中文字幕一级黄色A级片|免费特级毛片。性欧美日本|偷拍亚洲欧美1级片|成人黄色中文小说网|A级片视频在线观看|老司机网址在线观看|免费一级无码激情黄所|欧美三级片区精品网站999|日韩av超碰日本青青草成人|一区二区亚洲AV婷婷

01、金屬基復(fù)合材料簡介

 

金屬基復(fù)合材料 (metal matrix composites),簡稱 (MMCs)是以金屬及其合金為基體，與一種或幾種金屬或非金屬增強(qiáng)相人工結(jié)合成的復(fù)合材料。其增強(qiáng)材料大多為無機(jī)非金屬，如陶瓷、碳、石墨及硼等，也可以用金屬絲。它與聚合物基復(fù)合材料(PMCs)、陶瓷基復(fù)合材料(CMCs)以及碳/碳復(fù)合材料一起構(gòu)成現(xiàn)代復(fù)合材料體系。

 

金屬基復(fù)合材料具有以下的優(yōu)勢特點(diǎn)：

 

1）高比強(qiáng)度、高比模量

 

2）導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能

 

3）熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定好

 

4）良好地高溫性能

 

5）耐磨性好

 

6）疲勞性能和斷裂韌度好

 

7）性能再現(xiàn)性及可加工性好

 

8）不吸潮、不老化、氣密性好

 

金屬基復(fù)合材料與其他復(fù)合材料的不同點(diǎn)在于：

 

1）MMCs的基體是純金屬或合金，而非聚合物或陶瓷。

 

2）盡管與相應(yīng)的未增強(qiáng)的金屬基體合金相比，MMCs的延展性和韌性較低，但與陶瓷或CMCs相比，MMCs具有較高的延展性和韌性。

 

3）與PMCs一樣，MMCs中增強(qiáng)體的主要作用是提高強(qiáng)度和模量。而 CMCs中增強(qiáng)體通常用來改善材料的損傷容限。

 

4）通常來說，MMCs的承熱能力高于PMCs，但低于陶瓷和 CMC。

 

5）低增強(qiáng)體含量到中等增強(qiáng)體含量的MMCs通?？刹捎门c未增強(qiáng)金屬同樣的加工成型工藝 。

 

02、金屬基復(fù)合材料體系

 

    金屬基復(fù)合材料體系通?？珊唵蔚赜勺鳛榛w的金屬合金名稱以及陶瓷增強(qiáng)體的材料類型、體積分?jǐn)?shù)和形態(tài)來命名。如6061A1/30v/oSiC,指的是30％體積分?jǐn)?shù)的碳化硅顆粒作為增強(qiáng)體的非連續(xù)增強(qiáng)6061鋁合金，而連續(xù)增強(qiáng)的MMCs可由 SiCf來表示。

 

03、基體材料

 

金屬是用途極為廣泛的工程材料。通過選擇適當(dāng)?shù)暮辖鸪煞趾蜔釞C(jī)械加工方法，金屬材料可表現(xiàn)出多種易于控制的特性。金屬合金之所以在工程中廣泛應(yīng)用不僅是因?yàn)槠鋸?qiáng)度和韌性，還因?yàn)槠鋼碛卸喾N簡單廉價(jià)的零部件加工工藝。金屬基復(fù)合材料的發(fā)展反映了對使用單一金屬無法獲得的性能的需求。因此，通過在金屬中添加增強(qiáng)體得到的復(fù)合材料可能同時(shí)提高比剛度、疲勞和耐磨損性，也可能在提高比強(qiáng)度的同時(shí)獲得所需的熱特性（如降低熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率）。然而，改進(jìn)其性能所帶來的高成本將是金屬基復(fù)合材料潛在應(yīng)用所面臨的一大挑戰(zhàn)。

 

MMCs與PMCs或CMCs相比，具有不同的性能組合和工藝方法，這是由于作為基體材料的金屬與聚合物和陶瓷間的固有區(qū)別，也少量取決于所用增強(qiáng)體的性質(zhì)。純金屬是不透明且有光澤，一般具有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性；拋光后往往可反光；同時(shí)，大多數(shù)金屬都具有良好的延展性但密度較高。這些特性反映了金屬中原子結(jié)合的本質(zhì)，這些原子有失去電子的趨向；產(chǎn)生的自由電子“氣”固定了正價(jià)金屬離子。相反，陶瓷和聚合物是元素的化合物，陶瓷中的分子間結(jié)合和聚合物中的分子間結(jié)合的特點(diǎn)是原子間的電子共用或原子間的電子遷移。陶瓷和聚合物中缺乏自由電子（由于分子間的范德華力結(jié)合，聚合物中沒有自由電子）導(dǎo)致其導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性較差，并且與金屬材料相比，可塑性和韌性也較差。

 

 MMCs中影響基體合金選擇的重要因素之一就是復(fù)合材料是否為連續(xù)或非連續(xù)增強(qiáng)。采用連續(xù)纖維作為增強(qiáng)體會(huì)使絕大部分的載荷施加到增強(qiáng)纖維上，因此，纖維強(qiáng)度決定了復(fù)合材料的強(qiáng)度?；w合金的主要作用是將載荷有效地傳遞給纖維，并在纖維發(fā)生失效時(shí)鈍化裂紋，因此，這些連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料基體材料的選擇更著重于韌性而不是強(qiáng)度?；谏鲜鲇懻摚蛷?qiáng)度、高延展性、高韌性基體合金可用于連續(xù)增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料中。對于非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，可能由基體決定復(fù)合材料的強(qiáng)度。因此，基體的選擇將受到復(fù)合材料強(qiáng)度需求的影響。此外，還需要考慮的因素有：在制備或服役過程中由于增強(qiáng)體／基體的潛在反 應(yīng)可能導(dǎo)致復(fù)合材料性能的下降；增強(qiáng)體和基體間由于熱膨脹錯(cuò)配引起的熱應(yīng)力；基體疲勞行為對復(fù)合材料循環(huán)響應(yīng)的影響。

 

基體材料形式與類型

 

金屬材料通?？芍瞥啥喾N多樣的產(chǎn)品形式為后續(xù)的加工生產(chǎn)做準(zhǔn)備，這些形式有鑄造重熔料和鍛造材料，包括絲、箔材、板材、棒材、各種擠壓型材以及粉末。許多這些不同形式的金屬都可用于生產(chǎn)MMCs。像液態(tài)金屬浸滲這樣的熔融加工方法要求有可重熔組分。

 

許多金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用需考慮多個(gè)方面而不只是強(qiáng)度（如電觸頭），因此，對基體材料的類型就有相應(yīng)的要求。純金屬通常軟且弱，具有較高的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率。這是因?yàn)閷?dǎo)致易塑性變形、低強(qiáng)度及高延展性的因素同時(shí)也使 自由電子易于運(yùn)動(dòng)，從而也導(dǎo)致較高的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率。因此，需同時(shí)滿足高熱導(dǎo)率或電導(dǎo)率、高強(qiáng)度以及高耐磨特性的材料，例如觸電材料，可選用陶瓷增強(qiáng)純金屬基體的復(fù)合材料。基體合金也可以按熔點(diǎn)分類。具有超高熔點(diǎn)的材料，如鉬、鈮和鎢稱為耐火材料，意思是難以熔化。如鐵、鎳和銅等金屬被認(rèn)為表現(xiàn)出一般的熔化行為，而鋁和鎂是熔點(diǎn)較低的材料。目前，已用作金屬基復(fù)合材料基體的合金體系包括鋁、銅、鐵（鋼）、鎂、鎳以及鈦。

 

金屬基體的選擇原則

 

 

04、增強(qiáng)體材料

 

MMCs的增強(qiáng)體材料可以是非連續(xù)纖維或添加到金屬基體的第二相，其將導(dǎo)致一些性能的改善，通常是強(qiáng)度和／或剛度的提高。MMCs中最常用的增強(qiáng)體材料有陶瓷（氧化物、碳化物和氮化物等），其特性是在室溫和高溫環(huán)境下均具有高強(qiáng)度和高剛度。常用的MMCs增強(qiáng)體材料有SiC，Al2O3、TiB2、B4C和石墨，金屬增強(qiáng)體則不常用。

 

 

增強(qiáng)體可以分為兩大類 ：①顆粒或晶須；②纖維。纖維增強(qiáng)體還可細(xì)分為連續(xù)和非連續(xù)。纖維增強(qiáng)了其鋪設(shè)方向上的強(qiáng)度，但在垂直于纖維鋪設(shè)方向上的強(qiáng)度低是連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的特征。另外，非連續(xù)增強(qiáng)的MMCs表現(xiàn)出更多各向同性特征。在一些MMCs體系中，兩種或多種增強(qiáng)體的存在會(huì)使復(fù)合材料表現(xiàn)出特定的性能。

 

增強(qiáng)體的作用取決于其在MMCs中的形態(tài)。顆?；蚓ы氃鰪?qiáng) MMCs中，基體是主要的承載組分。增強(qiáng)體的作用是通過機(jī)械約束作用阻止基體變形來使復(fù)合材料增強(qiáng)增硬。這種約束通常是顆粒間間距與顆粒直徑比值的函數(shù)。在連續(xù)纖維增強(qiáng)MMCs中，增強(qiáng)體是主要的承載組分。金屬基體的作用是將增強(qiáng)體結(jié)合到一起并且傳遞和分配載荷。非連續(xù)纖維增強(qiáng) MMCs則顯示出介于連續(xù)纖維增強(qiáng)和顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料之間的特征。通常來說，增強(qiáng)體的加人提高了材料的強(qiáng)度、剛度和熱容，但降低了所得MMCs的熱膨脹系數(shù)。當(dāng)與高密度的金屬基體結(jié)合時(shí)，增強(qiáng)體還可降低復(fù)合材料的密度，從而可以提高某些性能例如比強(qiáng)度。

 

用于金屬基復(fù)合材料的典型增強(qiáng)體

 

05、 增強(qiáng)體特性

 

作為金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體應(yīng)具有以下基本特性：

 

能明顯提高金屬基某種所需特性的性能

 

如高的比強(qiáng)度、比模量、高導(dǎo)熱性、耐熱性、耐磨性、低熱膨脹性等。

 

良好地化學(xué)穩(wěn)定性

 

在金屬基復(fù)合材料制備和使用過程中其組織結(jié)構(gòu)和性能不發(fā)生明顯地變化和退化，與金屬基體有良好的化學(xué)相容性，不發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)。

 

與金屬有良好地潤濕性

 

通過表面處理能與金屬基體良好潤濕、復(fù)合和分布均勻。

 

06、增強(qiáng)體基本物性參數(shù)

 

典型顆粒物增強(qiáng)體的物性參數(shù)

 

 

典型晶須增強(qiáng)體的物性參數(shù)

 

 

典型纖維增強(qiáng)體的物性參數(shù)

 

 

07、增強(qiáng)體其他性質(zhì)

 

    新一代電子封裝材料的研發(fā)主要以高熱導(dǎo)率的碳納米管。金剛石。高定向熱解石墨作為增強(qiáng)相，可望獲得高導(dǎo)熱、低膨脹、低密度的理想電子封裝材料。

 

材料熱管理性能的比較應(yīng)用

（CTE-低熱膨脹系數(shù)）

 

用于熱沉的金屬基復(fù)合材料的性能

 

 

08、金屬基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)思路

 

金屬基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的一體化模擬設(shè)計(jì)與制造流程

 

09、金屬基復(fù)合材料制造的關(guān)鍵問題

 

 

10、金屬基復(fù)合材料制備工藝及方法

 

 

1）原位自生法

 

原位自生法（in-situ synthesis）是指通過金屬鹽與液態(tài)金屬的高溫化學(xué)反應(yīng)原位生成特定陶瓷增強(qiáng)體的制備方法，基體金屬常見的有鋁合金、鎂合金、鈦合金以及鋼鐵合金等。原位自生法的優(yōu)點(diǎn)在于陶瓷相與基體合金界面結(jié)合好，增強(qiáng)相尺寸可以控制到納米級(jí)別，在提高基體合金強(qiáng)度的同時(shí)塑性損失不大。制備的金屬基復(fù)合材料可以后期軋制成型，或重熔鑄造成型，增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)較低，通常在10%以下時(shí)可獲得較好的性價(jià)比，民用市場潛力很大。

 

2）攪拌鑄造法

 

攪拌鑄造法（stirring casting）是將顆粒狀的陶瓷增強(qiáng)體加入到熔融態(tài)或者半熔融態(tài)的金屬中，然后借助機(jī)械攪拌或超聲攪拌使增強(qiáng)體顆粒均勻分散并隨后凝固成型的方法。為保證金屬熔體的流動(dòng)性，增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)一般不超過20%。攪拌鑄造工藝裝備簡單，成本低，可制備大體量復(fù)合材料胚體，并且可以重熔鑄造成型。

 

3）粉末冶金法

 

粉末冶金法（powder metallurgy）是將粉末狀的增強(qiáng)體與粉末狀的金屬基體按照一定比例混合，先在模具中冷壓成型，然后真空除氣，再熱壓燒結(jié)成型的方法，這是目前國內(nèi)外普及程度最高的技術(shù)。為了保證復(fù)合材料組織中基體的連續(xù)性，目前批量化應(yīng)用的復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)通常在20%左右。制備材料經(jīng)過后期的真空熱等靜壓、軋制以及熱擠壓成型，可以獲得較高的力學(xué)性能。

 

4）壓力浸滲法

 

作為液態(tài)法制備技術(shù)，壓力浸滲法（pressure infiltration）又稱擠壓鑄造法，將液態(tài)金屬通過外界壓力強(qiáng)行突破表面張力浸滲到增強(qiáng)體預(yù)制件中，隨后凝固成型獲得金屬基復(fù)合材料。壓力浸滲法的優(yōu)勢在于適用于纖維、晶須、粉末、納米顆粒等各類增強(qiáng)體，適用于各類基體合金，可獲得較好的界面強(qiáng)度，材料可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。通常顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的體積分?jǐn)?shù)在40%~70%。根據(jù)工藝環(huán)境不同，壓力浸滲分為真空壓力浸滲和大氣環(huán)境下壓力浸滲兩大類。真空壓力浸滲法為保證在較低壓力下克服浸滲阻力，通常顆粒尺寸較大（比表面積較?。?；為保證毛細(xì)管作用的必要間隙，體積分?jǐn)?shù)較高（60%左右）。這種方法易于獲得高剛度、高導(dǎo)熱、低膨脹等特殊性能的金屬基復(fù)合材料，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)件的免加工一次成型，廣泛應(yīng)用于大功率電子器件熱沉。

 

11、金屬基復(fù)合材料工藝與選材

 

 

12、金屬基復(fù)合材料制備工藝流程

 

粉末冶金法工藝流程圖

 

成品：SiCp/Al、SiCW/Al、Al2O3/Al、TiB2/Ti等金屬基復(fù)合材料零部件、板材或錠坯等

 

熱壓法工藝流程圖

 

成品：鎢絲－超合金、鎢絲－銅

 

熱等靜壓法工藝流程圖

 

成品：B/Al、SiC/Ti 管材

 

真空壓力浸漬技術(shù)的工藝流程圖

 

成品C/Al、C/Cu、C/Mg、SiCp/Al、SiCW+SiCp/Al 等復(fù)合材料零部件、板材、錠坯等

 

擠壓鑄造工藝流程圖

 

成品：SiCp/Al、SiCW/Al、C/Al、C/Mg、Al2O3/Al、SiO2/Al 等復(fù)合材料及其零部件、板材和錠坯等。

 

共噴沉積工藝流程圖

 

可用于鋁、銅、鎳、鈷等有色金屬基體，也可用于鐵、金屬間化合物基體；可加入SiC、Al2O3、TiC、Cr2O3、石墨等多種顆粒；產(chǎn)品可以是圓棒、圓錠、板帶、管材等

 

自蔓延高溫合成法工藝流程圖

 

成品：AlB12/Ti、Al2O3-TiAl3/Al等鋁基復(fù)合材料

 

放熱彌散法法工藝流程圖

 

成品：TiC/A1、TiB2/Al、TiB2/Al-Li 等鋁基復(fù)合材料

 

 

13、金屬基復(fù)合材料的界面

 

機(jī)械結(jié)合：由粗糙的增強(qiáng)物表面及基體的收縮產(chǎn)生的摩擦力完成；

 

溶解和潤濕結(jié)合：基體與增強(qiáng)物之間發(fā)生潤濕，并伴隨一定程度的相互溶解；

 

反應(yīng)結(jié)合：基體與增強(qiáng)物之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在界面上形成化合物面產(chǎn)生的一種結(jié)合形式；

 

交換反應(yīng)結(jié)合：基體與增強(qiáng)物之間通過擴(kuò)散發(fā)生元素交換的一種結(jié)合形式；

 

混合結(jié)合：多種結(jié)合方式組合。

 

14、金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用

 

MMCs市場可細(xì)分為陸上運(yùn)輸、電子/熱控、航空航天、工業(yè)、消費(fèi)產(chǎn)品等5個(gè)部分。

 

金屬基復(fù)合材料全球市場

 

陸上運(yùn)輸領(lǐng)域

 

對于成本極端計(jì)較的汽車市場，唯一能接受的只有鋁基MMCs。MMCs主要用于耐熱耐磨的發(fā)動(dòng)機(jī)和剎車部分（如活塞、缸套、剎車盤和剎車鼓），或用于需要高強(qiáng)度模量運(yùn)動(dòng)部件（如驅(qū)動(dòng)軸、連桿）。

 

在陸上運(yùn)輸領(lǐng)域消耗的MMCs中驅(qū)動(dòng)軸的用量超過50%，汽車和列車剎車件的用量超過30%。

 

汽車剎車鼓和剎車碟(a)

火車轉(zhuǎn)向架及剎車盤（b）

 

電子/熱控領(lǐng)域

 

如果以產(chǎn)值排序，高產(chǎn)品附加值的電子/熱控領(lǐng)域是第一大MMCs市場，產(chǎn)值比例超過60%。

 

以SiCp/Al復(fù)合材料為代表的第二代熱管理材料主要用作微處理器蓋板/熱沉、倒裝焊蓋板、微波及光電器件外殼/基座、高功率襯底、IGBT基板、柱狀散熱鰭片等。其中，無線通訊與雷達(dá)系統(tǒng)中的視頻與微波器件封裝構(gòu)成其最大的應(yīng)用領(lǐng)域，其第二大應(yīng)用領(lǐng)域則是高端微處理器的各種熱管理組件。

 

 

SiCp/Al 微處理器蓋板（a）

SiCp/Al 光電封裝基座（b）

 

航空航天領(lǐng)域

 

航空航天領(lǐng)域應(yīng)用最多的是鋁基和鈦基復(fù)合材料。

 

鋁基MMCs應(yīng)用包括風(fēng)扇導(dǎo)向葉片、武器掛架、液壓系統(tǒng)分路閥箱等，SiC鋁基MMCs應(yīng)用于波導(dǎo)天線、支撐框架及配件、熱沉等。

 

鈦基MMCs應(yīng)用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的接力器活塞。

 

F-16的腹鰭采用金屬基復(fù)合材料

 

   其他領(lǐng)域   

 

 

B4Cp/Al MMCs用于廢核燃料貯存

 

貯存水池（（a），貯存桶（b）

 

 

輸電線路用金屬基復(fù)合材料

 

15、金屬基復(fù)合材料發(fā)展趨勢

 

多元/多尺度MMCs

 

通過引入不同種類、不同形態(tài)、不同尺度的增強(qiáng)相，利用多遠(yuǎn)增強(qiáng)體本身物性參數(shù)不同，通過相與相、以及相界面與界面之間的耦合作用，呈現(xiàn)出比單一增強(qiáng)相復(fù)合條件下更好的優(yōu)越性能。

 

微結(jié)構(gòu)韌化MMCs

 

通過將非連續(xù)增強(qiáng)MMCs分化區(qū)隔為增強(qiáng)體顆粒富集區(qū)（脆性）和一定數(shù)量、一定尺寸、不含增強(qiáng)體基體區(qū)（韌性），這些純基體區(qū)域作為韌化相將會(huì)具有阻止裂紋擴(kuò)展，吸收能力的作用，從而使MMCs的損傷容限得到提高。

 

層狀MMCs

 

受自然生物疊層結(jié)構(gòu)達(dá)到強(qiáng)、韌最佳配合的啟發(fā)，韌脆交替的微疊層MMCs研究受到關(guān)注。通過微疊層來補(bǔ)償單層材料內(nèi)在性能的不足，以滿足各種各樣的特殊應(yīng)用需求，如耐高溫材料、硬度材料、熱障涂層材料等。

 

泡沫MMCs

 

多孔金屬泡沫具有多孔、減振、阻尼、吸音、散熱、吸收熱沖擊能、電磁屏蔽等多種物理性能，可通過對其引入粘彈性體、吸波涂料等功能組分達(dá)到多功能化的需求。

 

雙連續(xù)/互穿網(wǎng)絡(luò)MMCs

 

雙連續(xù)微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可使增強(qiáng)體在基體合金中稱為連續(xù)的三維骨架結(jié)構(gòu)，可更有效地發(fā)揮陶瓷增強(qiáng)體的剛度、低膨脹等特性。

 

16、標(biāo)準(zhǔn)

 

目前我們MMCs的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重缺失，MMCs的標(biāo)準(zhǔn)化工作大大落后于美國、日本等發(fā)達(dá)國家，也滯后于我國MMCs技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。