金屬基復(fù)合材料

1、MMC的發(fā)展和應(yīng)用的發(fā)展和應(yīng)用目錄目錄MMC概述MMC的性能特點(diǎn)MMC的發(fā)展MMC的應(yīng)用1、概述概述1、金屬基復(fù)合材料 金屬基復(fù)合材料（Metal Matrix Composite，簡(jiǎn)稱(chēng)MMC）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)合而成的復(fù)合材料。其增強(qiáng)體大多為無(wú)機(jī)非金屬，如陶瓷、炭、石墨及硼，也可以用金屬絲。1、概述2、背景 金屬基復(fù)合材料與聚合物復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料 以及碳/碳復(fù)合材料一起構(gòu)成了現(xiàn)代復(fù)合材料體系。 金屬基復(fù)合材料作為一種新型工程材料，具有比基體 金屬或合金更高的比強(qiáng)度、比模量、高溫性能等性能。作 為結(jié)構(gòu)材料或特殊性能要求的材料，在航空、航天、軍事

2、 工業(yè)和民用工業(yè)中的具有無(wú)可替代的作為，并得到了廣泛 的應(yīng)用。1、概述3、分類(lèi) 基體基體增強(qiáng)體增強(qiáng)體2、性能特點(diǎn)較高的比強(qiáng)度與比鋼度，耐磨損優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，高溫性能好高韌性和高沖擊性能，線(xiàn)膨脹系數(shù)小3、發(fā)展 金屬基復(fù)合材料真正的起步是在20世紀(jì)50年代末或60年代初。 美國(guó)國(guó)家航空和宇航局(NASA)成功地制備出W絲增強(qiáng)的Cu基復(fù)合材料，成為金屬基復(fù)合材料研究和開(kāi)發(fā)的標(biāo)志性起點(diǎn)。 隨后，對(duì)纖維金屬基復(fù)合材料的研究在20世紀(jì)60年代迅速發(fā)展起來(lái)。那時(shí)，主要的力量集中在以鎢和硼纖維增強(qiáng)的鋁和銅為基的系統(tǒng)。 3、發(fā)展 1978年B/Al復(fù)合材料在哥倫比亞航天飛機(jī)上應(yīng)用； 3、發(fā)展 20世紀(jì)80年

3、代，金屬基復(fù)合材料迅速發(fā)展，開(kāi)始注重顆粒、 晶須和短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，在汽車(chē)、體育用品等領(lǐng)域得到應(yīng)用； 90年代后期，電子產(chǎn)品和技術(shù)迅速發(fā)展，低膨脹、高強(qiáng)度和高導(dǎo)熱性的金屬基復(fù)合材料在電子產(chǎn)品得到應(yīng)用； 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部件對(duì)于高溫高效性材料的不斷需求，觸發(fā)了對(duì)金屬基復(fù)合材科特別是鈦基材料的廣泛興趣的復(fù)蘇。 近年，功能和納米金屬基復(fù)合材料成為研究熱點(diǎn)。 4、應(yīng)用 據(jù)預(yù)測(cè), 2013年以前全球MMCs市場(chǎng)將保持5.9%的年增長(zhǎng)率。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域不同, MMCs市場(chǎng)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。其中, 陸上運(yùn)輸(包括汽車(chē)和軌道車(chē)輛)和高附加值散熱組件仍然是M

4、MCs的主市場(chǎng), 用量占比分別超過(guò)60%和30%。 金屬基復(fù)合材料全球市場(chǎng)及展望(20042013年)4、應(yīng)用MMCs在陸上運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用 MMCs進(jìn)入汽車(chē)行業(yè)的動(dòng)力是它耐磨性和耐熱性高、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，因此MMCs主要用于需要減輕重量的剎車(chē)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。 汽車(chē)剎車(chē)鼓和剎車(chē)碟(a), 火車(chē)轉(zhuǎn)向架及剎車(chē)盤(pán)(b)碳化硅和氧化鋁加強(qiáng)MMCs制造的剎車(chē)轉(zhuǎn)子重量?jī)H為一般材料的33 %60 %，同時(shí)，這種剎車(chē)轉(zhuǎn)子具有卓越的耐磨性，其使用期限甚至可以與車(chē)本身的壽命一樣長(zhǎng)。4、應(yīng)用MMCs在電子/熱控領(lǐng)域的應(yīng)用 以鋁碳化硅(AlSiC)MMCs為代表的第二代熱管理材料，密度僅為Cu-W和Cu-Mo的1 /5

5、，可提供高熱導(dǎo)率及可調(diào)的低熱膨脹系數(shù)(CTE)，為電子封裝提供了高度可靠且成本經(jīng)濟(jì)的熱管理解決方案。 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(chǎng)，產(chǎn)值比例超過(guò)60%。AlSiC微處理器蓋板(a), AlSiC光電封裝基座(b)4、應(yīng)用MMCs在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 MMCs最初發(fā)展的原動(dòng)力來(lái)自于航空工業(yè)領(lǐng)域。 目前已用于軍機(jī)和民機(jī)的MMCs主要是鋁基和鈦基復(fù)合材料。NASA和DOD均在投資開(kāi)發(fā)鈦基復(fù)合材料(TMC)噴氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。 MMCs 也用在航天飛機(jī)和火箭上。NASA采用硼連續(xù)纖維增強(qiáng)的MMCs制成管材, 用作航天飛機(jī)的結(jié)構(gòu)桁條, 性能十分優(yōu)越。 4、應(yīng)用 MMCs在

6、其它領(lǐng)域的應(yīng)用 MMCs的其它應(yīng)用涵蓋制造業(yè)、體育休閑及基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域，既包括硬質(zhì)合金、電鍍及燒結(jié)金剛石工具、Cu基及Ag基電觸頭材料等成熟市場(chǎng)，也包括TiC增強(qiáng)鐵基耐磨材料、Saffil纖維增強(qiáng)鋁基輸電線(xiàn)纜、B4C增強(qiáng)鋁基中子吸收材料等新興市場(chǎng)。 4、應(yīng)用 低密度、高剛度和高強(qiáng)度的增強(qiáng)體顆粒加入到鋼鐵基體中，在降低材料密度的同時(shí)，提高了它的彈性模量、硬度、耐磨性和高溫性能。目前應(yīng)用最多的是TiC顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料，用作抗磨材料和高溫結(jié)構(gòu)材料，性能明顯優(yōu)于現(xiàn)有的工具鋼。 超硬耐磨的TiC增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料 MMCs雖然并不是一種具有劃時(shí)代意義的新材料，但它是一種能根據(jù)具體需要設(shè)計(jì)組分、性能的人工復(fù)合材料，一般MMCs均以輕合金為基體，因此具有重量輕、比彈性模量和比強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有高的疲勞抗力、耐磨抗力、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和傳熱能力，在交通運(yùn)輸機(jī)械、高速機(jī)械以及電子、體育器材等領(lǐng)域均有較大的應(yīng)用