铝基复合材料综述

铝基复合材料综述

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摘要铝基复合材料凭借密度小、耐磨、热性能好等优点在航天航空等领域占有优势地位。文中综述了铝基复合材料的种类、铝基复合材料性能、各种铝基复合材料的制备和应用以及发展前景。

关键词铝基复合材料种类性能制备应用

Abstract Al-based alloys have advantages in the field of the aerospace by the advantages of small density , anti-function ,good thermal performance and so on. This article discussed the kinds ,performance ,approach , use and development prospect of Al-based alloys.

Key words Al-based alloys kind performance approach use

1.引言

自20世纪80年代金属基复合材料大规模研究与开发以来，铝基复合材料在航空，航天，电子，汽车以及先进武器系统等领域得到迅速发展。铝基复合材料的制备工艺设计高温、增强材料的表面处理、复合成型等复杂工艺，而复合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决于其制造技术。因此，研究和开发心的制造技术，在提高铝基复合材料性能的同时降低成本，使其得到更广泛的应用，是铝基复合材料能否得到长远发展的关键所在。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。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。2.铝基复合材料分类

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。

3.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。目前铝基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。

4.铝基复合材料特点

在众多金属基复合材料中，铝基复合材料发展最快且成为当前该类材料发展和研究的主流，这是因为铝基复合材料具有密度低、基体合金选择范围广、热处理性好、制备工艺灵活等许多优点。另外，铝和铝合金与许多增强相都有良好的接触性能，如连续状硼、AL2O3\ 、

碳化硅和石墨纤维及其各种粒子短纤维和晶须等。

4.1低密度

铝基复合材料低密度的性能符合先进航空航天飞行器不断追求轻量化、高性能化、长寿命、高效能的发展目标，因此在该领域有着极大的发展潜力。

4.2良好的尺寸稳定性

随着航天技术的发展，为满足惯性材料的尺寸稳定性要求越来越高，世界各国都在竞相开发适用于惯性器件的新材料。美国曾于70年代使用铍材令陀螺仪表的精度提高一个数量级。但陂材具有“毒，贵，脆”等缺点，使其应用受到局限。80年代初，美国使用SiCp/Al复合材料，被认为是很有前途的仪表材料。

4.3强度、模量与塑形

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。

铝基体合金的性能

合金弹性模量/GPa 屈服强度/Mpa 抗拉强度/Mpa 断裂应变量/﹪

1100 63 43 86 20

2024 71 128 240 13

5052 68 135 265 13

6061 70 77 136 13

Al-7Si 72 65 120 23

碳化硅增强6061铝合金复合材料其蠕变速率明显低于6010铝合金。

4.4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,常选用像铝合金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。

4.5耐磨性

在实际的应用中，不仅要求材料有较好的强度、韧性等，而且还必须有很好的耐磨性能。因此，对材料提高其他性能的同时也提高耐磨性等，成为研究人员逐渐转移的研究方向。研究表明，在铝基材料中加入7﹪的硅酸铝短纤维，就可以使耐磨性成倍提高。5.铝基复合材料的制备

铝基复合材料的研究主要集中在两个方面：一是采用连续纤维增强的复合材料，二是采用颗粒增强的复合材料。

5.1长纤维增强铝基复合材料

长纤维增强铝基复合材料主要用的长纤维有硼纤维、碳纤维、碳化硅和氧化铝等。但是，在制备过程中，为了防止纤维与基体的界面反应，一般要对纤维进行表面处理。

5.1.1硼/铝基复合材料

实际制备中，为了防止硼纤维与铝在界面发生反应，改善纤维的抗氧化性能等，通常对硼纤维表面进行涂覆处理，所用涂层物有有SiC、B4C和BN等。

制备方法：先用等离子喷涂法获得铝-硼预制带，再将其用热压法制成零件。

5.1.2铝/ 碳化硅复合材料

5.1.2.1传统机械加工

A1SiC复合材料一般是铸造法或粉末冶金法等制备，需要进一步的机械加工达到零件所需的精度和表面粗糙度要求。SiC增强体颗粒比常用的刀具(如高速钢刀具和硬质合金刀具)的硬度高的多，在机械加工的过程中会引起剧烈的刀具磨损。

5.1.2.2铣磨加工技术

目前，切削加工是A1SiC复合材料的主要加工方法，但在切削加工中存在刀具磨损严重和难以获得良好加工表面质量的问题。有研究提出了颗粒增强A1SiC复合材料的铣磨加工方法。这种加工方法使用金刚石砂轮(电镀或烧结)在数控铣床上对工件进行切削加工，具有磨削加工中多刃切削的特点，又同时具有和铣加工相似的加工路线，可以用于曲面、孔、槽的加工，在获得较高加工效率的同时，又能保证加工表面质量。