铝基复合材料

目录

一、引言 (1)

二、铝基复合材料的基本成分 (1)

三、铝基复合材料的性能 (1)

3.1 低密度 (1)

3.2 良好的尺寸稳定性 (1)

3.3强度、模量与塑性 (2)

3.4耐磨性 (2)

3.5疲劳与断裂韧性 (2)

3.6热性能 (2)

四、铝基复合材料的应用 (3)

4.1 在汽车领域的应用 (3)

4.2 在航空航天领域的应用 (3)

4.3 在电子和光学仪器中的应用 (3)

4.4 在体育用品上的应用 (4)

五、铝基复合材料的制造工艺 (4)

5.1 粉末冶金法 (4)

5.2 高能-高速固结工艺 (4)

5.3 压力浸渗工艺 (5)

5.4 反应自生成法 (5)

5.5 液态金属搅拌铸造法 (5)

5.6 半固态搅拌复合铸造 (5)

六、铝基复合材料的研究的热点及发展趋势 (6)

6.1铝基复合材料的研究的热点 (6)

6.1.1纳米相增强铝基复合材料 (6)

6.1.2碳管纳米增强铝基复合材料 (6)

6.2铝基复合材料的发展趋势 (7)

铝基复合材料的综述

摘要：本文较为详细的介绍了铝基复合材料的性能、应用及其制造工艺，并指出了铝基复合材料的发展趋势。

关键词: 铝基复合材料; 性能; 应用; 工艺；发展趋势

一、引言

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。

二、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。

三、铝基复合材料的性能

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。

3.1 低密度

2,铝基复合材料的密度一般在8.2左右,基本上与一般铝合金相当,比钢低3

1左右。

同等几何尺寸的零件,其重量仅为钢制的3

3.2 良好的尺寸稳定性

许多增强物都具有很小的热膨胀系数,加入相当含量的增强物可降低材料膨胀系数,从而得到热膨胀系数小、尺寸稳定性好的铝基复合材料。

3.3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。大量研究表明,SiC 增强的铝基复合材料较相应的铝-硅合金具有较高的强度,并随着SiC 体积分数的增大,其强度和模量均有较大程度的提高,而塑性却降低,且在SiCP/Al 复合材料中加入更为细小的弥散质点34C Al 和32O Al 可以明显提高复合材料的强度。另外增强相的加入又赋予材料一些特殊性能，这样不同金属与合金基体及不同增强体的优化组合,就使金属基复合材料具有各种特殊性能和优异的综合性能。表1是不同的铝基复合材料的力学性能。

表1 不同铝基复合材料的力学性能

Tab.1 The mechanical properties of aluminum

3.4耐磨性

高的耐磨性是铝基复合材料(SiC 、32O Al 增强)的特点之一。目前对耐磨性的研究主要集中在在铝基复合材料-钢摩擦副,而且增强颗粒体积分数大都在35%~10%,而对铝基复合材料-刹车材料摩擦副的摩擦磨损性能研究却特别少。基于这种情况,王宝顺等人研究了大范围(55%~15%)的P SiC /Al m 6345）、（μ复合材料与半金属刹车材料配副的摩擦磨损性能。其结果表明,颗粒体积分数对复合材料摩擦系数的影响显著,而颗粒尺寸对复合材料摩擦系数影响不大。

3.5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。界面结合状态良好,可以有效地传递载荷,并阻止裂纹扩展,提高材料的断裂韧性。有报道用SiC 纤维增强的6061Al 和7075Al ，疲劳强度增加70%~50%。ong CHENZhenzh 等人利用粉末冶金技术制备了10%的SiC 增强Al203，SiC 的平均颗粒尺寸为m 5μ。

研究了SiC 颗粒对疲劳裂纹扩展的影响。结果表明,很少的颗粒出现在断裂表面,即使在高的K ∆区域里也几乎没有出现。这就说明裂纹的扩展主要是在基体的内部,而避开了SiC 颗粒,这是因为颗粒的强度较高和牢固的颗粒/基体界面的结合。

3.6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Si -Al 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。张强等人选用粒径为20和m 60μ的SiC -α颗粒,基体用LD11铝硅共晶合金,采用挤压铸造的方法实现了70%的体积分数。结果表明,/Al SiC P 复合材料的导热