金属基复合材料

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应用
2、机械制造工业 • 金属基复合材料用于机械制造业的前提是其制品具有其他材料不可替
代的优点，或者其产品的制造成本接近用金属制造的成本。
• 金属基复合材料在机械工业中最早被用于制造汽车发动机零件。日本 本田公司用含5%的A12O3短纤维的铝基复合材料代替含镍铸铁用于 制造汽车发动机活塞环附近的衬套，质量减轻5%-10%，磨损量为铝 合金的1/5，导热系数为含镍铸铁的四倍，热疲劳寿命明显提高。
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缺点
1、金属基复合材料在基体屈服以前的一个较小范围内，应力应变关系才 是线性的。除非采用很硬的基体，否则在拐点以上，金属基复合材料的 有效弹性模量就不再明显大于树脂基复合材料。 一般来说，树脂基复合材料在纤维方向具有很好的线性弹性，具有很高 的比强度和比刚度。这是金属基复合材料所不及的。 2、剪切强度和层间拉伸强度较低 与金属基体材料相比，金属基复合材料的面内剪切强度、层间剪切强度、 横向拉仲强度和层间拉仲强度都比较低。与纤维方向金属基复合材料的 拉、压强度比就更低。但与树脂基复合材料的这些性能比，又强得多。 提高界面的结合强度，可提高这些性能，但冲击强度下降。 3、在抵抗某些环境腐蚀方面，金属基复合材料不如树脂基复合材料。 4、在金属基复合材料制造过程中，涉及到高温、增强材料的表面处理、 复合成型等复杂工艺。因此，金属基复合材料很难制造、成本很高。 5、金属基复合材料密度较大。 6、由于金属基复合材料的研究起步较晚，再加上实际应用范围和制造成 本等因素的影响，目前金属基复合材料的技术水平落后于聚合物基复合 材料和陶瓷基复合材料。
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应用
4、国防军工工业
• 金属基复合材料性能优异，但制造工艺复杂、成本高、价 格贵，所以应用的主要领域是航空航天和国防军工工业。 在国防军工工业中，硼纤维和碳化硅纤维、碳化硅晶须和 颗粒增强铝基复合材料用来制造导弹的零件和构件，如导 弹弹体、垂直尾翼、平衡翼、制导元件等。
• 碳化硅晶须和颗粒增强铝基复合材料被用于制造战术坦克 的反射镜部件、轻型坦克的履带、空间激光镜等等。
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应用
1、航空航天工业 • B/AL复合材料是最早工业化生产的金属基复合材料，在美国哥伦比
亚号航天飞机构件中，该种复合材料用于制造主骨架、肋条、桁架支 柱、制动器支撑架等构件共89种243件，总质量150kg。使用B/A1复 合材料比原来铝合金构件质量减轻了44%。B/AL复合材料还用来制 造喷气发动机风扇叶片、飞机机翼蒙皮和结构支撑件、飞机垂直尾翼 和起落架部件。 • SiC/AL复合材料被用来制造飞机、发动机和卫星的结构件，如飞机 上长3m的Z形加强板、战斗机尾翼平衡器、卫星支架以及超轻高性能 太空望远镜的管、棒、桁架等。 • 用于航空航天工业的金属基复合材料，一般需要考虑的主要因素是： （1）轻质高强。在保持强度的情况下，材料自重要轻，这样可以减少 燃料消耗，所以通常选用低密度陶瓷纤维作为增强材料。 （2）材料的抗疲劳性能好。对复合材料成型工艺要求较高，复合材料 的制造成本也相应提高。 （3）材料具有一定的耐高温性能。
• 此外，已经开发成功的有SiC颗粒增强铝基复合材料的整体活塞。 A12O3 颗粒增强铝基复合材料制造的汽车发动机的驱动轴，转速 可以提高约14%。用短切氧化铝和碳纤维增强的铝-硅合金复合材料 的耐磨性和抗疲劳性好、高温稳定、密度低、减振性强。丰田公司用 它制造发动机缸体，使功率/质ห้องสมุดไป่ตู้比明显提高。
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特点
4、在纤维方向上线膨胀系数小 金属基复合材料所用的碳纤维、碳化硅纤维和硼纤维均有很高的模量和 很低的线膨胀系数，且石墨纤维的纵向线膨胀系数为负值。因此．纤维 增强金属基复合材料的线膨胀系数要比金属小。控制纤维的含量和方向 就能设计制造出在纤维方向上线膨胀系数很低的金属基复合材料。 5、良好的抗疲劳性能 金属基复合材料的抗疲劳性能与纤维类型、金属基体的性能、生产工艺 和界面状况等密切相关。当纤维与基体在界面上结合得合适时，界面能 有效地阻止裂纹扩展。纤维增强金属基复合材料的抗拉、抗疲劳性能， 明显高于金属基休材料。 6、不吸湿和不放气 金属基复合材料不吸湿，没有分解和污染系统的物质产生。这对卫星仪 表的稳定和可靠运行是十分重要的。 7、其他性能 金属基纤维增强复合材料与基体材料相比，可提高抗蠕变性能、硬度和 阻尼等。
应用
3、电子材料工业 • 电子材料工业，特别是近年来蓬勃发展的微电子工业，对材料有较高的使用
要求。SiC颗粒增强铝基复合材料，可通过调节SiC颗粒的含量使其热膨胀系 数于与基材匹配，并且具有导热性好、尺寸稳定性优良、低密度、适合钎焊 等性能。用它代替钢/钼基座，可以改善微电子器件的性能。 • 硼/铝复合材料用作多层半导体芯片的支座，是一种很好的散热冷却材料，由 于这种材料导热性好、热膨胀系数与半导体芯片非常接近，故能大大减少接 头处的热疲劳。 • 石墨纤维增强铜基复合材料的强度和模量比铜高，又保持了铜的优异的导电 和导热性能。通过调节复合材料中石墨纤维的含量及排布方向，可使其热膨 胀系数非常接近任何一种半导体材料，因此被用来制造大规模集成电路的底 板和半导体装置的支持电板，防止了底板的翘曲和半导体基片上裂纹的产生， 提高器件稳定性。 • 在大型蓄电池中的铅电极自重大、刚性差，容易翘曲引起短路，影响电解过 程的正常进行。用碳纤维增强铅的复合材料，既保持原来优良的电化学性能， 又使强度和模量提高，不易翘曲，同时减小蓄电池的体积。
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发展方向
1、大力研究发展颗粒增强的铝基、镁基复合材料。
• 国际ALCON公司已建成年产1.1万吨颗粒增强铝基复合材 料型材、棒材、锻材、铸锭以及零件的专业工厂。生产的 SiCp/Al（Mg）锭块单重达596公斤。
2、高温金属基复合材料的研究