金属基复合材料整理

第一章

1.内生增强的金属基复合材料具有如下特点（第5页）：

1）增强体是从金属基体中原位形核、长大的热力学稳定相，因此，增强体表面无污染，避免了与基体相容性不良的问题，且界面结合强度高。

2）通过合理选择反应元素（或化合物）的类型、成分及其反应性，可有效地控制原位生成增强体的种类、大小、分布和数量。

3）省去了增强体单独合成、处理和加入等工序，因此，其工艺简单，成本较低。

4）从液态金属基体汇总原位形成增强体的工艺，可用铸造方法制备形状复杂、尺寸较大的近净成形构件。

5）在保证材料具有较好的韧性和高温性能的同时，可较大幅度地提高材料的强度和弹性模量。

2.金属基复合材料特性（第5页）：

高比强度，高比模量

良好的导电导热性能

热膨胀系数小，尺寸稳定性好

良好的高温性能

耐磨性能好

良好的疲劳性能和断裂韧度

不吸潮，不老化，气密性好

第二章

1.增强体的作用（第8页）

增强体是金属基复合材料的重要组成部分，它起着提高金属基体的强度、模量、耐热性、耐磨性等性能的作用。

2.选择增强体的主要考虑因素（5个）（原则）

（1）力学性能：杨氏模量和塑性强度；

（2）物理性能：密度和热扩散系数；

（3）几何特性：形貌和尺寸；

（4）物理化学相容性；

（5）成本因素。

3.制造碳纤维需要经历的5个阶段：（第12页）

(1)拉丝：可用湿法、干法或者熔融状态三种任意一种；

(2)牵伸：在室温以上，通常是100～300℃范围内进行；

(3)稳定：通过400℃加热氧化的方法；

(4)碳化：在1000～2000℃范围内进行；

(5)石墨化：在2000～3000℃范围内进行。

4.溶胶-凝胶法的特点（第18页）

优点：

制品的均匀度高，尤其是多组分的制品，其均匀程度可达分子或原子水平；

制品纯度高，而且溶剂在处理过程中容易被除去；

烧结温度比传统方法低400~500℃；

制备的氧化铝纤维直径小，因而抗拉强度有较大提高；

溶胶－凝胶法工艺简单，可设计性强，产品多样化，是一种很有发展前途的制备无机材料的方法。

5.晶须的分散技术有哪些？（第21页）

球磨分散、超声分散、溶胶凝胶(sol –gel)法分散以及分散介质选择、pH 值的调整等。

第三章

1.分析论述金属基复合材料的可设计性（为什么复合材料具有可设计性）

（1）复合材料是由增强体、基体、界面三部分组成。

（2）基体和增强体材料是可以选择的，比如增强体的大小、形貌、分布等都会造成所制备复合材料性能的不同。

（3）此外，选择不同的制备工艺和成型工艺也会影响复合材料性能。

综上，设计者可以根据外部环境的变化与要求来设计具有不同特性与性能的复合材料。

2.复合材料的设计主要包含哪几部分？（第28页）

功能设计、结构设计和工艺设计

3.选择基体的原则（第29页）：

金属基复合材料的使用要求

金属基复合材料组成的特点

基体金属与增强物的相容性

4.功能复合材料调整优值的途径（第38页）：

（1）调整复合度（2）调整联接方式（3）调整对称性（4）调整尺度（5）调整周期性

5.复合效应包括（第39页）：什么是乘积效应

乘积效应、系统效应、诱导效应和共扼效应

乘积效应：在复合材料两组分之间产生可用乘积关系表达的协同作用。

6.热膨胀系数以及表达公式（第54页）

定义：表征材料受热时线度或体积变化程度。

表达公式:线膨胀系数：L T L p /)/(∂∂=α

体膨胀系数：V T V p /)/(∂∂=β

式中，L 为材料的线度，T 为材料的热力学温度，V 为材料的体积。

7.提高或改善金属基复合材料的阻尼性能可以采用的方法（第59页）

（1） 用高阻尼基体金属

（2） 用高阻尼增强物

（3） 设计高阻尼界面

第四章

1.金属基复合材料制备方法分类（第60页）

固态法：固态法是在基体金属处于固态情况下，与增强材料混合组成新的复合材料的方法。其中包括粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法、挤压和拉拔法、爆炸焊接法等。 液态法：液态法是在基体金属处于熔融状态下，与增强材料混合组成新的复合材料的方法。其中包括：真空压力浸渍法、挤压铸造法、搅拌铸造法、液态金属浸渍法、共喷沉积法、热喷涂法等。

表面复合法：新型制造方法包括：原位自生成法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、化学镀和电镀法及复合镀法等。

2.制备技术应具备的条件（60页）

(1)使增强材料均匀地分布金属基体中，满足复合材料结构和强度要求;

(2)能使复合材料界面效应、混杂效应或复合效应充分发挥;

(3)能够充分发挥增强材料对基体金属的增强、增韧效果;

(4)设备投资少，工艺简单易行，可操作性强；便于实现批量或规模生产;

(5)能制造出接近最终产品的形状，尺寸和结构，减少或避免后加工工序.

3.金属基复合材料制造的关键性技术及解决方法（第61页）（与成形对照）

1)加工温度高，在高温下易发生不利的化学反应;

解决方法：①尽量缩短高温加工时间，使增强材料与基体界面反应降低至最低程度；

②通过提高工作压力使增强材料与基体浸润速度加快；

③采用扩散粘接法可有效地控制温度并缩短时间。

2)增强材料与基体浸润性差;

解决方法：①加入合金元素，优化基体组分，改善基体对增强材料的浸润性；

②对增强材料进行表面处理，涂敷一层可抑制界面反应的涂层。

3)增强材料在基体中的分布。

解决方法：①对增强体进行适当的表面处理，使其浸渍基体速度加快；

②加入适当的合金元素改善基体的分散性；

③施加适当的压力，使其分散性增大。

④施加外场(磁场,超声场等)

4.热压和热等静压技术基本原理（第62页）

热压法和热等静压法亦称扩散粘接法，是加压焊接的一种，因此有时也称扩散焊接法。它是在较长时间的高温及不大的塑性变形作用下依靠接触部位原子间的相互扩散进行的。

扩散粘接过程可分为三个阶段：

①粘接表面之间的最初接触，由于加热和加压使表面发生变形、移动、表面膜（通常是氧化膜）破坏；

②随着时间的进行发生界面扩散和体扩散，使接触面粘接；

③由于热扩散结合界面最终消失，粘接过程完成。

影响扩散粘接过程的主要参数：温度、压力和一定温度及压力下维持的时间，其中温度和气氛最为重要.

5.液态制造技术的种类（举几例说明）（第65页）（给两三个空让填种类）：

真空压力浸渍技术、挤压铸造技术、液态金属搅拌铸造技术、液态金属浸渍技术、共喷沉积技术、热喷涂技术。

6.液态金属搅拌铸造技术的特点、技术问题（第67页）

特点：工艺简单，制造成本低廉。

存在问题：一是为了提高增强效果要求加入尺寸细小的颗粒，10～30μm之间的颗粒与金属熔体的润湿性差，不易进入和均匀分散在金属熔体中，易产生团聚；二是强烈的搅拌容易造成金属熔体的氧化和大量吸入空气。因此必须采取有效的措施来改善金属熔体对颗粒的润湿性，防止金属的氧化和吸气等。

注意事项及措施：

（1）在金属熔体中添加合金元素. 合金元素可以降低金属熔体的表面张力。