金属基复合材料优秀课件

➢金属基复合材料的性能特点
（1）、高比强度、比模量
在金属基体中加入适量的高强度，高模量，低 密度的纤维，晶须及颗粒等增强体，显著提高了复 合材料的比强度，比刚度和比模量。
在金属中加入高性能，低密度的增强体，可使 复合材料的比强度，比模量成倍增加。采用高比强 度，高比模量的金属基复合材料制成的构件相对密 度轻，强度高，刚性好，是航空，航天领域中的理 想材料。
➢功能复合材料：高导热、导电性、低膨胀、高 阻尼、高耐磨性等物理性能的优化组合是其主
要特性。化学性能包括抗氧化性和耐腐蚀性等，
用于电子、仪器、汽车等工业。
➢智能复合材料：强调具有感觉、反应、自监测、 自修复等特性。
应当注意，功能复合材料和智能复合材料容 易混淆。
MMC的性能特征
MMC的性能取决于所选组分的特性、含量、分布等。 通过优化组合可以具有金属特性，又有较好综合性能的 MMC。归纳起来MMC有以下性能特点： • 高比强度、高比模量 • 导热、导电性能 • 热膨胀系数小、尺寸稳定性好 • 良好的高温性能 • 耐磨性好 • 良好的断裂韧性和抗疲劳性能 • 不吸潮、不老化、气密性好
(2)、层状增强复合材料
层状复合材料是指在韧性和成型性较好的金 属基体材料中，含有重复排列的高强度、高模量 片层状增强物的复合材料。
由于薄片增强的强度不如纤维增强相高，因 此层状结构复合材料的强度受到了限制。然而， 在增强平面的各个方向上，薄片增强物对强度和 模量都有增强效果，这与纤维单向增强的复合材 料相比具有明显的优越性。
（1）、颗粒增强金属基复合材料
颗粒增强复合材料是指增强相为弥散分布的颗 粒体，颗粒直径和颗粒间距较大，一般大于1微米。
在这种复合材料中，增强相是主要的承载相， 而基体的作用则在于传递载荷。颗粒增强复合材料 的强度通常取决于增强颗粒的直径和体积分数，同 时还与基体性质，颗粒与基体的界面及颗粒排列的 形状密切相关。
(3)、纤维（长短及晶须）增强复合 材料
金属基复合材料中的纤维根据其长度的不 同可分为长纤维、短纤维和晶须，它们均属于 一维增强体。因此，由纤维增强的复合材料均 表现出明显的各向异性特征。
短纤维和晶须在基体中为随机分布，因而 性能在宏观上表现为各向同性。
纤维增强金属基复合材料
• 金属的熔点高，故高强度纤维增强后的金属基复合 材料（MMC）可以使用在较高温的工作环境之下。
如石墨纤维增强铝基复合材料在500℃高温下，仍具 有600MPa的高温强度，而铝基体在300℃强度已下降 到100MPa以下。又如钨纤维增强耐热合金，在1100℃ ，100h高温持久强度为207MPa，而基体合金的高温持 久强度只有48MPa。
而与树脂基复合材料相比，它又具有 优良的导电性与耐热性；
与陶瓷基材料相比，它又具有高韧性 和高冲击性能。
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二、金属基复合材料的分类及性能
金属基复合材料是以金属或合金为基体，以高性能的 第二相为增强体的复合材料。 金属基复合材料品种繁多，有各种分类方式，归纳为以 下3种：
➢按增强体类型分
颗粒增强金属基复合材料 层状增强复合材料 纤维（长短及晶须）增强金属基复合材料
按基体材料分类：
➢铝基复合材料 ➢镁基复合材料 ➢钛基复合材料 ➢金属间化合物基复合材料
目前以铝基、镁基、钛基复合材料发展较 为成熟，已在航天、航空、电子、汽车等 工业中应用。
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➢按用途分
（1）、结构复合材料 （2）、功能复合材料 （3）、智能复合材料
➢结构复合材料：高比强度、高比模量、尺才稳 定性、耐热性等是其主要性能特点。用于制造 各种航天、航空、汽车、先进武器系统等高性 能结构件。
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§金属基复合材料(Metal Matrix Composite, MMC)，这一术语包括很广的成分与结构， 共同点是有连续的金属基体（包括金属间 化合物基体）。
§ 目的：
§把基体的优越的塑性和成形性与增强体的承受 载荷能力及刚性结合起来。
§把基体的高热传导性与增强体的低热膨胀系数 结合起来。
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金属基复合材料相对于传统的金属材 料来说，具有较高的比强度与比刚度；
例如，石墨纤维增强镁基复合材料，当石墨纤维含量 达到48％时，复合材料的热膨胀系数为零，在温度变化 时使用这种复合材料做成的零件不发生变形。
（4）、良好的高温性能
由于金属基体的高温性能比聚合物高很多，增强材料 主要是无机物，在高温下又都具有很高的高温强度和模 量，因此金属基复合材料比基体金属具有更高的高温性 能。
• 常用的基体金属材料有铝合金、钛合金和镁金。 作增强体的连续纤
维主要有硼纤维、 SiC和C纤维；Al2O3 纤维通常以短纤维的 形式用于MMC中。
金属基复合材料纤维选择要点
• 高强度、高模量。（明显高于金属基体） • 耐热性高 （如：KF不宜选用） • 价格低 （比较突出的制约因素） • 相容性好 （膨胀系数相近，高温惰性）
（2）、导热导电性能
虽然有的增强体为绝缘体，但在复合材料中占 很小份额，基体导电及导热性并未被完全阻断， 金属基复合材料仍具有良好的导电与导热性。
为了解决高集成度电子器件的散热问题，现已 研究成功的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、金 刚石颗粒增强铝基、铜基复合材料的热导率比纯 铝、铜还高，用它们制成的集成电路底板和封装 件可有效迅速地把热量散去，提高了集成电路的 可靠性。
（3）、热膨胀系数小、尺寸稳定性好
金属基复合材料中的碳纤维、碳化硅纤维、晶须、颗 粒、硼纤维等均具有很小的热膨胀系数，又具有很高的 模量，特别是高模量、超高模量的石墨纤维具有负的热 膨胀系数。加入相当含量的增强物不仅大幅度提高材料 的强度和模量，也使其热膨胀系数明显下降，并可通过 调整增强物的含量获得不同的热膨胀系数，以满足各种 应用的要求。
金属基复合材料优秀课件
一、金属基复合材料概述
金属基复合材料是指以金属及其合金为基体， 一种或几种金属或非金属为增强相，人工结合成 的复合材料。组成复合材料的各种分材料称为组 分材料，组分材料一般不发生作用，均保持各自 的特性独立存在。
在结构材料方面，不但要求强度高，还要求 其重量要轻，尤其是在航空航天领域。