金属陶瓷基复合材料优秀课件
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金属陶瓷基复合材料优秀课件
2020/12/11
5.2.1 概述
➢ 金属基复合材料(MMC)定义 ➢ 金属基体的作用：
① 固结增强体 ② 传递和承受载荷 ③ 赋予形状，可加工性 ④ 影响材料强度、刚度等性能
Leabharlann Baidu
复合材料基体共 有的特性和功能
➢ 性能优势：
① 资源丰富
② 模量、耐热性高
③ 强度高、可强化
④ 塑性、韧性好
耐磨零件： 碳化硅，氧化铝颗粒，晶须等
用作集电和电触头： SiC，金属丝，石墨颗粒增强铝，铜等
耐腐蚀电池极板： 石墨碳纤维增强铅合金等
2020/12/11
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5.2.3 金属基复合材料
➢ 重要体系 Al2O3/(Al、Mg)
➢ 主要特点 ● 高的比强度、比模量； ● 好的韧性； ● 比聚合物高的使用温度。
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5.3.2 陶瓷基复合材料的制造
制备方法:
①料浆浸渍-热压烧结法；②化学气相渗透法 ③有机先驱体热解法； ④熔融渗透法 ⑤直接氧化沉淀法； ⑥反应烧结法
(2)晶须和颗粒增强陶瓷基复合材料的制备工艺
①晶须复合材料制备工艺
a.烧结法
b.先驱体转化法
c.电泳沉积法
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② 原位生长晶须 ③ 颗粒增强陶瓷基复合材料
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5.2.3 金属基复合材料
5.2.3.1 制造方法
（1）固态制造工艺
①粉末合金法 ②固态热压法 ③热等静压法 ④热轧法 ⑤热挤压法 ⑥热拉拔法 ⑦爆炸焊接法
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5.2.3.1 制造方法
（2）液态制造工艺
①真空压力浸渍法 ②液态金属浸渍法 ③热喷涂法 ④挤压铸造法 ⑤共喷沉淀法 ⑥液态金属搅拌铸造法
5.3.1 常用陶瓷基体材料
（1）氧化物陶瓷 ①氧化铝陶瓷 ②氧化锆陶瓷
（2）氮化物陶瓷 ①氮化硅陶瓷 ②氮化硼陶瓷 ③氮化铝陶瓷
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5.3.1 常用陶瓷基体材料
（3）碳化物及碳陶瓷 ①碳化硅陶瓷 ②碳化锆陶瓷 ③碳化铬陶瓷 ④碳化钨陶瓷 ⑤碳化钛陶瓷
（4）玻璃、玻璃陶瓷和其他陶瓷 ①玻璃（高硅氧玻璃，硼硅玻璃，铝硅玻璃）； ②玻璃陶瓷（铝锂硅酸、镁铝硅酸玻璃陶瓷）； ③其他陶瓷（硼化物陶瓷，硅化物陶瓷）
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5.2.4 碳/碳复合材料
5.2.4.1 制备方法
碳/碳复合材料是由碳纤维与热固性树脂复合材料热分解 而制成。
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第一步：绝氧条件下，树脂热解转化成碳
形成多孔的碳基体
降低材料的强度
第二步：运用碳填充空隙，使之加密
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化学气相沉积法 液相浸渍法
⑤ 光、电、磁、热、弹等性能优良
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5.2.2 金属基体
(1)常用金属基体
包括：铝、镁、钛、铜、金属间化合物和高温合金
常用金属基体有： 铝及其合金 镁及其合金
现代武器装备的基础性材 料，纳入国家重大基础材 料研究范畴。
钛及其合金
铜及其合金
金属间化合物和镍及其合金
不锈钢
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新一代环保飞机
碳碳复合材料制成的活塞
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碳纤维与树脂制成的Promachien自行车
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5.2.3.3 金属基复合材料 的应用
➢ Bf/Al 用作航天飞机部件; ➢ Cf/Al用作NASA空间望远镜的
天线支架;
➢ FP-Al2O3f/ (Al,Mg)用作汽车部 件和内燃机连杆等等
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铝合金在飞机上的应用
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5.3 陶瓷基复合材料
⑴碳纤维的胚体制备； ⑵碳基体的制备； ⑶基体与纤维的复合.
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➢ 碳/碳复合材料的性能
①力学性能
②热物理性能
③烧蚀性能
④化学稳定性能
➢ 碳/碳复合材料的应用
①导弹和宇航工业 ②航空工业
③汽车工业
④其他方面的应用
5.3.3 陶瓷基复合材料的应用
可应用于切削刀具,热机部件,耐腐蚀部件,特殊电子/电 气部件,能量转换元件.
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5.2.2 金属基体
(2) 不同基体的金属基结构复合材料的使用温度范围
★ 铝、镁及其合金使用温度<450℃； ★ 钛合金450~650℃；
★ 金属间化合物和镍其、铁基耐热合金650~1200℃。
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(3)功能复合材料的金属基体
电子工业: SiC/Al, SiC/Cu; Cf/Al; Cf/Cu等等
(3)纳米陶瓷复合材料的制造工艺及性能
①熔融-热压法 ②冻胶铸造法 ③先驱体裂解法 ④原位生成法
纳米相提高了复合材料的弯曲强度和使用温度,改善了 断裂韧性和复合材料的抗蠕变性能。
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(4)碳/碳陶瓷复合材料的制造工艺及性能
➢ 优点: 高温热性能 ➢ 缺点: 性能, 加工, 设计 ➢ 制造工艺:
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5.3.2 陶瓷基复合材料的制造
制备步骤:将增强体材料掺入到未凝结的基体中,使基体和 增强体材料一道成为整体材料。
(1)连续纤维增强陶瓷基复合材料的制备工艺 四大系列: Al2O3纤维/ZrO2, SiC纤维/SiC, Si3N4纤维/Si3N4 SiC纤维/Si3N4
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（3）原位法
①定向凝固法 ②反应自生成法
（4）其他制造工艺
①原位自生成法
②物理气相沉积法
③化学镀 ④电镀
磁大控功溅率射电电源子弧的束离物物子理理镀气气相相沉沉积积
⑤复合镀
⑥自蔓延
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凝胶的自蔓延燃烧
5.2.3.2 金属基复合材料的性能
(1)组成相的要求 (2)热处理性能； (3)力学性能; (4)热学性能; (5)抗蠕变性能; (6)磨损性能； (7)电学性能
提高强度
碳化硅保护高 温下的氧化
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5.2.4.2 性能
➢ 轻质、高强度、高硬度和耐高温； ➢ 熔点高, 高温抗氧化性能好; ➢ 化学稳定好, 耐辐射，具有较高的热辐射 率; ➢ 具有碳纤维与碳材料的突出性能; ➢ 低温下，易于氧化。
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5.2.4.3 应用
航空和航天材料;生物医学材料;坦克装 甲用耐磨材料;化工领域的抗腐蚀材料等.
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5.2.1 概述
➢ 金属基复合材料(MMC)定义 ➢ 金属基体的作用：
① 固结增强体 ② 传递和承受载荷 ③ 赋予形状，可加工性 ④ 影响材料强度、刚度等性能
Leabharlann Baidu
复合材料基体共 有的特性和功能
➢ 性能优势：
① 资源丰富
② 模量、耐热性高
③ 强度高、可强化
④ 塑性、韧性好
耐磨零件： 碳化硅，氧化铝颗粒，晶须等
用作集电和电触头： SiC，金属丝，石墨颗粒增强铝，铜等
耐腐蚀电池极板： 石墨碳纤维增强铅合金等
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5.2.3 金属基复合材料
➢ 重要体系 Al2O3/(Al、Mg)
➢ 主要特点 ● 高的比强度、比模量； ● 好的韧性； ● 比聚合物高的使用温度。
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5.3.2 陶瓷基复合材料的制造
制备方法:
①料浆浸渍-热压烧结法；②化学气相渗透法 ③有机先驱体热解法； ④熔融渗透法 ⑤直接氧化沉淀法； ⑥反应烧结法
(2)晶须和颗粒增强陶瓷基复合材料的制备工艺
①晶须复合材料制备工艺
a.烧结法
b.先驱体转化法
c.电泳沉积法
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② 原位生长晶须 ③ 颗粒增强陶瓷基复合材料
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5.2.3 金属基复合材料
5.2.3.1 制造方法
（1）固态制造工艺
①粉末合金法 ②固态热压法 ③热等静压法 ④热轧法 ⑤热挤压法 ⑥热拉拔法 ⑦爆炸焊接法
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5.2.3.1 制造方法
（2）液态制造工艺
①真空压力浸渍法 ②液态金属浸渍法 ③热喷涂法 ④挤压铸造法 ⑤共喷沉淀法 ⑥液态金属搅拌铸造法
5.3.1 常用陶瓷基体材料
（1）氧化物陶瓷 ①氧化铝陶瓷 ②氧化锆陶瓷
（2）氮化物陶瓷 ①氮化硅陶瓷 ②氮化硼陶瓷 ③氮化铝陶瓷
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5.3.1 常用陶瓷基体材料
（3）碳化物及碳陶瓷 ①碳化硅陶瓷 ②碳化锆陶瓷 ③碳化铬陶瓷 ④碳化钨陶瓷 ⑤碳化钛陶瓷
（4）玻璃、玻璃陶瓷和其他陶瓷 ①玻璃（高硅氧玻璃，硼硅玻璃，铝硅玻璃）； ②玻璃陶瓷（铝锂硅酸、镁铝硅酸玻璃陶瓷）； ③其他陶瓷（硼化物陶瓷，硅化物陶瓷）
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5.2.4 碳/碳复合材料
5.2.4.1 制备方法
碳/碳复合材料是由碳纤维与热固性树脂复合材料热分解 而制成。
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第一步：绝氧条件下，树脂热解转化成碳
形成多孔的碳基体
降低材料的强度
第二步：运用碳填充空隙，使之加密
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化学气相沉积法 液相浸渍法
⑤ 光、电、磁、热、弹等性能优良
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5.2.2 金属基体
(1)常用金属基体
包括：铝、镁、钛、铜、金属间化合物和高温合金
常用金属基体有： 铝及其合金 镁及其合金
现代武器装备的基础性材 料，纳入国家重大基础材 料研究范畴。
钛及其合金
铜及其合金
金属间化合物和镍及其合金
不锈钢
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新一代环保飞机
碳碳复合材料制成的活塞
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碳纤维与树脂制成的Promachien自行车
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5.2.3.3 金属基复合材料 的应用
➢ Bf/Al 用作航天飞机部件; ➢ Cf/Al用作NASA空间望远镜的
天线支架;
➢ FP-Al2O3f/ (Al,Mg)用作汽车部 件和内燃机连杆等等
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铝合金在飞机上的应用
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5.3 陶瓷基复合材料
⑴碳纤维的胚体制备； ⑵碳基体的制备； ⑶基体与纤维的复合.
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➢ 碳/碳复合材料的性能
①力学性能
②热物理性能
③烧蚀性能
④化学稳定性能
➢ 碳/碳复合材料的应用
①导弹和宇航工业 ②航空工业
③汽车工业
④其他方面的应用
5.3.3 陶瓷基复合材料的应用
可应用于切削刀具,热机部件,耐腐蚀部件,特殊电子/电 气部件,能量转换元件.
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5.2.2 金属基体
(2) 不同基体的金属基结构复合材料的使用温度范围
★ 铝、镁及其合金使用温度<450℃； ★ 钛合金450~650℃；
★ 金属间化合物和镍其、铁基耐热合金650~1200℃。
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(3)功能复合材料的金属基体
电子工业: SiC/Al, SiC/Cu; Cf/Al; Cf/Cu等等
(3)纳米陶瓷复合材料的制造工艺及性能
①熔融-热压法 ②冻胶铸造法 ③先驱体裂解法 ④原位生成法
纳米相提高了复合材料的弯曲强度和使用温度,改善了 断裂韧性和复合材料的抗蠕变性能。
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(4)碳/碳陶瓷复合材料的制造工艺及性能
➢ 优点: 高温热性能 ➢ 缺点: 性能, 加工, 设计 ➢ 制造工艺:
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5.3.2 陶瓷基复合材料的制造
制备步骤:将增强体材料掺入到未凝结的基体中,使基体和 增强体材料一道成为整体材料。
(1)连续纤维增强陶瓷基复合材料的制备工艺 四大系列: Al2O3纤维/ZrO2, SiC纤维/SiC, Si3N4纤维/Si3N4 SiC纤维/Si3N4
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（3）原位法
①定向凝固法 ②反应自生成法
（4）其他制造工艺
①原位自生成法
②物理气相沉积法
③化学镀 ④电镀
磁大控功溅率射电电源子弧的束离物物子理理镀气气相相沉沉积积
⑤复合镀
⑥自蔓延
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凝胶的自蔓延燃烧
5.2.3.2 金属基复合材料的性能
(1)组成相的要求 (2)热处理性能； (3)力学性能; (4)热学性能; (5)抗蠕变性能; (6)磨损性能； (7)电学性能
提高强度
碳化硅保护高 温下的氧化
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5.2.4.2 性能
➢ 轻质、高强度、高硬度和耐高温； ➢ 熔点高, 高温抗氧化性能好; ➢ 化学稳定好, 耐辐射，具有较高的热辐射 率; ➢ 具有碳纤维与碳材料的突出性能; ➢ 低温下，易于氧化。
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5.2.4.3 应用
航空和航天材料;生物医学材料;坦克装 甲用耐磨材料;化工领域的抗腐蚀材料等.