚度高。
铝基复合材料的综述
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复合材料是应现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命力的 材料，它由两种或两种以上性质不同的材料通过各种工艺手段复合而成 。复合材料可分为三类：聚合物基复合材料（PMCs）、金属基复合材料 （MMCs）、陶瓷基复合材料（CMCs）。金属基复合材料基体主要是铝、 镍、镁、钛等。铝在制作复合材料上有许多特点,如质量轻、密度小、 可塑性好,铝基复合技术容易掌握,易于加工等。此外,铝基复合材料比 强度和比刚度高,高温性能好,更耐疲劳和更耐磨,阻尼性能好,热膨胀系 数低。同其他复合材料一样,它能组合特定的力学和物理性能,以满足产 品的需要[1]。因此,铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、 最重要的材料之一。按照增强体的不同,铝基复合材料可分为纤维增强 铝基复合材料和颗粒增强铝基复合材料。纤维增强铝基复合材料具有比 强度、比模量高,尺寸稳定性好等一系列优异性能,但价格昂贵,目前主 要用于航天领域,作为航天飞机、人造卫星、空间站等的结构材料。颗 粒增强铝基复合材料可用来制造卫星及航天用结构材料、飞机零部件、 金属镜光学系统、汽车零部件;此外还可以用来制造微波电路插件、惯 性导航系统的精密零件、涡轮增压推进器、电子封装器件等。
碳化硅
铝基复合材料的发展趋势
• 采用颗粒增强制备铝基复合材料成本相对较低,原 材料资源丰富,制备工艺简单。选择适当的增强颗 粒与基体组合可制备出性能优异的复合材料,具有 很大的发展潜力和应用前景。可以预料,在现代工 业的高速发展和技术水平的高要求下,颗粒增强铝 基复合材料必将以其独特优势在工业领域占据重 要位置。但同时也应看到,颗粒增强铝基复合材料 在未来的时间里要取得更进一步发展,并列入规模 化生产的行列,还需要进行更多的探索和实践。因 此,进一步加强理论研究,建立完整的理论模型,不 断进行实践探索,将是今后的工作重点。
3、碳化硅—铝基复合材料 特点：高导热率，可调的热膨胀系数，质量不大，比刚度是所有电 子材料中最大的，良好的气密性，物理性能及力学性能都是各向 同性的。
4、氧化铝—铝复合材料 特点：强度比较高，在室温至450°C保持很高的稳定性
应用场合：（1）导弹弹尾的近蚌形铸造 （2）航空飞行嚣着陆装置 （3）飞机的电子进入门 （4）简单结构形状零件
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• 铝基复合材料的性能取决于基体合金和增强物的 特性、含量、分布等。与基体合金相比,铝基复合 材料具有许多优良的性能。 • 1 低密度 • 2 良好的尺寸稳定性 • 3强度、模量与塑性 • 增强体的加入在提高铝基复合材料强度和模量的 同时,降低了塑性。 • 4耐磨性 • 高的耐磨性是铝基复合材料(SiC 、Al2O3 增强)的特 点之一。
铝基复合材料的应用
• 1 在汽车领域的应用 • 铝基复合材料在汽车工业的应用研究起步最早。上个世纪 年代,日本丰田公司成功地用 复合材料制备了发动机活塞。 美国的 研制出用 颗粒增强铝基复合材料制造汽车制动盘, 使其重量减轻了 ,而且提高了耐磨性能,噪音明显减小,摩擦 散热快;同时该公司还用 颗粒增强铝基复合材料制造了汽 车发动机活塞和齿轮箱等汽车零部件。用 复合材料制成的 汽车齿轮箱在强度和耐磨性方面均比铝合金齿轮箱有明显 的提高。铝合金复合材料也可以用来制造刹车转子、刹车 活塞、刹车垫板、卡钳等刹车系统元件。铝基复合材料还 可用来制造汽车驱动轴、摇臂等汽车零件。
• 2 在航空航天领域的应用 • 现代科学技术的发展,对材料性能提出了越 来越高的要求,特别是航空航天领域要制造 轻便灵活、性能优良的飞机、卫星等，铝 基复合材料恰能满足这方面的要求。公司 采用熔模铸造工艺研制成 复合材料,用该材 料代替钛合金制造直径达 、重 的飞机摄相 镜方向架,使其成本和重量明显降低,导热性 提高。同时该复合材料还可用来制造卫星 反动轮和方向架的支撑架。
铝基复合材料的基本成分
• 铝及其合金都适于作金属基复合材料的基 体，铝基复合材料的增强物可以是连续的 纤维，也可以是短纤维，也可以是从球形 到不规则形状的颗粒。目前铝极复合材料 增强颗粒材料有SiC、AL2O3、BN等，金属 间化合物如Ni-Al，Fe-Al和Ti-Al也被用工作 增强颗粒。
铝基复合材料的性能
• 5疲劳与断裂韧性 • 铝基复合材料的疲劳强度一般比基体金属高,而断 裂韧性却下降。影响铝基复合材料疲劳性能和断 裂的主要因素有:增强物与基体的界面结合状态、 基体与增强物本身的特性和增强物在基体中的分 布等。 • 6热性能 • 增强体和基体之间的热膨胀失配在任何复合材料 中都难以避免,为了有效降低复合材料的热膨胀系 数,使其与半导体材料或陶瓷基片保持热匹配,常选 用低膨胀的 合金作为基体和采用不同粒径的颗粒 制备高体积分数的复合材料。
—、长纤维增强铝基复合材料 1、硼—铝复合材料 特点：有优异的疲劳强度，比强度和比模量高，尺寸稳定性好， 线膨胀系数与半导体芯片非常接近。
硼纤维增强铝基复合材料用于航天飞机主舱体龙骨桁架和支柱
2、碳—铝复合材料 特点：碳纤维的长度与直径比例对碳—铝复合材料的性能有很大 的影响（当长径比增大时，抗拉强度增大，增大到一定值时， 抗拉强度又开始减少）
• 4 在体育用品上的应用 • 铝基复合材料可以代替木材及金属材料来 制作网球拍、钓鱼竿、高尔夫球杆和滑雪 板等。用 颗粒增强铝基复合材料制作的自 行车链齿轮重量轻、刚度高、不易挠曲变 形,性能优于铝合金链齿轮。
铝基复合材料的制造工艺
• 铝基复合材料的制备方法对材料的性能影响很大, 其成本也取决于材料的制造工艺,因此研究和发展 有效的制造工艺一直是铝基复合材料的重要研究 内容。 • 1 粉末冶金法 • 2 高能-高速固结工艺 • 3 压力浸渗工艺 • 4 反应自生成法 • 5 液态金属搅拌铸造法 • 6 半固态搅拌复合铸造
• 3 在电子和光学仪器中的应用 • 铝基复合材料,特别是 增强铝基复合材料,由于具 有热膨胀系数小、密度低、导热性能好等优点,适 合于制造电子器材的衬装材料、散热片等电子器 件。 颗粒增强铝基复合材料的热膨胀系数完全可 以与电子器件材料的热膨胀相匹配,而且导电、导 热性能也非常好。在精密仪器和光学仪器的应用 研究方面,铝基复合材料用于制造望远镜的支架和 副镜等部件。另外铝基复合材料还可以制造惯性 导航系统的精密零件、旋转扫描镜、红外观测镜、 激光镜、激光陀螺仪、反射镜、镜子底座和光学 仪器托架等许多精密仪器和光学仪器。