第6章-金属基复合材料.ppt

* 连 接： 硼—铝复合材料的连接技术是基于铝的连接而并不考虑硼同硼连接。 其目的是想要得到高剪切强度的基体连接而不使复合材料的机械性能降低。因为铝的连接是一种很成熟的工艺。 焊接： 钎焊、无钎焊等。 尽量降低热影响区域；退火； * 机械加工 由于硼纤维硬度高(莫氏硬度为9)。硼—铝复合材料的机械加工比较困难。 然而对单层件来说，板金剪切技术就可以胜任。 拉伸试样的加工问题通常采用砂轮切割或电加工的方法来解决。 热处理 可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能。 * 五、机械性能 1．弹性模量 表6-5 硼纤维与铝基体的弹性常数 纵向弹性模量：E11=EF.VF+EM.VM 横向则复杂的多； 皆随温度的增加而降低。 * 2．强度及应力—应变特性 (1)轴向拉伸 硼—铝复合材料的轴向拉伸特性取决于增强纤维的性能和复合材料的纤维含量。（图6.7-6.10） (2)横向拉伸 所有硼—铝复合材料的横向拉伸特性可以根据断口的形貌分为三种常见的类型。 第一类复合材料断裂的特征是断口全为基体破裂； 第二类断口则同时含有基体破裂和纵向纤维劈裂； 第三类断口的典型情况是基体破裂和纤维—基体界面破裂。 * (3) 蠕变及持久强度 硼具有很好的抗蠕变性能； 500℃以下，单向增强硼-铝复合材料的轴向蠕变和持久强度超过所有的工程合金。 (4) 缺口拉伸强度和断裂韧性 有限应变能力的类脆性材料； 缺口不敏感和断裂韧性； * 第三节 镍基复合材料 金属基应用之一：燃气涡轮发动机叶片； 铝基和铝合金基体比较容易制造，但低温； 高温合金基体：镍、钴和铁基材料。 增强体：高强和高稳定性（氧化物、碳化物、硼化物和难熔金属等） * 蓝宝石晶须和蓝宝石杆 高强； 图6-17：强度随尺寸减小而增大；因为表面缺陷减少； 小直径的晶须容易制备，因此优先选用； 为改善润湿性，需表面涂层； 细晶须的表面涂层必须薄，也容易融化； 蓝宝石杆价格昂贵，单个制备。不实用，但必不可少； * 镍-蓝宝石反应 高温时发生反应； 强度对反应很敏感； 涂层保护（钨）； 镍基复合材料的制备 扩散结合：将纤维夹在金属板之间进行加热。 * 第四节 钛基复合材料 钛： 原子量：47.8； 核内质子数：22； 银灰色金属 ； 具有金属光泽，有延展性；密度4.5克/厘米3；熔点1660±10℃；沸点3287℃；化合价+2、+3和+4；电离能为6.82电子伏特； 钛的主要特点是密度小，机械强度大，容易加工。 钛的塑性主要依赖于纯度。钛越纯，塑性越大。有良好的抗腐蚀性能，不受大气和海水的影响。 在常温下，不会被稀盐酸、稀硫酸、硝酸或稀碱溶液所腐蚀；只有氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸等才可对它作用。 * 优点： 使用温度高：600～650 ℃ ； 抗拉强度：1500MPa 缺点： 高温易于和增强体发生化学反应。 * 相容性问题： Ti-6Al-4V合金与硼纤维发生反应。 符合线性混合法则。 可能产生新的裂纹源。 裂纹的影响程度又取决于反应层的厚度。 解决相容性问题的方法： （1）最大限度减小裂纹的高速工艺：1000 ℃，1～2s，50nm； （2）最大限度减小裂纹的低温工艺：830 ℃，15min； （3）研制低活性的基体； （4）研制最大限度减少反应的涂层； （5）具有较大反应容限的系列； （6）设计上尽量较少强度降低的影响； * 钛基复合材料的制备： 图6-20 影响复合材料性能的因素主要有： 相互作用； 三向应力； 残余应力； 纤维损伤； * 钛基复合材料的发展前景： 优点：工作温度高、高非轴向强度、高抗腐蚀性和抗损伤性、小残余应力； 主要是克服制备困难和成本高的问题 * 第五节 石墨纤维增强金属基复合材料 石墨纤维： 模量高、强度高、刚度大、密度低、耐高温、成本不高； 但与许多金属缺乏化学相容性； 石墨-铝复合材料：（热压） 改善浸润性；完善制备工艺；防止化学反应； 石墨-镍复合材料 石墨-镁复合材料 石墨- 铜复合材料 …… * 制造方法 适用体系 增强材料 金属基体 固态法 粉末冶金法 SiC,Al2O3 Al,Cu,Ti 热压固结法 B,SiC,W Al,Cu,Ti,耐热合金 热轧法、热拉法 C,Al2O3 Al 液态法 挤压铸造法 SiC,Al2O3,C Al,Cu,Zn,Mg 真空压力浸渍法 各种纤维，晶须 Al,Cu,Mg,Ni 搅拌铸造法 SiC,Al2O3 Al,Zn,Mg 共喷沉积法 SiC,Al2O3,B4C,TiC Al,Ni,Fe 其他制造方法 反应自生成法 -- Al,Ti 电镀及化学镀法 SiC,B4C,C Ni,Cu