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1、,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,Chapter 4,金屬基復(fù)合材料,（,Metal Matrix Composite,）,Chapter 3:Metal Matrix Composite,4.1 Introduction to MMC,4.1.1.,定義,金屬基復(fù)合材料（,Metal Matrix Composite),簡稱（,MMC),是以金屬及其合金為基體，與一種或幾種非金屬增強(qiáng)相人工結(jié)合成的復(fù)合材料。,Chapter 3:Metal Matrix Composite,4.1.2,MMC,的沿革與發(fā)展,20,世紀(jì),60,年代,硼纖維
2、增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料用于航天飛機(jī)主艙體龍骨桁架和支柱,Chapter 3:Metal Matrix Composite,70,年代中期,C,纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,70,年代末,碳化硅纖維、晶須、顆粒,氧化鋁纖維,增強(qiáng)鋁,增強(qiáng)鈦,Al,2,0,3,短纖維,/Al,汽車活塞（活塞環(huán)）（豐田汽車公司）（左圖）,SiCp,/Al,連桿，鍛件替代鋼連桿，減重,6Kg,（,福特、通用汽車公司）（中圖）,SiCp,/Al,，,Al,2,0,3,p/Al,汽車剎車盤，減重,60,（豐田、福特和通用汽車公司）（右圖）,Chapter 3:Metal Matrix Composite,80,年代,制備工藝技術(shù)的研究,
3、壓鑄成型,半固態(tài)成型,噴射沉積,原位金屬直接氧化法,反應(yīng)生產(chǎn)法,90,年代,界面,(interface),界面穩(wěn)定性,界面產(chǎn)物及作用,界面結(jié)構(gòu),界面反應(yīng)控制,界面與性能的關(guān)系,MMC,研究和開發(fā)的集中方向：,MMC,的發(fā)展特點(diǎn)是：基體的多樣性；品種變化性；技術(shù)的復(fù)雜性；使用的局限性和長期預(yù)研性。因此，,MMC,的研究開發(fā)主要集中在以下方向：,不同金屬基與不同種類、形態(tài)的增強(qiáng)材料復(fù)合,新型增強(qiáng)材料的開發(fā)，包括金屬與非金屬、顆,粒、晶須，片晶等,制備工藝的開發(fā)和研究,增強(qiáng)相,/,基體界面優(yōu)化的研究,擴(kuò)大,MMC,材料的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域,Chapter 3:Metal Matrix Composite
4、,4.1.3 MMC,分類,金屬基復(fù)合材料分類圖,Chapter 3:Metal Matrix Composite,4.1.4 MMC,性能特點(diǎn),金屬基復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)材料具有一系列和金屬性能相似的特點(diǎn)，隨著科技的發(fā)展，單一的金屬或其合金難以滿足要求，金屬基復(fù)合材料通過和高強(qiáng)度、高模量、耐熱性性好的纖維或顆粒晶須等復(fù)合后，可以獲得比其基體金屬或合金在比強(qiáng)度、比模量、高溫性能等性能更好的新型工程材料，其主要的性能特點(diǎn)有：,高比強(qiáng)度、比模量,高韌性和高沖擊性能,具有較好的高溫性能,表面耐久性好，表面缺陷敏感性低,良好的,導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能,良好的熱匹配性,良好的再加工性能,Chapter 3:Meta
5、l Matrix Composite,高比強(qiáng)度、比模量,與結(jié)構(gòu)陶瓷和聚合物材料,相比，金屬材料的高強(qiáng)度在復(fù),合材料中能得到更好的利用，,右圖為幾種常用的金屬基復(fù)合,材料與常用金屬材料（鋁、鈦,合金及鋼）的比強(qiáng)度和比模量,的比較，纖維增強(qiáng)材料的比強(qiáng),度和比模量明顯優(yōu)于金屬材料,；而顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料在比模,量上有顯著提高。,Chapter 3:Metal Matrix Composite,金屬基復(fù)合材料的強(qiáng)度與模量分為三個(gè)水平：,高性能水平，強(qiáng)度,1200MPa,以上、模量在,200GPa,以上；,中性能水平，強(qiáng)度,600-1000MPa,、,100-150Gpa,之間；,較低性能水平，強(qiáng)度,40
6、0-600MPa,、,模量,95-130Gpa,。,典型的鋁基和鈦基,MMC,的性能,Chapter 3:Metal Matrix Composite,高韌性和高沖擊性能,金屬基復(fù)合材料相對與聚合物基、陶瓷基復(fù)合材料具有高的高韌性和耐沖擊性能。,如右圖，基體中的裂紋,頂端的最大應(yīng)力接近基體的,抗拉強(qiáng)度，而低于纖維的斷,裂應(yīng)力時(shí)，裂紋或在界面擴(kuò),展鈍化，或因基體的塑性剪,切變形而鈍化，從而改善了,材料的斷裂韌性。,Chapter 3:Metal Matrix Composite,具有在高溫下保持的性能,和聚合物基復(fù)合材料相比，,MMC,的物理和機(jī)械性能具,有高溫穩(wěn)定性，即對溫度變化不敏感，具有較
7、好的高溫性能，,可作為在一定高溫下使用的結(jié)構(gòu)材料。,如左圖，硼纖維增強(qiáng)鋁在近,400,溫度下仍有較好的高溫比強(qiáng)度。而硼纖維在增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在室溫時(shí)具有比,MMC,高的比強(qiáng)度，但在約,150,時(shí)，比強(qiáng)已經(jīng)明顯下降。,Chapter 3:Metal Matrix Composite,表面耐久性好，表面缺陷敏感性低,金屬基復(fù)合材料中金屬基體對表面裂紋的敏感性比聚合物或者陶瓷小的多，表面堅(jiān)實(shí)耐久，尤其是顆粒、晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料?？梢宰鳛楣こ虡?gòu)件中耐磨件使用。,導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好,金屬基復(fù)合材料導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能比聚合物或者陶瓷基結(jié)構(gòu)好的多。它可以使局部高溫?zé)嵩春图须姾珊芎脭U(kuò)散消除。如碳纖維增強(qiáng)鋁
8、基復(fù)合材料可以作為航空航天技術(shù)領(lǐng)域中的結(jié)構(gòu)材料，還可以作為空間裝置的熱傳導(dǎo)和散熱器面板應(yīng)用,Chapter 3:Metal Matrix Composite,良好的熱匹配性,有些增強(qiáng)纖維和基體的熱膨脹系數(shù)接近，復(fù)合后可以降,低熱應(yīng)力和熱膨脹系數(shù)，如碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料經(jīng)過設(shè),計(jì)，可以使熱膨脹系數(shù)接近零。這樣的復(fù)合材料，質(zhì)輕，性,能好且不易因溫差變形。,一些材料的導(dǎo)熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù),Chapter 3:Metal Matrix Composite,性能再現(xiàn)性好及可加工性,金屬材料的特性之一就是性能再現(xiàn)性好。金屬材料與其它材料相比，金屬材料的力學(xué)、物理和化學(xué)性能比較穩(wěn)定，性能可以通過合金化，得
9、到精確的控制。這種特性對要求高強(qiáng)、高模以及高溫性能的復(fù)合材料尤為重要。目前，如何提高金屬基體與增強(qiáng)材料之間的結(jié)合性能和界面控制，成為提高金屬基復(fù)合材料性能穩(wěn)定性和再現(xiàn)性的關(guān)鍵。,MMC,可如其他金屬材料一樣，可以借用金屬材料加工成型的方法來制備，如擴(kuò)散結(jié)合、粉末冶金、鑄造成型等，也可通過軋制、拉拔、擠壓等金屬材料的壓力加工方法進(jìn)行第二次加工，進(jìn)一步提高復(fù)合材料的性能。甚至可以進(jìn)行超塑性加工成型。這是,PMC,、,CMC,和,C/C,復(fù)合材料所不具備的加工性能。,Chapter 3:Metal Matrix Composite,4.1.5,金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用,金屬基復(fù)合材料主要應(yīng)用在以下領(lǐng)域：
10、,空間和宇航中的應(yīng)用,在軍事領(lǐng)域應(yīng)用,航空工業(yè)（飛機(jī)）應(yīng)用,在核反應(yīng)工程中應(yīng)用,在汽車工業(yè)中的應(yīng)用,Chapter 3:Metal Matrix Composite,Chapter 3:Metal Matrix Composite,空間和宇航中的應(yīng)用,硼纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料用于航天飛機(jī)主艙體龍骨桁架和支柱（減重,142kg,）,Chapter 3:Metal Matrix Composite,哈勃望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu),哈勃望遠(yuǎn)鏡在空間,Chapter 3:Metal Matrix Composite,航空工業(yè)（飛機(jī)）應(yīng)用,DWAs DRA Skin Fins:4:1 Service Life Exten
11、sion,Original 2024 Aluminum Alloy Skin Fins,F,18E/F,的控制舵和副翼液壓汽缸密封蓋（,DRA,用于替代鋁青銅）,Chapter 3:Metal Matrix Composite,在汽車工業(yè)中的應(yīng)用,Al,2,0,3,短纖維,/Al,汽車活塞（活塞環(huán)）（豐田汽車公司）（左圖）,SiCp,/Al,連桿，鍛件替代鋼連桿，減重,6Kg,（,福特、通用汽車公司）（中圖）,SiCp,/Al,，,Al,2,0,3,p/Al,汽車剎車盤，減重,60,（豐田、福特和通用汽車公司）（右圖）,Chapter 3:Metal Matrix Composite,Chapter 3:Metal Matrix Composite,用于坦克火炮的反射鏡（,Al,基復(fù)合材料）,Chapter 3:Metal Matrix Composite,Chapter 3:Metal Matrix Composite,課外作業(yè),:,舉例說明金屬基復(fù)合材料與合金的不同之處,
鄭州大學(xué)復(fù)合材料學(xué)課件第三章MMC1
