金屬基復合材料的應用與發(fā)展趨勢

1、第9章 金屬基復合材料的應用與發(fā)展趨勢江蘇大學江蘇大學 材料科學與工程學院材料科學與工程學院2021年11月16日星期二29.1 9.1 金屬基復合材料的應用金屬基復合材料的應用 金屬基復合材料自進入工業(yè)應用發(fā)展階段以來，逐步拓寬了應用范圍，但由于價格較高且難以大幅度降低，使得許多可能得到應用的領域,尤其對價格比較敏感的汽車等行業(yè)的應用受到限制。復合材料的大規(guī)模應用，除價格之外，還需要解決設計、加工、回收等方面的問題。 金屬基復合材料在國外已經(jīng)實現(xiàn)了商品化，而在我國僅有小批量生產(chǎn)，以汽車零件、機械零件為主，主要是耐磨復合材料如顆粒增強鋁基或鋅基復合材料、短纖維增強鋁基或鋅、鎂基復合材料等，年產(chǎn)

2、量僅5000t左右，與國外差距較大。 2021年11月16日星期二39.1.1 9.1.1 金屬基復合材料在航天領域的應用金屬基復合材料在航天領域的應用9.1.1.1 9.1.1.1 連續(xù)纖維增強金屬基復合材料在航天器上的應用連續(xù)纖維增強金屬基復合材料在航天器上的應用 金屬基復合材料在航天器上首次也是最著名的成功應用是，美國nasa采用硼纖維增強鋁基（50%bf/6061al）復合材料作為航天飛機軌道器中段（貨艙段）機身構架的加強桁架的管形支柱（見圖9-1）。 另一個著名的工程應用實例是，60%石墨（gr）纖維（p100）/6061鋁基復合材料被成功地用于哈勃太空望遠鏡的高增益天線懸架（也是波

3、導），這種懸架長達3.6m（見圖9-2），具有足夠的軸向剛度和超低的軸向線脹系數(shù)，能在太空運行中使天線保持正確位置，由于這種復合材料的導電性好，所以具有良好的波導功能，保持飛行器和控制系統(tǒng)之間進行信號傳輸，并抗彎曲和振動。 2021年11月16日星期二42021年11月16日星期二59.1.1.2 9.1.1.2 鋁基復合材料在導彈中的應用鋁基復合材料在導彈中的應用 作為第三代航空航天慣性器件材料，儀表級高體分sic顆粒/鋁基新型復合材科，替代鈹材，已在美國用于某型號慣性環(huán)形激光陀螺制導系統(tǒng)，并已形成美國的國家軍用標準（mil-m-46196)。該材料還成功地用于三叉戟導彈的慣性導向球及其慣性

4、測量單元（imu）的檢查口蓋，并取得比鈹材的成本低三分之二的效果。 2021年11月16日星期二6 多年來，英國國防部投資，英國國防評估研究局與馬特拉bae動力公司研究了鋁基復合材料在導彈零部件中的應用，取得了一些成效。鋁基復合材料適宜制造彈體、尾翼、彈翼、導引頭組件、光學組件、推進器組件、制動器組件、發(fā)射管、三角架和排氣管等導彈零部件。目前，他們已完成第一、第二階段計劃，正在實施近期研究計劃，并制定了未來的研究計劃。(1) (1) 第一階段研究計劃第一階段研究計劃 20世紀90年代初，英國確定了第一階段鋁基復合材料研究計劃。按照這個計劃，英國對五個鋁基復合材料導彈零部件進行了設計研究。它們是

5、前彈體、彈翼、尾部套簡、控制尾翼與軸以及控制圓筒。設計研究內(nèi)容包括每種零部件所用的材料類型、制造方法以及與傳統(tǒng)材料相比較的制造成本（傳統(tǒng)制造成本為100%）與減重程度。研究結果見表9-1。2021年11月16日星期二72021年11月16日星期二8（2) 2) 第二階段研究計劃第二階段研究計劃 1994年，英國確定了第二階段鋁基復合材料研究計劃。該計劃的目標是探討用鋁基復合材料制造未來近程和中程空對空高速導彈前彈體的可行性。研究的主要內(nèi)容是顆粒增強鋁基復合材料的抗瞬時高溫性能。希望該材料在350400溫度時具有瞬時強度。研究的材料包括用不同質(zhì)量分數(shù)碳化硅顆粒增強的2124、2618及al-fe

6、-v-si多種鋁基復合材料。研究的結論是：碳化硅顆粒增強2000系列鋁合金的強度在200以下受基體材料支配，具有較高值；該材料的強度在200以上迅速降低，主要原因是碳化硅顆粒產(chǎn)生沉淀；該材料不適宜制造導彈前彈體，但適宜制造其他導彈零部件；al-fe-v-si是專為高溫用途研制的鋁合金，碳化硅增強的該合金顯示出良好的應用前景。2021年11月16日星期二9(3) (3) 近期和未來的研究計劃近期和未來的研究計劃 在近期的研究計劃中，重點研究了經(jīng)過t1熱處理后的sicp/al-fe-v-si復合材料，并與經(jīng)過t1熱處理后2618鋁合金以及碳化硅顆粒增強2000系列鋁合金進行了對比。 研究結論是:經(jīng)

7、過tl熱處理后的17%碳化硅顆粒增強sicp/al-fe-v-si合金可用于制造比傳統(tǒng)al-cu-mg合金壁薄的導彈前彈體，減重20%35%，并有助于改善導彈的性能，例如提高速度，改進制導與精度:這種薄壁前彈體可增加導彈的有效載荷容積。 經(jīng)過t1熱處理后的sicp/al-fe-v-si復合材料的不足之處是:需改善其延性與韌性；因在制造溫度范圍內(nèi)具有較高強度而使制造較困難；制造工藝范圍窄。在未來的研究計劃中，研究者打算用可能獲得的資金，制造少量碳化硅顆粒增強al-fe-v-si前彈體樣品，以便進行機械加工試驗及結構試驗。2021年11月16日星期二109.1.1.39.1.1.3鋁基復合材料在航

8、天領域的其他應用鋁基復合材料在航天領域的其他應用 美國佛羅里達州的一個材料公司最近開發(fā)成功一種新型非連續(xù)增強的高強度、高耐熱性鋁合金復合材料，該合金基復合材料是以al-mg-sc-gd-zr成分合金為基體，具有優(yōu)異的常溫強化和低溫強化能力。該合金的強度為630mpa，并且具有中等的室溫延展性(7%)，高溫強度也很好。這種不連續(xù)增強的鋁合金基復合材料是用粉末冶金法制造的，所用原料鋁合金粉末為325目（小于45m）的球狀粉和平均直徑為5m的碳化硅粉和碳化硼粉，這種作為增強劑用的碳化物粉末摻入量為15%（體積分數(shù)）。所制得的復合材料強度超過700mpa，具有優(yōu)異的剛性、比強度、抗磨性和耐熱性，可用于

9、宇航飛行器材料。也適用于火箭制造方面。 2021年11月16日星期二11 在我國，金屬基復合材料也于2000年前后正式應用在航天器上。哈爾濱工業(yè)大學研制的sicw/al復合材料管件用于某衛(wèi)星天線絲杠，北京航空材料研究院研制的三個sicp/al復合材料精鑄件（鏡身、鏡盒和支撐輪）用于某衛(wèi)星遙感器定標裝置，并且成功地試制出空間光學反射鏡坯縮比件（見圖9-4）。2021年11月16日星期二129.1.2 9.1.2 金屬基復合材料在航空領域的應用金屬基復合材料在航空領域的應用 對安全系數(shù)及使用壽命都要求極高的航空工業(yè)始終是金屬基復合材料最具挑戰(zhàn)性的應用領域，特別是在商用飛機上應用更是如此。因此，金屬

10、基復合材料的航空應用進程大大滯后于航天應用。最早的航空應用實例是，早在20世紀80年代，洛克希德馬丁公司將dwa復合材料公司生產(chǎn)的25%sicp/6061al復合材料用作飛機上承放電子設備的支架。該沒備架尺寸非常大，長約2m（見圖9-5），其比剛度比替代的7075鋁合金約高65%。在飛機扭轉和旋轉引起的力載荷作用下7975鋁合金會變形太多。2021年11月16日星期二13 圖圖9-59-5飛機上承放電子設備的鋁基復合材料支架飛機上承放電子設備的鋁基復合材料支架 圖圖9-6 f-169-6 f-16戰(zhàn)斗機的腹鰭戰(zhàn)斗機的腹鰭 2021年11月16日星期二14 然而，直到最近幾年，以顆粒增強鋁為代表

11、的金屬基復合材料才作為主承載結構件在先進飛機上獲得正式應用。下面將對幾個最有代表性的、甚至可以說是標志性的工程應用及其所產(chǎn)生的效果加以具體介紹。 在美國國防部“title ”項目支持下，dwa復合材料公司與洛克希德馬丁公司及空軍合作，將粉末冶金法制備的碳化硅顆粒增強鋁基（6062al）復合材料用于f-16戰(zhàn)斗機的腹鰭（見圖9-6），代替了原有的2214鋁合金蒙皮，剛度提高50%，使壽命由原來的數(shù)百小時提高到設計的全壽命8000 h.，壽命提高幅度達17倍。此外，f-16上部機身有26個可活動的燃油檢查口蓋（見圖9-7），其壽命只有2000 h，并且每年都要檢修23次。采用了碳化硅顆粒增強鋁基復

12、合材料后。剛度提高40%，承載能力提高28%，預計平均翻修壽命可高于8 000 h，裂紋檢查期延長為23年。2021年11月16日星期二15 f-38“大黃蜂”戰(zhàn)斗機上采用碳化硅顆粒增強鋁基復合材料作為液壓制動器缸體，與替代材料鋁青銅相比，不僅重量減輕、線脹系數(shù)降低，而且疲勞極限還提高一倍以上。在直升機上的應用方面，歐洲率先取得突破性進展，英國航天金屬基復合材料公司（amc）采用高能球磨粉末冶金法制備出了高剛度、耐疲勞的碳化硅顆粒增強鋁基 (2009a1)復合材料，用該種材料制造的直升機旋翼系統(tǒng)連接用模鍛件（漿轂夾板及軸套)，已成功地用于eurocopter（歐直）公司生產(chǎn)的n4及ec-120

13、新型直升機（見圖9-8）其應用效果為：與鈦合金相比，構件的剛度提高約30%，壽命提高約5%；與鈦合金相比，構件重量下降約25%。 2021年11月16日星期二16 更為引人注目的是，在20世紀90年代末，碳化硅顆粒增強鋁基復合材料在大型客機上獲得正式應用。如圖9-9為普惠公司生產(chǎn)的pw4000航空發(fā)動機及其碳化硅顆粒增強鋁基復合材料風扇出口導流葉片。美國正在研制顆粒增強耐熱鋁基復合材料，一旦開始生產(chǎn)，則將首先用于一級部分二級壓氣機，例如用作壓氣機靜子葉片（如圖9-10所示）。2021年11月16日星期二172021年11月16日星期二18 圖圖9-9 9-9 惠普公司的惠普公司的pw4000p

14、w4000航空發(fā)動機及其風扇出口導流葉片航空發(fā)動機及其風扇出口導流葉片 2021年11月16日星期二19 圖圖9-109-10航空發(fā)動機及其靜子葉航空發(fā)動機及其靜子葉片片2021年11月16日星期二209.1.39.1.3在汽車工業(yè)上的應用在汽車工業(yè)上的應用 金屬基復合材料用于汽車工業(yè)主要是顆粒增強和短纖維增強的鋁基、鎂基、鈦合金等有色合金基復合材料。9.1.3.1 9.1.3.1 在內(nèi)燃機方面的應用在內(nèi)燃機方面的應用 金屬基復合材料具有比強度、比剛度高，耐磨性好，導熱性好，熱脹系數(shù)低等特性，很適合于制作內(nèi)燃機的活塞連桿、缸套等部件。9.1.3.2 9.1.3.2 在制動系統(tǒng)上的應用在制動系統(tǒng)

15、上的應用 金屬基復合材料尤其適合作汽車、摩托車制動器耐磨件，如剎車盤。2021年11月16日星期二21圖圖9-11 sic9-11 sicp p/al/al復合材料剎車盤復合材料剎車盤圖圖9-12 lotus elise9-12 lotus elise跑車跑車2021年11月16日星期二229.1.3.3 9.1.3.3 有傳動系統(tǒng)上的應用有傳動系統(tǒng)上的應用 汽車靠離合器摩擦盤來傳遞動力，離合器的使用壽命，主要取決于從動盤摩擦片的耐磨性，鋁基復合材料的耐磨性，導熱性好，可用它來做離合器摩擦片。 9.1.3.49.1.3.4 在其它汽車零部件的應用在其它汽車零部件的應用 鈦及鈦合金由于具有質(zhì)輕，

16、比強度、比模量高、耐腐蝕、有較高的韌性等特點，汽車制造廠正在探索用鈦合金來延長氣門、氣門彈簧和連桿等部件的壽命。2021年11月16日星期二23 9.1.49.1.4在電子封裝領域的應用在電子封裝領域的應用 目前，電子封裝用mmc由基體金屬和增強體兩部分構成?；w仍以a1、cu、mg及工程中常用的鋁合金、銅合金及鎂合金為主，這主要是由其良好的導熱，導電及優(yōu)良的綜合力學性能所決定的。改變或調(diào)整基體成分將在以下兩個方面影響材料的性能，首先表現(xiàn)在對基體材料本身熱物性的影響；其次則表現(xiàn)為對基體與增強體界面結合狀況的影響。2021年11月16日星期二249.2 9.2 金屬基復合材料的再生與回收利用金屬

17、基復合材料的再生與回收利用9.2.1 9.2.1 金屬基復合材料的再生金屬基復合材料的再生近年來各種復合材料的再生問題逐步受到重視，不僅在實驗室進行研究，提出許多措施，而是工業(yè)界已經(jīng)開始行動。例如德國汽車工業(yè)界與主要的化學工業(yè)公司聯(lián)合起來認真對待復合材料的再生問題包括如何拆卸、分離原構件中的不同材料，形成材料從制造到再生的閉環(huán)系統(tǒng)，以達到再生率為30的初步指標。但是由于原設計中欠缺環(huán)境意識，目前的再生水平尚處于較低的水平。2021年11月16日星期二259.2.1.1 9.2.1.1 不同種類的金屬基復合材料的再生特點不同種類的金屬基復合材料的再生特點 不同種類的金屬基復合材料具有不同的結構特

18、點，因此，應該單獨考慮其再生特點。由于長纖維增強金屬基復合材料自身結構的特點，基本上不考慮其再生和回收問題。對于短纖維和晶須增強的金屬基復合材料，通過煉制的方法可以部分回收，煉渣可以作為填料使用。顆粒增強金屬基復合材料作為一種新興材料已脫穎而出。成為目前金屬基復合材料研究發(fā)展的主要研究方向之一，在其大規(guī)模的實用過程中，降低其成本也是影響其實用規(guī)?；囊粋€重要因素，因此，金屬基復合材料的再生主要集中在顆粒增強金屬基復合材料(prmmcs )上。 2021年11月16日星期二269.2.1.2 9.2.1.2 金屬基復合材料再生工藝研究金屬基復合材料再生工藝研究 顆粒增強al基復合材料再生的工藝方

19、法，主要采用重熔后重新復合的方法，控制重熔時的溫度、保溫時間等工藝參數(shù)，以及采取有效的措施控制顆粒與基體的界面反應和凝固過程。同時采用二次加工和熱處理的方法，使其性能不降低，從而達到prmmcs的再生利用。 2021年11月16日星期二279.2.1.3 mmcs9.2.1.3 mmcs重熔再生過程中的界面反應特征重熔再生過程中的界面反應特征 在非連續(xù)增強金屬基復合材料中，增強體顆粒與基體間的作用行為極為復雜，這均與界面反應的程度密切相關，特別是在金屬基復合材料的重熔再生過程中，由于顆粒與熔體長時間的高溫接觸.界面反應便會變得更加復雜。prmmcs中的界面反應主要有以下幾類特征： 1. 顆粒本

20、身與基體合金發(fā)生化學反應，直接損傷顆粒。 例如sicp增強鋁基復合材料，主要存在以下界面反應： 4al + 3sic = al4c3 + 3si （8-1） 2021年11月16日星期二282. 為了保護顆粒而設置的動力學障礙參與的界面反應 在sic/al復合材料中，為了保護sicp，抑制a14c3的形成，常對顆粒表面進行涂層或高溫氧化處理。對于高溫氧化的sicp ,由于顆粒表面生成sio2薄層，該薄層和al之間發(fā)生反應: 3sio2(s) + 4al = 2al2o3 + 6si （8-2） sio2(s) + 2mg(l) = 2mgo +si （8-3） 2sio2(s) +2al +m

21、g = mgal2o4 +2si （8-4）3. 提高增強體與基體的潤濕性，促進兩者結合而導致的界面反應 2021年11月16日星期二299.2.1.49.2.1.4再生對金屬基復合材料性能的影響再生對金屬基復合材料性能的影響 金屬和合金是可以重熔再生的物質(zhì)，因此，在原理上采用金屬和合金作為復合材料的基體是可以重熔再生的，但是增強體和金屬基體在重熔過程中可能發(fā)生某種程度的界面反應，引起基體結構的變化，增強體可能影響復合材料的性能。對于顆粒增強金屬基復合材料，其重熔前后的性能與基體合金的成分有關，某些合金成分重熔以后不發(fā)生變化，其性能亦然，而有的合金重熔幾次后性能有所下降。金屬基復合材料各品種中

22、只有非連續(xù)增強類(即顆粒、短纖維和晶須增強)才具備再生的可能。金屬基體若是低熔點金屬(如鉛)更有利于再生。目前生產(chǎn)量最大并具有發(fā)展前景的是碳化硅或氧化鋁顆粒增強鋁基復合材料。本節(jié)主要對它們進行論述。 2021年11月16日星期二301. 金屬基復合材料再生方法及過程對材料性能的影響 金屬可以加熱熔融且其熔體粘度較小，另外，金屬基體本身就具有一定強度，并不單純依靠增強體的傳遞作用承受載荷。根據(jù)這些特點、可以將復合材料制件重熔來進行再生。但是重熔過程中必須防止和控制金屬基體與增強體之間發(fā)生界面反應和基體本身組織及成分發(fā)生變化。在重熔前應對復合材料體系作出分析和判斷?，F(xiàn)舉兩種典型的復合體系了解重熔過

23、程中組成與性能的變化。 1) 氧化鋁顆粒（20）增強606l鋁合金復合材料。氧化鋁不與鋁及其合金組分中的si反應，但與合金中mg反應生成的尖晶石（mgal204）存在于界面上，由于量較少還構不成明顯的影響。經(jīng)多次重熔再生后，合金組成變化不大。其力學性能如表9-2所示。2021年11月16日星期二31表表9-2 6061/al9-2 6061/al2 20 03 3(20(20) )顆拉增強復合材料經(jīng)重熔與擠出成型后的室溫拉伸力學性能顆拉增強復合材料經(jīng)重熔與擠出成型后的室溫拉伸力學性能材材 料料拉伸強度（拉伸強度（mpampa）屈服強度（屈服強度（mpampa）伸長率伸長率彈性模量（彈性模量（g

24、pagpa）軸向軸向橫向橫向軸向軸向橫向橫向軸向軸向橫向橫向軸向軸向橫向橫向原原 始始第一次再生第一次再生 第二次再生第二次再生第三次再生第三次再生第四次再生第四次再生372372362362367367361361363363 359359358358 356356364364352352325325328328325325329329 3213213193193173173313314.04.03.73.73.53.53.73.74.54.5 4.04.04.04.0 5.05.0 4.34.397.97.2 210010010010096.96.5 595.95.8 8 10210297

25、.97.2 297.97.7 794.94.5 5注：四次測試平均值注：四次測試平均值2021年11月16日星期二322) 碳化硅顆粒增強zl101和lyl2鋁合金復合材料。zl10l系鋁硅類合金的含硅量較高（6.0-8.0）。在重熔后的凝固階段會析出硅相，隨同凝固時固、液界面對增強體的推移作用，分布在鋁的相的晶界上。雖然在高溫下會發(fā)生4al+3sical4c3+3si的反應，但因為合金液中si濃度較高，抑制了上述反應的進行，從而避免在界面上團生成過多的al4c3脆性相而影響復合材料強度。相反，lyl2合金中含硅較少（0.5），無法抑制al4c3的產(chǎn)生，因此脆性相在承載時成為裂紋源，材料在低應

26、力下易發(fā)生斷裂，即強度下降。2021年11月16日星期二33圖圖9-13 9-13 兩種兩種sicsicp p/al/al復合材料重熔時間對應力保留率的影響復合材料重熔時間對應力保留率的影響 1sicp/zl101 2sicp/ly12 圖9-13示出了sic顆粒增強zl101和lyl2鋁合金在不同重熔再生時間下強度的變化情況。顯然sicp/zl101復合材料對再生是較合適的，其強度略有降低；而sicp/ly12復合材料在2h的高溫處理下，強度損失了25。2021年11月16日星期二341 合金元素的選擇。增強體的選擇。溫度和時間的選擇2鋁基復合材料重熔再生過程中影響力學性能的因素 由上面的結

27、果可以看出鋁基復合材料在重熔再生過程中，主要發(fā)生了界面反應才導致力學性能的降低(其他金屬基復合材料基本上具有同樣的規(guī)律)。所以關鍵在于防止反復重熔再生過程中界面反應不斷進行。 影響界面影響界面反應的因素反應的因素2021年11月16日星期二359.2.2 9.2.2 復合材料的回收復合材料的回收 金屬基復合材料的回收同其制備工藝、界面反應情況與結合效果以及增強體與基體間物理性質(zhì)(如密度、熔點等)的差別密切相關。主要回收方法有熔融鹽處理法、旋轉爐法、電磁分離法、化學溶解分離法等。9.2.2.1 9.2.2.1 熔融鹽處理法熔融鹽處理法 金屬基復合材料中的無機非金屬增強體通過加熔融無機鹽而形成渣，

28、通過排渣可將熔融的金屬分離回收。例如晶須（sicw）增強6061鋁合金復合材料，用naf、lif和kf等無機鹽均能使sicw進入鹽渣。其中以naf10的效果較好。 熔鹽處理法的流程見圖9-14。2021年11月16日星期二362021年11月16日星期二379.2.2.2 9.2.2.2 旋轉爐法旋轉爐法 傳統(tǒng)的旋轉爐法被用于復合材料的回收。在相同的熔鹽加入量下，旋轉爐法比單一的熔鹽法的回收率明顯增高，al的回收率可以達到80%。9.2.2.3 9.2.2.3 電磁分離法電磁分離法 對處于熔融狀態(tài)下復合材料基體施加一單方向的電磁場，因增強體和基體對磁場的作用極性不同，兩者產(chǎn)生相對方向的運動，從

29、而分離，一般增強體沉在底部，然后除去。9.2.2.4 9.2.2.4 化學溶解法化學溶解法 將復合材料置入強酸或強堿中，金屬基體溶解而與增強體分離，通過化學方法使金屬鹽從溶液中析出，過濾干燥后，或以化學原料形式回收，或者經(jīng)還原而成金屬。2021年11月16日星期二389.3 9.3 金屬基復合材料應用的制約因素金屬基復合材料應用的制約因素 有許多因素與金屬基復合材料（mmcs ）的大規(guī)模應用相關聯(lián)，原材料制備方法、二次加工、回收能力、質(zhì)量控制技術等都制約著mmcs 的應用。從mmcs 在汽車和航空、航天領域中的應用來看，應用成本是主要的制約因素，而增強體的成本高是造成復合材料應用成本居高不下的

30、主要原因。最初，mmcs 是應航空、航天等幾乎不計較成本的領域的要求而發(fā)展起來的，所以材料的價格不會構成主要障礙，當然現(xiàn)在如果仍這樣考慮已不夠全面；而在民用領域，價格肯定是決定應用可能性的主要因素之一。2021年11月16日星期二39圖圖9-159-15mmcsmmcs 的性能價格比的性能價格比 若按圖9-15的性能、價格比來評價復合材料在汽車等工業(yè)上應用的可能性,則復合材料最有希望用于制作耐磨件。2021年11月16日星期二409.3.1 9.3.1 增強體增強體 據(jù)估計，應用復合材料時，材料成本在總成本中的比例可達到63%；而應用鋼鐵時，材料的成本只占14 %，差別很大。復合材料原材料的成

31、本主要是增強體的成本，例如連續(xù)碳化硅長纖維的價格達到10 萬14 萬日元/ kg；碳化硅、氮化硅等晶須的價格稍低，但也達到5 萬8 萬日元/ kg； 而硼酸鋁、鈦酸鉀、氧化鋅、氧化鎂等晶須的價格只有2 0004 000 日元/ kg。 采用便宜的增強體制備復合材料無疑在價格上具有優(yōu)勢，但材料性能不一定能滿足要求?？筛鶕?jù)具體零件的使用要求和使用狀況選擇合適的增強體。2021年11月16日星期二419.3.29.3.2制備方法制備方法 常用的mmcs 制備方法有液相法、粉末冶金法、噴射成型法、原位復合法等。其中液相法應用最為普遍，且在工程上易于實現(xiàn)。不同制備方法對復合材料的價格影響很大。例如,在液

32、相制造方法范圍內(nèi)的攪拌鑄造法（還可分為常壓鑄造、模具鑄造和壓力鑄造,模具鑄造和壓力鑄造法都可以實現(xiàn)凈成形鑄造）中，壓力鑄造與模具鑄造法相比，其成品的孔隙率低,適用的合金范圍廣，且可用來制造復雜形狀的零件，但生產(chǎn)速率和成本不具有優(yōu)勢。2021年11月16日星期二42圖圖9-16 9-16 制備方法對制備方法對mmcsmmcs 價格的影響價格的影響 圖9-16 顯示了上述制備方法對價格的影響。顆粒增強mmcs 還可采用諸如粉末冶金法和噴射成型法,但價格上與攪拌鑄造法相比不具有優(yōu)勢。2021年11月16日星期二439.3.39.3.3生產(chǎn)數(shù)量生產(chǎn)數(shù)量 在工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)數(shù)量對成本有很大的影響，見圖9

33、-17。從圖中可以看出,復合材料的價格隨生產(chǎn)數(shù)量的增加而迅速下降,最終達到一個近似不變的數(shù)值。所以，在評價復合材料在工業(yè)上應用的可能性時，必須考慮生產(chǎn)數(shù)量的因素。但新材料的應用要達到規(guī)模生產(chǎn)的能力尚有許多問題需要解決，首先是選取最佳的制備條件以獲得最佳的材料，其次要有一套檢測復合材料質(zhì)量的體系。圖圖9-17 年產(chǎn)量對年產(chǎn)量對mmcs 復合材料成本的影響復合材料成本的影響2021年11月16日星期二449.3.49.3.4局部增強手段局部增強手段 由于增強體的價格一般遠遠高于基體合金的價格，所以，在滿足材料使用性能的前提下,從降低零件成本的角度考慮,可以在需要提高性能的部位采用復合材料(即局部增

34、強) 。例如,豐田汽車公司將5 %體積分數(shù)的短纖維增強鋁基復合材料應用于滑動條件最差的活塞第一溝槽部。目前已經(jīng)采用局部增強復合材料制作了軸承、活塞、汽缸等零件。9.3.5 9.3.5 二次加工性能二次加工性能 良好的二次加工性能是mmcs 推廣應用的基礎。非連續(xù)增強mmcs 具有較好的切削、成型、擠壓、軋制、鍛造、焊接等二次加工性能。 2021年11月16日星期二459.3.69.3.6回收能力回收能力 回收和再利用能力關系到材料的可持續(xù)利用和環(huán)境的保護，隨著mmcs 應用潛力的增加,該項研究也被提上日程。目前提出的幾種回收方法有重熔法、分離法和熱壓法。重熔法是將要回收的復合材料作為原料回爐重熔，再制備新的復合材料；分離法是采用旋轉鹽爐和等離子體爐等設備分別回收鋁和增強體顆粒；熱壓法是將復合材料切屑通過熱壓方法制備成復合材料。9.3. 7 9.3. 7 質(zhì)量控制體系質(zhì)量控制體系 質(zhì)量控制體系是mmcs 大規(guī)模應用的一個必要條件，復合材料的界面結合狀態(tài)、增強體的體積分數(shù)、材料的性能等都屬于質(zhì)量控制的范圍。為了達到快速檢測質(zhì)量的目的，多采用無損檢測。材料生產(chǎn)者在生產(chǎn)過程中需要對材料性能進行檢測，以便控制產(chǎn)品質(zhì)量；對材料進行