第5章金屬陶瓷基復(fù)合材料(第9-10周)分解課件

第五章、結(jié)構(gòu)復(fù)合材料第五章、結(jié)構(gòu)復(fù)合材料5.2.1概述金屬基復(fù)合材料(MMC)定義金屬基體的作用：

①固結(jié)增強(qiáng)體②傳遞和承受載荷③賦予形狀，可加工性④影響材料強(qiáng)度、剛度等性能性能優(yōu)勢(shì)：

①資源豐富②模量、耐熱性高③強(qiáng)度高、可強(qiáng)化④塑性、韌性好⑤光、電、磁、熱、彈等性能優(yōu)良復(fù)合材料基體共有的特性和功能10/30/202225.2.1概述復(fù)合材料基體共有的特性和功能10/22/25.2.2金屬基體(1)常用金屬基體

包括：鋁、鎂、鈦、銅、金屬間化合物和高溫合金常用金屬基體有：鋁及其合金鎂及其合金鈦及其合金銅及其合金金屬間化合物和鎳及其合金不銹鋼現(xiàn)代武器裝備的基礎(chǔ)性材料，納入國(guó)家重大基礎(chǔ)材料研究范疇。10/30/202235.2.2金屬基體現(xiàn)代武器裝備的基礎(chǔ)性材料，納入國(guó)家重大基5.2.2金屬基體(2)不同基體的金屬基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的使用溫度范圍★鋁、鎂及其合金使用溫度<450℃；★鈦合金450~650℃；★金屬間化合物和鎳其、鐵基耐熱合金650~1200℃。10/30/202245.2.2金屬基體10/22/20224(3)功能復(fù)合材料的金屬基體電子工業(yè):

SiC/Al,SiC/Cu;Cf/Al;Cf/Cu等等耐磨零件：

碳化硅，氧化鋁顆粒，晶須等用作集電和電觸頭：SiC，金屬絲，石墨顆粒增強(qiáng)鋁，銅等耐腐蝕電池極板：

石墨碳纖維增強(qiáng)鉛合金等10/30/20225(3)功能復(fù)合材料的金屬基體10/22/202255.2.3金屬基復(fù)合材料重要體系A(chǔ)l2O3/(Al、Mg)主要特點(diǎn)●高的比強(qiáng)度、比模量；●好的韌性；

●比聚合物高的使用溫度。10/30/202265.2.3金屬基復(fù)合材料10/22/202265.2.3金屬基復(fù)合材料5.2.3.1制造方法（1）固態(tài)制造工藝①粉末合金法②固態(tài)熱壓法③熱等靜壓法④熱軋法⑤熱擠壓法⑥熱拉拔法⑦爆炸焊接法10/30/202275.2.3金屬基復(fù)合材料10/22/202275.2.3.1制造方法（2）液態(tài)制造工藝①真空壓力浸漬法②液態(tài)金屬浸漬法③熱噴涂法④擠壓鑄造法⑤共噴沉淀法⑥液態(tài)金屬攪拌鑄造法10/30/202285.2.3.1制造方法10/22/20228（3）原位法①定向凝固法②反應(yīng)自生成法（4）其他制造工藝①原位自生成法②物理氣相沉積法③化學(xué)鍍④電鍍⑤復(fù)合鍍⑥自蔓延大功率電子束物理氣相沉積磁控濺射源的物理氣相沉積電弧離子鍍凝膠的自蔓延燃燒10/30/20229（3）原位法大功率電子束物理氣相沉積磁控濺射源的物理氣相沉5.2.3.2金屬基復(fù)合材料的性能(1)組成相的要求(2)熱處理性能；(3)力學(xué)性能;(4)熱學(xué)性能;(5)抗蠕變性能;(6)磨損性能；(7)電學(xué)性能10/30/2022105.2.3.2金屬基復(fù)合材料的性能10/22/20221

5.2.3.3金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用Bf/Al用作航天飛機(jī)部件;Cf/Al用作NASA空間望遠(yuǎn)鏡的天線支架;FP-Al2O3f/(Al,Mg)用作汽車部件和內(nèi)燃機(jī)連桿等等10/30/20221110/22/202211鋁合金在飛機(jī)上的應(yīng)用10/30/202212鋁合金在飛機(jī)上的應(yīng)用10/22/2022125.3陶瓷基復(fù)合材料5.3.1常用陶瓷基體材料（1）氧化物陶瓷①氧化鋁陶瓷②氧化鋯陶瓷（2）氮化物陶瓷①氮化硅陶瓷②氮化硼陶瓷③氮化鋁陶瓷10/30/2022135.3陶瓷基復(fù)合材料10/22/2022135.3.1常用陶瓷基體材料（3）碳化物及碳陶瓷①碳化硅陶瓷②碳化鋯陶瓷③碳化鉻陶瓷④碳化鎢陶瓷⑤碳化鈦陶瓷（4）玻璃、玻璃陶瓷和其他陶瓷①玻璃（高硅氧玻璃，硼硅玻璃，鋁硅玻璃）；②玻璃陶瓷（鋁鋰硅酸、鎂鋁硅酸玻璃陶瓷）；③其他陶瓷（硼化物陶瓷，硅化物陶瓷）10/30/2022145.3.1常用陶瓷基體材料10/22/2022145.3.2陶瓷基復(fù)合材料的制造

制備步驟:將增強(qiáng)體材料摻入到未凝結(jié)的基體中,使基體和增強(qiáng)體材料一道成為整體材料。(1)連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝

四大系列:

Al2O3纖維/ZrO2,SiC纖維/SiC,Si3N4纖維/Si3N4SiC纖維/Si3N4

10/30/2022155.3.2陶瓷基復(fù)合材料的制造10/22/2022155.3.2陶瓷基復(fù)合材料的制造制備方法:

①料漿浸漬-熱壓燒結(jié)法；②化學(xué)氣相滲透法③有機(jī)先驅(qū)體熱解法；④熔融滲透法⑤直接氧化沉淀法；⑥反應(yīng)燒結(jié)法(2)晶須和顆粒增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝①晶須復(fù)合材料制備工藝a.燒結(jié)法b.先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法c.電泳沉積法10/30/2022165.3.2陶瓷基復(fù)合材料的制造10/22/202216②原位生長(zhǎng)晶須③顆粒增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料(3)納米陶瓷復(fù)合材料的制造工藝及性能①熔融-熱壓法②凍膠鑄造法③先驅(qū)體裂解法④原位生成法

納米相提高了復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和使用溫度,改善了斷裂韌性和復(fù)合材料的抗蠕變性能。10/30/202217②原位生長(zhǎng)晶須10/22/20(4)碳/碳陶瓷復(fù)合材料的制造工藝及性能優(yōu)點(diǎn):高溫?zé)嵝阅苋秉c(diǎn):性能,加工,設(shè)計(jì)制造工藝:⑴碳纖維的胚體制備；⑵碳基體的制備；⑶基體與纖維的復(fù)合.10/30/20221810/22/202218碳/碳復(fù)合材料的性能①力學(xué)性能②熱物理性能③燒蝕性能④化學(xué)穩(wěn)定性能碳/碳復(fù)合材料的應(yīng)用①導(dǎo)彈和宇航工業(yè)②航空工業(yè)③汽車工業(yè)④其他方面的應(yīng)用5.3.3陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用可應(yīng)用于切削刀具,熱機(jī)部件,耐腐蝕部件,特殊電子/電氣部件,能量轉(zhuǎn)換元件.10/30/202219碳/碳復(fù)合材料的性能10/22/2022195.2.4碳/碳復(fù)合材料5.2.4.1制備方法

碳/碳復(fù)合材料是由碳纖維與熱固性樹(shù)脂復(fù)合材料熱分解而制成。

10/30/2022205.2.4碳/碳復(fù)合材料10/22/202220第一步：絕氧條件下，樹(shù)脂熱解轉(zhuǎn)化成碳降低材料的強(qiáng)度形成多孔的碳基體第二步：運(yùn)用碳填充空隙，使之加密提高強(qiáng)度化學(xué)氣相沉積法液相浸漬法碳化硅保護(hù)高溫下的氧化10/30/202221第一步：絕氧條件下，樹(shù)脂熱解轉(zhuǎn)化成碳降低材料的強(qiáng)度形成多孔的5.2.4.2性能輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高硬度和耐高溫；熔點(diǎn)高,高溫抗氧化性能好;化學(xué)穩(wěn)定好,耐輻射，具有較高的熱輻射率;具有碳纖維與碳材料的突出性能;低溫下，易于氧化。10/30/2022225.2.4.2性能10/22/2022225.2.4.3應(yīng)用

航空和航天材料;生物醫(yī)學(xué)材料;坦克裝甲用耐磨材料;化工領(lǐng)域的抗腐蝕材料等.10/30/2022235.2.4.3應(yīng)用10/22/202223新一代環(huán)保飛機(jī)碳碳復(fù)合材料制成的活塞碳纖維與樹(shù)脂制成的Promachien自行車10/30/202224新一代環(huán)保飛機(jī)碳碳復(fù)合材料制成的活塞碳纖維與樹(shù)脂制成的Pro5.2.5混雜復(fù)合材料定義:混雜復(fù)合材料是兩種或兩種以上纖維同時(shí)增強(qiáng)同一種基體的復(fù)合材料。特點(diǎn):多種纖維性能相互彌補(bǔ)，正混雜效應(yīng),具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

有利于發(fā)揮增強(qiáng)體材料的綜合效能。鈦／石墨纖維10/30/2022255.2.5混雜復(fù)合材料有利于發(fā)揮增強(qiáng)體材料的綜合效能。第五章、結(jié)構(gòu)復(fù)合材料第五章、結(jié)構(gòu)復(fù)合材料5.2.1概述金屬基復(fù)合材料(MMC)定義金屬基體的作用：

①固結(jié)增強(qiáng)體②傳遞和承受載荷③賦予形狀，可加工性④影響材料強(qiáng)度、剛度等性能性能優(yōu)勢(shì)：

①資源豐富②模量、耐熱性高③強(qiáng)度高、可強(qiáng)化④塑性、韌性好⑤光、電、磁、熱、彈等性能優(yōu)良復(fù)合材料基體共有的特性和功能10/30/2022275.2.1概述復(fù)合材料基體共有的特性和功能10/22/25.2.2金屬基體(1)常用金屬基體

包括：鋁、鎂、鈦、銅、金屬間化合物和高溫合金常用金屬基體有：鋁及其合金鎂及其合金鈦及其合金銅及其合金金屬間化合物和鎳及其合金不銹鋼現(xiàn)代武器裝備的基礎(chǔ)性材料，納入國(guó)家重大基礎(chǔ)材料研究范疇。10/30/2022285.2.2金屬基體現(xiàn)代武器裝備的基礎(chǔ)性材料，納入國(guó)家重大基5.2.2金屬基體(2)不同基體的金屬基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的使用溫度范圍★鋁、鎂及其合金使用溫度<450℃；★鈦合金450~650℃；★金屬間化合物和鎳其、鐵基耐熱合金650~1200℃。10/30/2022295.2.2金屬基體10/22/20224(3)功能復(fù)合材料的金屬基體電子工業(yè):

SiC/Al,SiC/Cu;Cf/Al;Cf/Cu等等耐磨零件：

碳化硅，氧化鋁顆粒，晶須等用作集電和電觸頭：SiC，金屬絲，石墨顆粒增強(qiáng)鋁，銅等耐腐蝕電池極板：

石墨碳纖維增強(qiáng)鉛合金等10/30/202230(3)功能復(fù)合材料的金屬基體10/22/202255.2.3金屬基復(fù)合材料重要體系A(chǔ)l2O3/(Al、Mg)主要特點(diǎn)●高的比強(qiáng)度、比模量；●好的韌性；

●比聚合物高的使用溫度。10/30/2022315.2.3金屬基復(fù)合材料10/22/202265.2.3金屬基復(fù)合材料5.2.3.1制造方法（1）固態(tài)制造工藝①粉末合金法②固態(tài)熱壓法③熱等靜壓法④熱軋法⑤熱擠壓法⑥熱拉拔法⑦爆炸焊接法10/30/2022325.2.3金屬基復(fù)合材料10/22/202275.2.3.1制造方法（2）液態(tài)制造工藝①真空壓力浸漬法②液態(tài)金屬浸漬法③熱噴涂法④擠壓鑄造法⑤共噴沉淀法⑥液態(tài)金屬攪拌鑄造法10/30/2022335.2.3.1制造方法10/22/20228（3）原位法①定向凝固法②反應(yīng)自生成法（4）其他制造工藝①原位自生成法②物理氣相沉積法③化學(xué)鍍④電鍍⑤復(fù)合鍍⑥自蔓延大功率電子束物理氣相沉積磁控濺射源的物理氣相沉積電弧離子鍍凝膠的自蔓延燃燒10/30/202234（3）原位法大功率電子束物理氣相沉積磁控濺射源的物理氣相沉5.2.3.2金屬基復(fù)合材料的性能(1)組成相的要求(2)熱處理性能；(3)力學(xué)性能;(4)熱學(xué)性能;(5)抗蠕變性能;(6)磨損性能；(7)電學(xué)性能10/30/2022355.2.3.2金屬基復(fù)合材料的性能10/22/20221

5.2.3.3金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用Bf/Al用作航天飛機(jī)部件;Cf/Al用作NASA空間望遠(yuǎn)鏡的天線支架;FP-Al2O3f/(Al,Mg)用作汽車部件和內(nèi)燃機(jī)連桿等等10/30/20223610/22/202211鋁合金在飛機(jī)上的應(yīng)用10/30/202237鋁合金在飛機(jī)上的應(yīng)用10/22/2022125.3陶瓷基復(fù)合材料5.3.1常用陶瓷基體材料（1）氧化物陶瓷①氧化鋁陶瓷②氧化鋯陶瓷（2）氮化物陶瓷①氮化硅陶瓷②氮化硼陶瓷③氮化鋁陶瓷10/30/2022385.3陶瓷基復(fù)合材料10/22/2022135.3.1常用陶瓷基體材料（3）碳化物及碳陶瓷①碳化硅陶瓷②碳化鋯陶瓷③碳化鉻陶瓷④碳化鎢陶瓷⑤碳化鈦陶瓷（4）玻璃、玻璃陶瓷和其他陶瓷①玻璃（高硅氧玻璃，硼硅玻璃，鋁硅玻璃）；②玻璃陶瓷（鋁鋰硅酸、鎂鋁硅酸玻璃陶瓷）；③其他陶瓷（硼化物陶瓷，硅化物陶瓷）10/30/2022395.3.1常用陶瓷基體材料10/22/2022145.3.2陶瓷基復(fù)合材料的制造

制備步驟:將增強(qiáng)體材料摻入到未凝結(jié)的基體中,使基體和增強(qiáng)體材料一道成為整體材料。(1)連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝

四大系列:

Al2O3纖維/ZrO2,SiC纖維/SiC,Si3N4纖維/Si3N4SiC纖維/Si3N4

10/30/2022405.3.2陶瓷基復(fù)合材料的制造10/22/2022155.3.2陶瓷基復(fù)合材料的制造制備方法:

①料漿浸漬-熱壓燒結(jié)法；②化學(xué)氣相滲透法③有機(jī)先驅(qū)體熱解法；④熔融滲透法⑤直接氧化沉淀法；⑥反應(yīng)燒結(jié)法(2)晶須和顆粒增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝①晶須復(fù)合材料制備工藝a.燒結(jié)法b.先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法c.電泳沉積法10/30/2022415.3.2陶瓷基復(fù)合材料的制造10/22/202216②原位生長(zhǎng)晶須③顆粒增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料(3)納米陶瓷復(fù)合材料的制造工藝及性能①熔融-熱壓法②凍膠鑄造法③先驅(qū)體裂解法④原位生成法

納米相提高了復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和使用溫度,改善了斷裂韌性和復(fù)合材料的抗蠕變性能。10/30/202242②原位生長(zhǎng)晶須10/22/20(4)碳/碳陶瓷復(fù)合材料的制造工藝及性能優(yōu)點(diǎn):高溫?zé)嵝阅苋秉c(diǎn):性能,加工,設(shè)計(jì)制造工藝:⑴碳纖維的胚體制備；⑵碳基體的制備；⑶基體與纖維的復(fù)合.10/30/20224310/22/202218碳/碳復(fù)合材料的性能①力學(xué)性能②熱物理性能③燒蝕性能④化學(xué)穩(wěn)定性能碳/碳復(fù)合材料的應(yīng)用①導(dǎo)彈和宇航工業(yè)②航空工業(yè)③汽車工業(yè)