铝基复合材料
铝基复合材料介绍
铝基复合材料，泛指以铝合金为基体（连续体）的复合材料，品种众多，功能各异。从 复合材料品种来分，主要分两大类：陶瓷颗粒增强铝基复合材料；纤维以及晶须增强的铝基 复合材料，当然，两者也经常混合在一起作为增强项以提供更为优异的性能。更多的时候， 是从材料功能及应用领域来分类的。下面介绍法迪公司目前提供的品种：
Alvaco 采用内部真空的薄壁球状陶瓷颗粒替代传统实心颗粒，并添加短碳纤维、短陶 瓷纤维增韧，浸渗铝合金液体后成形。材料典型特点：
1. 密度小：材料密度 1.4-1.6，典型 1.5（视其中加入的其它增强相而定），约为 铝合金的一半；
2. 机械加工性能得到大幅提升：可攻丝、可铣曲面，加工性能类似 7 系铝合金， 这是传统陶瓷颗粒增强材料无法做到的；
极限抗拉强度 曲服强 断裂伸长率
（MPa）
度(MPa)
(%)
弹性模量 (GPa)
洛氏硬 度(HRB)
10#陶瓷增强铝合金
338
303
1.2
86.2
73
20#陶瓷增强铝合金
359
338
0.4
98.6
77
注：基体合金为 ZL102，金属模铸造，T6 热处理。挤压铸造指标略高。
典型应用：
1. 用于制造刹车盘、刹车鼓、制动卡钳、缸套、悬架臂、车架、曲轴箱等结构件， 替代钢材可减重一半以上。
左图为 Alvaco 的晶相 图，球形的是氧化铝陶瓷中 空微珠，内真空。白色为铝 合金。
材料指标典型值：
抗弯强度：95MPa；
弹性模量：85GPa；
剪切模量：34GPa；
热导率：90W/mK；
热膨胀系数：8.5ppm；
电阻率：30µOhm-cm；
铝基复合材料
铝基复合材料的制造工艺
连续纤维增强铝基复合材料的制造 1 粉末冶金法 2 高能-高速固结工艺 3 压力浸渗铸造工艺 4 液态金属搅拌铸造法
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粉末冶金法
粉末冶金法是最早用来制造铝基复合材料的方法,是 一种比较成熟的工艺方法。采用粉末冶金法时,首先将颗 粒增强物和铝合金粉末用机械手段均匀混合,进行冷压实, 然后加热除气,在液相线与固相线之间进行真空热压烧结, 得到复合材料的坯料,在将坯料进行挤压、轧制、锻造、 拉拔等二次加工就可制成所要的型材零件。
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常见铝基体
工业纯铝 铸造冶金变形铝合金（2014、2024、2124
等，且不选含Mn Cr的铝合金，因其产生脆 性相 ） 粉末冶金变形铝合金 铸造铝合金 新型铝合金
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复合材料增强基
分类： 连续的和非连续的纤维、晶须、颗粒。
特性： 高强度、高模量、高刚度、抗疲劳、耐
热、耐磨、抗腐蚀、热膨胀系数小、导电、 导热以及润湿性、化学相容性、易加工等。
硼纤维增强铝基复合材料用于航天飞机主舱体龙骨桁架和支柱
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二、短纤维增强铝基复合材料 特点：在室温和高温下的弹性模量有较大的提高，但线膨胀
系数由所下降，耐磨性改善，并具有良好的的导热性。
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2、碳—铝复合材料 特点：碳纤维的长度与直径比例对碳—铝复合材料的性能有很大
的影响（当长径比增大时，抗拉强度增大，增大到一定值时， 抗拉强度又开始减少）
金属基复合材料常用基体有铝、镍、镁、钛及其合 金。
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铝基复合材料基体
铝有许多特点,如质量轻、密度小、可塑性 好,熔点低制备工艺简单。
铝基复合技术容易掌握,易于加工，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。
铝基复合材料的发展现状与研究样本
铝基复合材料的发展现状与研究样本铝基复合材料是以铝为基体材料，通过添加一定量的强化剂或增强材料制成的材料。
铝基复合材料具有优异的力学性能、耐热性能和耐腐蚀性能等特点，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。
随着科技的不断进步，铝基复合材料的研究与发展也变得越来越重要。
目前，铝基复合材料的研究主要集中在以下几个方面。
首先，增强剂的研究。
铝基复合材料中的增强剂起到增加材料强度和刚度的作用。
目前常用的增强剂有陶瓷颗粒、纤维和纳米颗粒等。
通过改变增强剂的尺寸、形状和含量等因素，可以调控铝基复合材料的力学性能。
其次，界面的研究。
界面是铝基复合材料中起到连接基体和增强剂之间作用的关键部分。
研究表明，优化界面相互作用可以有效提高铝基复合材料的力学性能。
因此，界面改性成为当前铝基复合材料研究的热点。
此外，加工工艺的研究也是铝基复合材料发展的关键。
复合材料的加工工艺对于材料的力学性能和成本都具有重要影响。
目前，常用的加工工艺包括热压、挤压和等离子弧焊等。
通过优化加工工艺参数，可以制备出具有理想力学性能的铝基复合材料。
另外，近年来，铝基纳米复合材料也成为铝基复合材料研究的热点之一、铝基纳米复合材料是将纳米颗粒加入到铝基复合材料中，可以显著改善材料的力学性能和热性能。
这得益于纳米颗粒的小尺寸效应、高比表面积和界面效应等特点。
总体来说，铝基复合材料的研究与发展主要集中在增强剂的研究、界面的研究、加工工艺的研究和铝基纳米复合材料的研究等方面。
随着科技的不断进步和社会对材料性能的不断需求，铝基复合材料在实际应用中的发展前景将会更加广阔。
颗粒增强铝基复合材料的制备方法
颗粒增强铝基复合材料的制备方法大家好，今天咱们聊聊颗粒增强铝基复合材料的制备方法，这听上去可能有点高大上，不过别担心，我会把它说得简单易懂，甚至有点幽默，让你觉得像是在听一场轻松的故事会。
1. 什么是颗粒增强铝基复合材料？首先，咱们得了解一下啥是颗粒增强铝基复合材料。
说白了，这种材料就是在铝合金里加入一些颗粒，目的是让铝合金更强、更耐磨。
像什么？嗯，像在铝基“菜谱”里加点特别的调料。
就好比你做饭时加点盐和胡椒，能让味道更棒。
铝基复合材料的颗粒可以是各种各样的，比如碳化硅、氮化铝等等。
这些颗粒在铝里就像小卫兵，增强了铝的性能，让它在各种条件下都能表现出色。
2. 制备方法大揭秘好啦，既然知道了什么是颗粒增强铝基复合材料，那咱们就来看看怎么做它们。
这个过程其实有点像制作美味的泡面，得有步骤、有材料。
大致可以分为几个步骤：2.1 选择颗粒首先，选择合适的颗粒。
这个环节就像挑选食材，你得考虑颗粒的种类、大小和分布。
不同的颗粒会带来不同的效果，就像不同的配料会改变一道菜的风味。
比如，碳化硅颗粒可以增加硬度，而氮化铝颗粒则可以提高热导率。
选对了颗粒，就能让铝合金在各种应用中表现得更棒。
2.2 混合和熔炼接下来，就是混合和熔炼的过程。
这个环节有点像把各种材料搅拌在一起，确保颗粒均匀分布。
首先，把铝合金加热到一定的温度，使其熔化。
然后，把选好的颗粒加入熔融铝中，搅拌均匀。
这个步骤很关键，搅拌得不够均匀的话，颗粒可能会在铝合金中“散步”，导致性能不稳定。
想象一下，炒菜时油和调料如果不均匀，那味道可就差得多了。
2.3 成型和冷却最后，把混合好的铝合金倒入模具中，等待它冷却和凝固。
这个过程就像是给铝合金穿上一件新衣服，让它“定型”。
冷却的速度和温度都会影响最终的性能，所以这一步也要控制得当。
冷却得太快，可能会导致材料内部出现裂纹；冷却得太慢，又可能会影响硬度。
就像你在做蛋糕时，烤箱的温度和时间都要把握好，不然蛋糕就会不成型。
碳化硅铝基复合材料
Байду номын сангаас 应用
在汽车领域旳应用
美国旳Duralcan研制出用SiC颗粒增强铝基复合材料制造汽 车制动盘,用其替代老式铸铁制动盘，使其重量减轻了60%~40%, 而且提升了耐磨性能,噪音明显减小,摩擦散热快; 同步该企业还用SiC颗粒增强铝基复合材料制造 了汽车发动机活塞和齿轮箱等汽车零部件,这种 汽车活塞比铝合金活塞具有较高旳耐磨性、良 好旳耐高温性能和抗咬合性能,同步热膨胀系数 更小,导热性更加好。
制造工艺
喷射共沉淀法
制造工艺
优点：
增强颗粒分布均匀 没有严重旳界面反应 基体组织有迅速凝固特征 呈细小等轴晶形态等优点 且产率高 易于制备大件。
制造工艺
压力浸渗工艺
原理：压力浸渗工艺是先将增强体制成预制件, 再将预制件放入模具后,以惰性气体或机械装置为 压力媒体将铝液压入预制件旳间隙,凝固后即形成 复合材料。
应用
铸造SiC颗粒增强 A356和A357复合材料 能够制造飞机液压管 、直升机旳起落架和 阀体等
应用
在精密仪器和光学 仪器旳应用研究方面, 铝基复合材料用于制 造望远镜旳支架和副 镜等部件。
应用
在航空航天领域旳应用 Cercast企业采用熔模铸造工艺研制成A357SiC20%Vol+ 复合材料,用该材料替代钛合金制造直径达180mm、重 17.3kg旳飞机摄相镜方向架,使其成本和重量明显降低, 同步该复合材料还可用来制造卫星反动轮和方向架旳支 撑架。 美国DWA企业用/6061SiC 25%p铝基复合材料替代7075 制造航空构造旳导槽、角材，使其密度下降了17%，模 量提升了65%。
SiC铝基合金复合材料 ——制备工艺
组员：
目录
1、生产背景 2、构造组织 3、制造工艺 4、利用
铝基复合材料的制备及其热学性能研究
铝基复合材料的制备及其热学性能研究铝基复合材料又称为铝基复合材料，是由铝与另一种非金属或金属元素制得的材料，常用的非金属元素包括氧、硅、碳等，常用的金属元素包括钛、镁等。
铝基复合材料具有高强度、高刚度、轻量化、抗腐蚀性好等优点，在航空、车船制造、电子等领域有广泛的应用。
本文将介绍铝基复合材料的制备方法及其热学性能研究。
一、铝基复合材料的制备方法（一）机械合金化机械合金化是将两种或两种以上的粉末在高能球磨机中进行混合和反应的方法，使粉末中的原子和分子互相融合，形成均匀的合金混合物。
通过机械合金化方法可以制备出不同组分、不同形貌的复合粉末，从而制备出不同性能的铝基复合材料。
（二）热压法热压法是将预先压制得到的铝基复合材料粉末，在高温和高压条件下进行加热压实，使得不同粒子在原位形成连续增长的晶粒，最终形成密实的铝基复合材料。
（三）多相反应烧结法多相反应烧结法是将多种原始材料在高温下进行反应，形成不同的化合物，其中铝是主要的基体材料，其他化合物则填充在铝的孔隙中。
采用多相反应烧结法可以制备出不同性能的铝基复合材料。
二、铝基复合材料的热学性能研究（一）热膨胀性能热膨胀性是指材料在温度变化时线膨胀或线收缩的性质，是复合材料进行热设计的重要参数之一。
铝基复合材料的热膨胀性能受到基体铝和填充物的影响。
通常铝基复合材料的热膨胀系数比铝合金低，但高于陶瓷。
（二）热导率热导率是材料传导热量的能力，是衡量材料热学性能的重要指标之一。
铝基复合材料的热导率不仅取决于基体铝和填充物的种类和形态，还受到材料的制备方法和微观组织的影响。
（三）融合温度融合温度是指材料开始熔化的温度。
铝基复合材料的融合温度受到不同基体铝和填充物的影响。
通常情况下，铝基复合材料的融合温度比铝的融点要高。
（四）热稳定性热稳定性是指材料在高温状态下的稳定性，主要包括材料的热氧化稳定性和热环境稳定性。
铝基复合材料的热稳定性受到填充物的种类和形态的影响，一般情况下，填充物越稳定，铝基复合材料的热稳定性越好。
铝基复合材料的制备与性能研究
铝基复合材料的制备与性能研究铝基复合材料是一种结构轻、强度高的先进材料，因其具有良好的综合性能，广泛应用于飞机、航天器以及高速列车等领域。
本文将探讨铝基复合材料的制备方法以及其性能研究。
一、制备方法铝基复合材料的制备方法主要有粉末冶金法、热压力法和表面处理复合法等。
其中，粉末冶金法是一种常见的制备铝基复合材料的方法。
这种方法通过将金属粉末和增强相粉末混合，利用高温和高压进行烧结和热机械压实，使其形成均匀的复合结构。
热压力法则是将预先制备好的增强相附加在铝基体上，并在高压和高温下进行压实，使其与铝基体结合紧密。
表面处理复合法则是通过在铝基体表面进行化学处理，形成一层与增强相似的物质，再将增强相粘贴在其上，通过热处理将其牢固结合。
二、性能研究铝基复合材料具有良好的性能，主要表现在以下几个方面：1. 机械性能：铝基复合材料的机械性能优异，强度高、硬度大。
这主要得益于增强相的加入，使其成为一种具有强韧性的材料。
通过对不同增强相的选择和控制，可以调节铝基复合材料的力学性能，使其适用于不同的工程领域。
2. 热性能：铝基复合材料的热导率相对较低，热膨胀系数相对较小。
这使得铝基复合材料在高温环境下具有稳定的性能，并能够抵抗热膨胀引起的变形和应力。
3. 导电性：铝基复合材料具有优良的电导性能，可以广泛应用于电子器件和导电材料领域。
增强相的加入可以提高铝基复合材料的导电性，进而提高其在导电领域的应用性能。
4. 耐腐蚀性：铝基复合材料具有较好的耐腐蚀性能，能够抵抗酸碱等腐蚀介质的侵蚀。
这使得铝基复合材料在化学工业等领域具有广泛的应用前景。
在铝基复合材料的性能研究中，可以通过各种表征手段来评估材料的性能。
例如，利用扫描电子显微镜（SEM）来观察材料的微观形貌和界面结构；利用X射线衍射（XRD）来分析材料的晶体结构和相组成；利用力学测试方法来评估材料的强度和硬度等。
这些手段的综合运用可以全面地评价铝基复合材料的性能，并为其进一步的应用研究提供指导。
铝基复合材料的分类
铝基复合材料的分类铝基复合材料是指以铝为基体材料，通过添加一种或多种增强材料，经过加工制备而成的一种具有优良性能的复合材料。
铝基复合材料广泛应用于航空航天、汽车、船舶、电子等领域，具有重量轻、强度高、刚性好、耐热性好等优点。
根据不同的增强材料和制备工艺，铝基复合材料可以分为以下几类：1. 碳纤维增强铝基复合材料碳纤维增强铝基复合材料是将碳纤维作为增强材料与铝基体材料相结合而成。
碳纤维具有优异的机械性能和热稳定性，能够显著提高铝基复合材料的强度和刚度。
碳纤维增强铝基复合材料在航空航天领域得到广泛应用，如飞机结构件、导弹外壳等。
2. 碳化硅颗粒增强铝基复合材料碳化硅颗粒增强铝基复合材料是将碳化硅颗粒作为增强材料与铝基体材料相结合而成。
碳化硅具有高硬度、高熔点和良好的耐磨性，可以显著提高铝基复合材料的耐磨性和高温性能。
碳化硅颗粒增强铝基复合材料广泛应用于汽车发动机缸套、摩擦制动器等高温摩擦部件。
3. 碳纳米管增强铝基复合材料碳纳米管增强铝基复合材料是将碳纳米管作为增强材料与铝基体材料相结合而成。
碳纳米管具有优异的力学性能和导电性能，能够显著提高铝基复合材料的强度和导电性能。
碳纳米管增强铝基复合材料在电子领域得到广泛应用，如电子封装材料、散热器等。
4. 陶瓷颗粒增强铝基复合材料陶瓷颗粒增强铝基复合材料是将陶瓷颗粒作为增强材料与铝基体材料相结合而成。
陶瓷颗粒具有高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性，可以显著提高铝基复合材料的硬度和耐磨性。
陶瓷颗粒增强铝基复合材料广泛应用于机械制造领域，如轴承、齿轮等耐磨件。
铝基复合材料根据不同的增强材料可以分为碳纤维增强铝基复合材料、碳化硅颗粒增强铝基复合材料、碳纳米管增强铝基复合材料和陶瓷颗粒增强铝基复合材料等多种类型。
这些铝基复合材料在不同领域具有广泛的应用前景，将为相关行业的发展带来巨大的推动力。
未来，随着科技的不断进步和材料制备技术的不断改进，铝基复合材料的性能将会进一步提升，为各行各业的发展提供更多可能性。
铝基复合材料
目录一、复合材料综述 (2)1.1 复合材料简介 (2)1.2 复合材料的分类 (2)二、金属基复合材料 (2)2.1 金属基复合材料的分类 (2)2.1.1 铝基复合材料 (3)2.1.2 镍基复合材料 (3)2.1.3 钛基复合材料 (3)2.2 金属基复合材料的性能 (3)三、铝基复合材料 (3)3.1 铝基复合材料的分类 (4)3.2 铝基复合材料增强相 (4)3.2.1纤维增强 (4)3.2.1.1 硼纤维 (4)3.2.1.2 碳纤维 (5)3.2.1.3 碳化硅纤维 (5)3.2.2 晶须增强 (5)3.2.3 颗粒增强 (5)3.3 铝基复合材料的基体 (6)四、铝基复合材料的制备 (6)4.1 粉末冶金法 (6)4.2 高能-高速固结法 (6)4.3 压力浸渗铸造法 (7)4.4 液态金属搅拌铸造法 (7)4.5 半固态搅拌复合铸造 (7)4.6 反应自生成法 (8)五、铝基复合材料的应用 (8)5.1 在汽车领域的应用 (8)5.2 在航空航天领域的应用 (9)5.3 在电子和光学仪器领域的应用 (9)5.4 在体育用品上的应用 (9)一、复合材料综述1.1 复合材料简介复合材料（Composite materials）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，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过各种工艺手段，在宏观上组成具有新性能的材料。
1.2 复合材料的分类复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、金属与非金属复合材料、非金属与非金属复合材料。
按其结构特点又分为纤维增强复合材料、夹层复合材料、细粒复合材料、和混杂复合材料。
60年代，为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能纤维为增强材料的复合材料，这种复合材料按基体材料不同，通常分为聚合物基（或树脂基）复合材料（PMCs）、金属基复合材料（MMCs）和陶瓷基复合材料（CMCs）。
其使用温度分别达250～350℃、350～1200℃和1200℃以上。
军用铝基复合材料类型
军用铝基复合材料类型一、引言铝基复合材料是一种由铝基体和增强体组成的复合材料，具有优异的力学性能、物理性能和化学性能，因此在航空、航天、军事等领域得到了广泛的应用。
本文将介绍军用铝基复合材料的类型、特点以及在军事领域的应用。
二、铝基复合材料的类型根据增强体的不同，铝基复合材料可分为颗粒增强型和纤维增强型两类。
1.颗粒增强型铝基复合材料颗粒增强型铝基复合材料是以铝或铝合金为基体，加入增强颗粒，如SiC、TiB2、BN等，通过熔融法制备而成的一种复合材料。
该材料具有较高的强度、硬度、耐磨性和耐蚀性，适用于制作承受高载荷的零部件。
2.纤维增强型铝基复合材料纤维增强型铝基复合材料是以铝或铝合金为基体，加入增强纤维，如SiC、B4C、Al2O3等，通过热压法或挤压法制备而成的一种复合材料。
该材料具有更高的强度、硬度、耐磨性和耐蚀性，适用于制作承受高载荷、高温和恶劣环境的零部件。
三、铝基复合材料的特点1.高强度、高硬度、高耐磨性：铝基复合材料具有高的强度、硬度和耐磨性，能够承受高载荷和恶劣环境的考验。
2.良好的尺寸稳定性：铝基复合材料具有稳定的尺寸和良好的热稳定性，能够在高温环境下保持性能稳定。
3.良好的耐蚀性：铝基复合材料具有较好的耐蚀性，能够在恶劣环境下保持长期使用。
4.良好的加工性能：铝基复合材料具有良好的加工性能，可以进行切削、钻孔、弯曲等加工操作。
四、铝基复合材料在军事领域的应用铝基复合材料因其优异的性能和广泛的应用，在军事领域中也得到了广泛的应用。
下面将介绍铝基复合材料在军事领域的应用情况。
1.飞机结构材料铝基复合材料具有优异的力学性能和尺寸稳定性，适用于制作飞机结构材料。
例如，碳纤维增强铝基复合材料可以用于制作飞机框架、机身、机翼等部位的结构件，具有高的比强度和比模量，能够减轻重量、提高结构效率。
此外，颗粒增强型铝基复合材料也可以用于制作飞机零部件，如发动机叶片、齿轮等。
2.装甲防护材料铝基复合材料具有高的强度和硬度，能够有效地抵御弹药攻击。
铝基复合材料
铝基复合材料
铝基复合材料是一种由铝合金基体与其他材料（如陶瓷、碳纤维等）组成的复
合材料。
它具有优异的性能和广泛的应用领域，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
本文将介绍铝基复合材料的组成、性能和应用。
首先，铝基复合材料的组成主要包括铝合金基体和强化相。
铝合金基体通常具
有较高的强度和韧性，而强化相则能够进一步提高材料的性能。
强化相可以是陶瓷颗粒、碳纤维等，通过与铝合金基体的复合，形成了具有优异性能的铝基复合材料。
其次，铝基复合材料具有优异的性能。
首先，它具有较高的比强度和比刚度，
能够满足高强度、轻量化的要求。
其次，铝基复合材料具有良好的耐热性和耐腐蚀性，适用于高温、腐蚀性环境下的使用。
此外，铝基复合材料还具有良好的热传导性和导电性，适用于需要导热、导电的场合。
最后，铝基复合材料还具有良好的加工性能，能够满足复杂零部件的加工要求。
最后，铝基复合材料具有广泛的应用领域。
在航空航天领域，铝基复合材料被
广泛应用于飞机结构件、发动机零部件等领域，能够满足航空航天领域对于高强度、轻量化材料的需求。
在汽车制造领域，铝基复合材料被应用于汽车车身、发动机零部件等领域，能够提高汽车的燃油经济性和安全性。
在电子设备领域，铝基复合材料被应用于手机壳、电脑外壳等领域，能够提高产品的强度和耐用性。
综上所述，铝基复合材料具有优异的性能和广泛的应用领域，是一种具有广阔
发展前景的新型材料。
随着材料科学技术的不断发展，铝基复合材料将会在更多领域得到应用，并为人类社会的发展做出更大的贡献。
铝基复合材料
铝基复合材料
铝基复合材料是一种由铝基合金与其他材料组成的复合材料。
它具有轻质、高强度、高刚度、耐磨性好、耐腐蚀性好等优点，在航空航天、汽车、船舶等领域有广泛的应用。
铝基复合材料的制备方法包括粉末冶金法、溶液法、电化学方法等。
其中最常用的方法是粉末冶金法。
该方法是将铝基合金粉末与其他材料的粉末混合，并通过热压或热处理等工艺将其固化在一起。
这种方法制备的铝基复合材料具有均匀分布的颗粒和较好的界面结合性能。
铝基复合材料的优点之一是其轻质。
铝是一种密度较小的金属，因此铝基复合材料具有较低的密度，可以显著减轻结构的重量。
这对于需要提高载荷能力的应用非常有益。
此外，铝基复合材料的强度和刚度也很高，可以满足复杂工况下的使用要求。
另一个优点是其耐磨性好。
铝基合金具有良好的耐磨性能，而与其他材料组合后，其耐磨性能更加突出。
这对于一些需要面对高速摩擦或重负荷情况的部件来说是非常重要的。
例如，在汽车制动系统中使用铝基复合材料可以提高刹车片的耐磨性和散热性能，从而提高制动效果。
此外，铝基复合材料还具有良好的耐腐蚀性能。
铝本身具有较好的耐腐蚀性，与其他材料组合后，能够更好地抵抗酸碱腐蚀等恶劣环境的侵蚀。
这使得铝基复合材料在海洋工程、化工设备等领域有广泛的应用。
综上所述，铝基复合材料具有轻质、高强度、高刚度、耐磨性好、耐腐蚀性好等优点。
随着科学技术的发展，铝基复合材料在航空航天、汽车、船舶等领域的应用前景也会越来越广阔。
铝基复合材料的力学性能与微观结构研究
铝基复合材料的力学性能与微观结构研究引言：铝基复合材料以其良好的强度和轻量化特性在工业和航空航天领域得到广泛应用。
为了进一步提高和优化这些复合材料的性能，研究者们已经开始关注其力学性能与微观结构的关系。
本文就这一主题展开讨论，从不同角度探讨铝基复合材料的力学性能与微观结构之间的关系。
1. 介绍铝基复合材料铝基复合材料是由铝作为基体，加入不同的增强相而制备而成。
常见的增强相包括纳米颗粒、纳米纤维和纳米层状结构。
这些增强相的加入可以显著提高铝基复合材料的强度、刚度和耐热性能。
同时，铝基复合材料还具有良好的导热性和电导率。
2. 微观结构对力学性能的影响微观结构是指铝基复合材料中各种相的分布、形态和尺寸等参数。
这些微观结构参数对铝基复合材料的力学性能有显著影响。
例如，纳米颗粒的尺寸和分布对材料的强度和韧性起着重要作用。
较小尺寸的纳米颗粒可以提高材料的强度，增加晶界的阻尼效应，从而有效地阻碍位错运动。
同时，适当的纳米颗粒分布可以降低晶界的能量，抑制晶粒的长大，进一步提高材料的韧性。
其他微观结构参数如纤维形状、分布密度等也会对材料的力学性能产生影响。
3. 力学性能测试方法为了研究铝基复合材料的力学性能，研究者们采用了多种测试方法。
其中最常见的是拉伸、压缩和弯曲测试。
这些测试可以提供材料的强度、刚度和塑性变形等方面的信息。
同时，纳米硬度测试和扫描电镜观察也被广泛应用于铝基复合材料的力学性能研究中。
4. 力学性能与微观结构的关联通过对铝基复合材料的力学性能和微观结构进行对比研究，研究者们发现这两者之间存在密切的关系。
通过调控复合材料的微观结构参数，可以有效地改善其力学性能。
例如，通过控制纳米颗粒的尺寸和分布，可以提高铝基复合材料的强度和韧性。
此外，还有研究表明纳米纤维的加入可以提高材料的弯曲强度和疲劳寿命。
5. 未来的研究方向尽管已经取得了一些重要成果，但铝基复合材料的力学性能与微观结构之间的关系仍有待进一步研究。
铝基复合材料的制备和性能研究
铝基复合材料的制备和性能研究一、引言铝基复合材料是一种由铝和其他金属、陶瓷等材料复合而成的材料。
它具有较高的强度、刚度和耐热性能，在航空、航天、汽车、机械等领域广泛应用。
本文将分别从制备和性能研究两个方面，探讨铝基复合材料的制备及其性能研究进展。
二、铝基复合材料的制备1. 复合方法铝基复合材料的制备主要包括机械合金化、热扩散、熔融浸渍、等离子喷涂等方法。
（1）机械合金化法机械合金化法是一种通过机械力将两种或多种材料混合在一起，形成复合材料的方法。
该方法制备速度快、成本低，但容易出现氧化等问题，限制了其在实际应用中的发展。
（2）热扩散法热扩散法是一种将两种或多种材料放在一起，在高温下进行扩散反应，形成复合材料的方法。
该方法制备的复合材料结合强度高、纯度高，但制备难度较大、成本较高。
（3）熔融浸渍法熔融浸渍法是一种将一种材料浸渍于另一种材料的熔体中，然后冷却形成复合材料的方法。
该方法制备的复合材料渗透性好、组织致密，但制备过程较为繁琐。
（4）等离子喷涂法等离子喷涂法是一种利用等离子体喷涂技术，将粉末材料喷涂到基体材料表面形成复合材料的方法。
该方法制备速度快、成本低，但制备的复合材料强度较低。
2. 复合材料组成铝基复合材料的组成可分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料和有机基复合材料三类。
（1）金属基复合材料金属基复合材料制备简单，性能优异，比如钨/铝、钼/铝等合金材料具有很好的强度和耐热性能，广泛应用于航空航天和核工业等领域。
（2）陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料具有硬度大、耐热性好等特点，目前已广泛应用于汽车刹车盘、磨料磨具、人工关节等领域。
常用的陶瓷基复合材料有氧化铝/铝、碳化硅/铝等材料。
（3）有机基复合材料有机基复合材料是以有机高分子为基体，使用纤维或颗粒作为增强材料，常用的有聚偏二氟乙烯（PVDF）基复合材料等。
三、铝基复合材料的性能研究铝基复合材料的性能研究主要包括力学性能、热性能、冲击性能、耐腐蚀性能等方面的研究。
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。
铝基复合材料(课堂PPT)
• 3 在电子和光学仪器中的应用 • 铝基复合材料,特别是 增强铝基复合材料,由于具
有热膨胀系数小、密度低、导热性能好等优点,适 合于制造电子器材的衬装材料、散热片等电子器 件。 颗粒增强铝基复合材料的热膨胀系数完全可 以与电子器件材料的热膨胀相匹配,而且导电、导 热性能也非常好。在精密仪器和光学仪器的应用 研究方面,铝基复合材料用于制造望远镜的支架和 副镜等部件。另外铝基复合材料还可以制造惯性 导航系统的精密零件、旋转扫描镜、红外观测镜、 激光镜、激光陀螺仪、反射镜、镜子底座和光学 仪器托架等许多精密仪器和光学仪器。
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• 4 在体育用品上的应用 • 铝基复合材料可以代替木材及金属材料来
制作网球拍、钓鱼竿、高尔夫球杆和滑雪 板等。用 颗粒增强铝基复合材料制作的自 行车链齿轮重量轻、刚度高、不易挠曲变 形,性能优于铝合金链齿轮。
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铝基复合材料的制造工艺
• 铝基复合材料的制备方法对材料的性能影响很大, 其成本也取决于材料的制造工艺,因此研究和发展 有效的制造工艺一直是铝基复合材料的重要研究 内容。
点之一。
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• 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。 • 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 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。
铝基复合材料
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用 SiCp/Al 复合材料制成的汽车齿轮箱在
强度和耐磨性方面均比铝合金齿轮箱有
明显的提高。铝合金复合材料也可以用 来制造刹车转子、刹车活塞、刹车垫板、 卡钳等刹车系统元件。
上个世纪80年代,日本丰田公司成功地用/AlOAl32复合材 料制备了发动机活塞,与原来的铸铁发动机活塞相比,Байду номын сангаас量 减轻了5%~10%,导热性提高了4倍。
在精密仪器和光学仪器的应用研
究方面 , 铝基复合材料用于制造
望远镜的支架和副镜等部件。
另外铝基复合材料还可以制造惯性导航系 统的精密零件、旋转扫描镜、红外观测
镜、激光镜、激光陀螺仪、反射镜、镜
子底座和光学仪器托架等许多精密仪器 和光学仪器。
4 、在体育用品上的应用
铝基复合材料可以代替木材及金属材料来制作网
Shear lag mode：在某一局部范围内，剪力所能起的作用有限，所以 正应力分布不均匀，把这种正应力分布不均匀的现象叫剪切滞后。这一 理论可以用于描述碳纳米管在铝基中的刚化效应。
要的材料之一。
常见铝基体
（1）工业纯铝 （2）铸造冶金变形铝合金（常见有2014、2024、2124 等，且不含Mn、Cr的铝合金，因其产生脆性相 ） （3）粉末冶金变形铝合金 （4）铸造铝合金
（5）新型铝合金
复合材料增强基
分类：连续的和非连续的纤维、晶须、颗粒 特性：
高强度、高模量、高刚度、抗疲劳、耐热、耐磨、抗腐 蚀、热膨胀系数小、导电、导热以及润湿性、化学相容性、
易加工等。
铝基复合材料的增强纤维有硼纤维，碳纤维，碳化硅纤 维等。
铝复合材料的种类与分类
铝合金材料可按增强相,铝基体及材料特性三方面进行 分类。 按增强体分类：
长纤维增强复合材料 短纤维增强复合材料 颗粒增强复合材料 混合增强复合材料 纳米复合材料 层合复合材料 倾泻复合材料 表面复合材料
以铝基体分类
粉末冶金法
粉末冶金法是最早用来制造铝基复合材料
的方法，是一种比较成熟的工艺方法。采
用粉末冶金法时，首先将颗粒增强物和铝 合金粉末用机械手段均匀混合，进行冷压 实，然后加热除气，在液相线与固相线之 间进行真空热压烧结，得到复合材料的坯
料，在将坯料进行挤压、轧制、锻造、拉
拔等二次加工就可制成所要的型材零件。
铝基复合材料及其应用
1、综述 2、种类及分类
3、材料的制备工艺
4、结构与性能 5、应用 6、实例分析
金属基复合材料的综述
金属基复合材料，是在各金属材料基体内用多种 不同复合工艺，加进增强体，以改进特定所需的机械 物理性能。金属基复合材料在比强度、比钢度、导电 性、耐磨性、减震性、热膨胀等多种机械物理性能方 面比同性材料优异得多。金属基复合材料(MMCs)有 铝基、镁基、钛基、镍基、铁基复合材料等多种,其 中尤以铝基复合材料发展最快而成为金属基复合材料 中的主流。
球拍、钓鱼竿、高尔夫球杆和滑雪板等。
用SiC颗粒增强铝基复合材料制作的自行车链齿轮
重量轻、刚度高、不易挠曲变形,性能优于铝合金 链齿轮。
发展趋势
采用颗粒增强制备铝基复合材料成本相对较低 , 原材 料资源丰富,制备工艺简单。选择适当的增强颗粒与基 体组合可制备出性能优异的复合材料,具有很大的发展 潜力和应用前景。可以预料,在现代工业的高速发展和 技术水平的高要求下,颗粒增强铝基复合材料必将以其 独特优势在工业领域占据重要位置。但同时也应看到, 颗粒增强铝基复合材料在未来的时间里要取得更进一 步发展 , 并列入规模化生产的行列 , 还需要进行更多的 探索和实践。因此 , 进一步加强理论研究 , 建立完整的 理论模型,不断进行实践探索,将是今后的工作重点。
变形铝合金基复合材料
铸造铝合金基复合材料 新型铝合金基复合材料 工业纯铝基复合材料
以特性分类
功能复合材料
结构复合材料
智能复合材料
铝基复合材料的制造工艺
连续纤维增强铝基复合材料的制造方法：
1、粉末冶金法
2、高能-高速固结工艺
3、压力浸渗铸造工艺
4、液态金属搅拌铸造法
颗粒增强铝基复合材料的制造方法： 1、粉末冶金 2、搅拌熔铸 3、压力铸造 4、喷射沉积 纳米管铝基复合材料的制备方法： 1、粉末冶金 2、搅拌铸造 3、熔体浸渍 4、原位合成
（三）碳—铝复合材料
特点：碳纤维的长度与直径比例对碳—铝复合材料的性能有很 大的影响（当长径比增大时，抗拉强度增大，增大到一定值
时，抗拉强度又开始减少）
（四）晶须和颗粒增强铝基复合材料
特点：优异的性能，制造方法简单，增强体主要是碳化硅和氧 化铝。 碳化硅：随它的含量增加，抗拉强度和弹性模量都增加氧化铝： 比强度和比刚度高。
☞
实例:碳纳米管增强铝基复合材料的制备及表征 1
背景介绍
4
5
讨论分析
2 3
实验材料
实验结论
实验结果
6
存在问题
碳纳米管：Iijima （饭岛澄男）教授于1991 年首次发现 背景 介绍
碳的第五种同素异形体。碳纳米管是由单层或者多层石墨片 卷曲而成的几何无缝石墨管。每层纳米管是由碳原子通过 sp2杂化结构与周围3个碳原子完全键合而成的六边形平面围 成的圆柱面，两端由五边形或七边形组合封闭。高模量，高 强度，而密度低；极好的塑性变形能力，其弹性应变可达5 ％，甚至达到12％，约为钢的60倍。
优点：
高能量高速度脉冲有利于将冷模中的导电粉体 快速加热到指定温度，从而控制相变和组织粗
化，这是常规粉末冶金工艺无法实现的。高能高速固结工艺可使复合材料的相对密度达95%以 上。
压力浸渗工艺
压力浸渗工艺是先将增强体制成预制件，再将 预制件放入模具后，以惰性气体或机械装置
为压力媒体将铝液压入预制件的间隙，凝固
单、生产效率高、制造成本低廉。复合好的铸锭经重熔 后，可精密压成各种型材、管材、棒材等。
它是目前最成熟、最具竞争力、也是工业化规模生产
铝基复合材料的最主要的方法。
铝合金复合材料的结构与性能
碳纤维增强铝基复合材料结构
Ⅰ、用液态浸渍法制备（概念） 其铝基中无方向性，表明具有各向异性。 Ⅱ、用固态热压法制备（概念） 其铝基中含有纤维，表明具有较高拉伸强度。
（一）、长纤维增强铝基复合材料性能
1、硼—铝复合材料
特点：有优异的疲劳强度，比强度和比模量高，尺寸稳定性
好，线膨胀系数与半导体芯片非常接近。
硼纤维增强铝基复合材料用于航天飞机主舱体龙骨桁架和支柱
（二）短纤维增强铝基复合材料
特点：在室温和高温下的弹性模量有较大的提高，但线膨胀系数
由所下降，耐磨性改善，并具有良好的的导热性。
后即形成复合材料。 这种工艺简单，但预制件中的气体不易在凝 固前排出而造成气孔与疏松，同时预制件也 易产生变形和偏移。
液态金属搅拌铸造法
液态金属搅拌铸造法的基本原理是将颗粒增强物直接加 入到熔融的铝合金中，通过一定方式的搅拌使颗粒均匀 地分散在基体熔体中，复合成颗粒增强铝基复合材料。
复合好的熔体可浇铸成锭坯、铸件等使用。这种工艺简
压制-烧结-挤压(Al-MWCNT)
喷射沉积(6066Al/SiCP)
微观结构
晶粒、碳纳米管、 挤压方向
力学性能
显微硬度及单向拉伸，如图
单向拉伸---应力与应变图
结果讨论
断面图
Al-MWCNT的性能显示：采用粉末压制-烧结-挤压工艺是可行 的，强度和弹性模量随着碳纳米管的增加而增加。SDS 能促进 碳纳米管的分散，作用显著。George等提出下面三种强化机制： 1.thermal mismatch；2.Orowan looping；3.shear lag theory
铝基复合材料基体
铝有许多特点，如质量轻、密度小、可塑性好， 熔点低制备工艺简单。 铝基复合技术容易掌握，易于加工，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
碳纳米管应用范围：锂离子电池、超级纤维、场发射器、复合材料、超 级电容器等。 、、、 碳纳米管增强铝基复合材料 特点：密度低、高强度、抗氧化性好和耐腐蚀等。 制备方法：粉末冶金、搅拌铸造法、熔体浸渍法、原位合成法
十二烷基硫酸：阴离子表面活性剂。易溶于水，与阴离子、非离子复配伍性好， 具有良好的乳化、发泡、渗透、去污和分散性能。 差热分析仪：测量与材料内部热转变相关的温度、热流的关系，应用范围非常 广，特别是材料的研发、性能检测与质量控制。 差示扫描量热仪应用范围: 高分子材料的固化反应温度和热效应、物质相变温 度及其热效应测定、高聚物材料的结晶、熔融温度及其热效应测定、高聚物材 料的玻璃化转变温度。 从差热图上可清晰地看到差热峰的数目、高度、位置、对称性以及峰面积。峰 的个数表示物质发生物理化学变化的次数，峰的大小和方向代表热效应的大小 和正负，峰的位置表示物质发生变化的转化温度。在相同的测定条件下，许多 物质的热谱图具有特征性。因此，可通过与已知的热谱图的比较来鉴别样品的 种类。理论上讲，可通过峰面积的测量对物质进行定量分析，但因影响差热分 析的因素较多，定量难以准确。 Al4C3：生成温度在550℃到600℃，一般为针状或片状，大量存在，会恶化 基体的性能。
2 、在航空航天领域的应用
Cercast公司采用熔模铸造工艺研制成A357
SiC20%Vol+复合材料，用该材料代替钛合金制造 直径达180mm、重17.3kg的飞机摄相镜方向架,使其 成本和重量明显降低, 同时该复合材料还可用来制 造卫星反动轮和方向架的支撑架。
美国DWA公司用6061SiC 25%p（这是什么 怎么念）
实验材料