金属材料和复合材料共95页
复合材料课件第五章 金属基复合材料
密度， g/cm3
2.6 2.85~3.0
2.6 2.4 3.3 2.9 2.8 2.8 3.9 3.7
而与树脂基复合材料相比，它又具有优良的 导电性与耐热性；
与陶瓷基材料相比，它又具有高韧性和高冲 击性能。 原因：金属基体属于典型韧性材料，受到冲击时 能通过塑性变形吸收能量，或使裂纹钝化、减小 应力集中而改善韧性。
12
关于连续纤维增强的复合材料的研究在70年代里 有点滑坡，主要归咎干该材料的昂贵价格和受生 产制造的限制。
涡轮发动机的各个部件对于高温高效性材料的不 断需求，触发了对金属基复合材科特别是钛基材 料的广泛兴趣的复苏。
近年，功能和纳米金属基复合材料成为研究热点。
13
由于金属基复合材料具有极高的比强度、比刚 度，以及高温强度，首先在航空航天上得到应 用，今后也将在航空航天领域占据重要位置。
美国国家航空和宇航局(NASA)成功地制备出W 丝增强的Cu基复合材料，成为金属基复合材料 研究和开发的标志性起点。
随后，对纤维金属基复合材料的研究在20世纪60 年代迅速发展起来。那时，主要的力量集中在以 钨和硼纤维增强的铝和铜为基的系统。在这种复 合材料里，基体的主要功能在于把载荷传递和分 配给纤维。增强体的体积分数一般都很高(约40 ％-80％)，得出的轴向性能都很好。
随后，在汽车、体育用品等领域也得到了应用， 特别是晶须增强复合材料和颗粒增强复合材料 在日本的民用领域得到较好的应用。
14
金属基复合材料的研究重点： 1）不同基体和不同增强相复合效果、复合材料的设计和
性能； 2）增强相/基体的界面优化、界面设计； 3）制备工艺的研究，以提高复合材料的性能和降低成本； 4）新型增强剂的研究开发； 5）复合材料的扩大应用。
金属复合材料
金属复合材料
金属复合材料具有许多优点，首先，它具有优异的强度和硬度，能够满足高强度、高硬度的使用要求。
其次，金属复合材料具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，能够在恶劣的环境下长期使用而不易受到破坏。
此外，金属复合材料还具有良好的导热性和导电性，适用于需要导热和导电的场合。
最后，金属复合材料的轻量化特性，可以降低整体结构的重量，提高使用效率。
在航空航天领域，金属复合材料被广泛应用于飞机结构件、发动机零部件等领域。
由于其优异的力学性能和耐热性能，金属复合材料能够满足飞机在高速飞行和高温环境下的使用要求，提高飞机的性能和安全性。
在汽车制造领域，金属复合材料被应用于汽车车身、发动机零部件等领域，能够提高汽车的安全性和节能性能。
在建筑工程领域，金属复合材料被应用于建筑结构件、桥梁等领域，能够提高建筑结构的抗风抗震性能，延长建筑的使用寿命。
总的来说，金属复合材料具有广阔的应用前景和市场需求，随着科技的不断发展和进步，金属复合材料的制备方法和性能将会不断提升，为各个领域的发展和进步提供更加优质的材料支撑。
相信在不久的将来，金属复合材料将会成为各个领域的主流材料，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
复合材料-金属基复合材料 ppt课件
(b)损伤后纤维形貌
碳纤维与铝基体发生严重反应后纤维的损伤
Cf/Al复合材料中Cf与Al基体发生界面反应，生成Al4C3。
Cf/Al的界面反应及反应产物Al4C3
❖ 准I类界面
出现准Ⅰ类界面有两种情况：
◆ 属Ⅰ类界面中的增强材料与基体， 从热力学分析会可能发生界面反应， 但当采用固态法制备时，形成Ⅰ类界 面；而当采用液态法制备时就可能形 成第Ⅲ类界面；
界面产生互溶后，受温度和时间的影响，界面会出现 不稳定。
例如：Wf/Ni中，采用扩散结合制备时，界面互溶并不严 重，但随着使用温度的提高和使用时间的增长，如在 1100℃下经过50h，Wf的直径仅为原来50％，这样就严重 影响了Wf/Ni复合材料的使用性能和可靠性。
界面反应
界面反应是影响具有第Ⅲ类界面的复合材料界面稳 定性的化学因素。增强材料与基体发生界面反应时，当 形成大量脆性化合物，削弱界面的作用，界面在应力作 用下发生，引起增强材料的断裂，从而影响复合材料性 能的稳定性。界面反应的发生与增强材料和基体的性质 有关，与反应的温度、时间有关。
1、金属基复合材料的使用要求
1、金属基复合材料的使用要求
航天飞机主货舱 支柱
50 vol.% 硼纤维/6061
哈勃太空望远镜 天线波导桅杆
P100碳纤维/6061铝合金
1、金属基复合材料的使用要求
航天、航空领域的发动机构件
要求复合材料不仅有高比强度和比模量，还要具有优良的 耐高温性能，能在高温、氧化性气氛中正常工作。
◆ 增强材料的表面未处理，存在有 吸附的氧，在制备时也会与基体产生 界面反应。
如SiCf/Al，Bf/Al属于此类。 为此把这类界面称之为准Ⅰ类界面。
②界面的稳定性
金属及陶瓷基复合材料PPT
热压工艺： 1）纤维与金属基体制成复合材料预制片； 2）将预制片按设计要求裁剪成所需的形状、叠层排 布(纤维方向)，视对纤维体积含量的要求，在叠层时 添加基体箔； 3）将叠层故人模具内，进行加热加压，最终制得复 合材料或零件。
影响复合材料的性能的因素： 1、预制件的质量； 2、模具的设计； 3、预制件预热温度； 4、熔体温度； 5、压力；
液态金属搅拌铸造法
这种方法的基本原理是将颗粒直接加入到基体 金属熔体中，通过一定方式的搅拌使颖粒均匀 地分散在金属熔体中并与之复合，然后浇铸成 锭坯、铸件等。
搅拌铸造法主要问题：
爆炸焊接的特点是作用时间短、材料的温度低， 不必担心发生界面反应。
用爆炸焊接可以制造形状复杂的零件和大尺寸 的板材，需要时一次作业可得多块复合板。 此法主要用来制造金属层合板和金属丝增强金 属基复合材料，例如钢丝增强铝、铜丝或钨丝 增强钛、钨丝增强镍等复合材料。
爆炸焊接
液态法
液态法是制备金属基复合材料的主要方法：
可惰性气氛中进行，也可在大气中进行 也有用纤维织物与基体箔直接进行热压制造复合材料 及零件的。
扩散粘结法
热压温度：
温度控制在基体合金的固相线和液相线之间。 热压压力： 选用压力可在较大范围内变化，但过高容易损伤纤维，一 般控制在10MPa以下。压力的选择与温度有关，温度高、 压力可适当降低。
热压时间： 时间在10-20minin即可。 热压气氛： 热压可以在大气中进行
固态法1粉未冶金法2热压固结法也称扩散粘结法3热等静压法4热轧法5热挤压和热拉法6爆炸焊接法颗粒晶须合金粉未混合热压成品零件复合材料坯挤压轧制等颗粒晶须合金粉未混合烧结成品零件颗粒晶须合金粉未混合封装除氧热压法热压法和热等静压法亦称扩散粘结法是加压焊接的一种因此有时也称扩散焊接法
复合材料 PPT
【解析】
答案：混凝土 钢铁 无机非金属材料 金属材料 高硬性低 韧性 高韧性 二者的膨胀系数相近
一、选择题（本题包括6小题，每小题4分，共24分） 1.下列关于复合材料的说法正确的是( ) A.将不同性质的材料经简单混合便成复合材料 B.合金就是复合材料 C.复合材料中的各部分作用相同 D.复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料经特殊加 工而制成的
6.据报道，我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维 增韧”航空材料，其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纤维 复合而成。下列相关叙述中不正确的是( ) A．耐高温抗氧化 B．比钢铁轻、硬，但质地较脆 C．没有固定的熔点 D．是一种新型无机非金属材料 【解析】选B。从其组成可知该材料耐高温，由于这种材料 能够增强韧性，所以不具有脆性。
【解析】选A。防弹头盔要求强度大能抗击子弹的冲击力，
传统防弹头盔沉重不便，而复合材料的头盔恰好克服了这
一缺点，使头盔轻化，且其比强度（强度/比重）和比刚度
可以超过金属材料。
3.在下列复合材料的类别中，与其他三种不同的是( )
A.金属基复合材料
B.树脂基复合材料
C.颗粒增强复合材料
D.绝缘基复合材料
①耐高温 ②不耐热 ③导电、导热 ④不导电、不导热
⑤可用于飞机机翼 ⑥可用于导弹的壳体
A．①③⑤⑥
B．②③⑤⑥
C．②④⑤
D．③④⑥
【规范解答】选A。碳纤维为增强体、金属钛为基体的复合 材料应具有增强体的优点和基体的优点。碳纤维熔点高、 硬度大，金属钛熔点高、导电、导热，二者的密度都较小。 因此该碳纤维增强体金属基复合材料具有：①耐高温；② 导电、导热；③密度小的特点，可用于制造飞机和导弹。
3.均以二氧化硅做增强体，分别以陶瓷和合成树脂为基体 制成的复合材料在性能上有什么异同？ 提示：二者均以二氧化硅做增强体，应该都有强度高、耐 腐蚀、密度小的特性；陶瓷做基体制成的复合材料可以耐 高温，而合成树脂制成的复合材料一般不耐高温。
金属基复合材料ppt课件
（3）、热膨胀系数小、尺寸稳定性好
金属基复合材料中的碳纤维、碳化硅纤维、晶须、颗 粒、硼纤维等均具有很小的热膨胀系数，又具有很高的 模量，特别是高模量、超高模量的石墨纤维具有负的热 膨胀系数。加入相当含量的增强物不仅大幅度提高材料 的强度和模量，也使其热膨胀系数明显下降，并可通过 调整增强物的含量获得不同的热膨胀系数，以满足各种 应用的要求。
铝基复合材料是在金属基复合材料中应用得最广
的一种。由于铝的基体为面心立方结构，因此具有良好的塑 性和韧性，再加之它所具有的易加工性、工程可靠性及价格 低廉等优点，为其在工程上应用创造了有利的条件。
在制造铝基复合材料时，通常并不是使用纯铝而是用各 种铝合金。
铝基复合材料
• 大型运载工具的首选材料。如波音747、757、767 • 常用：B/Al、C/Al、SiC/Al • SiC纤维密度较B高30％，强度较低，但相容性好。 • C纤维纱细，难渗透浸润，抗折性差，反应活性较高。 • 基体材料可选变形铝、铸造铝、焊接铝及烧结铝。它们
（2）、导热导电性能
虽然有的增强体为绝缘体，但在复合材料中占 很小份额，基体导电及导热性并未被完全阻断， 金属基复合材料仍具有良好的导电与导热性。
为了解决高集成度电子器件的散热问题，现已 研究成功的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、金 刚石颗粒增强铝基、铜基复合材料的热导率比纯 铝、铜还高，用它们制成的集成电路底板和封装 件可有效迅速地把热量散去，提高了集成电路的 可靠性。
氧化铝和硅酸铝短纤维增强铝基复合材料的室温 拉伸强度并不比基体合金高，但它们的高温强度明显 优于基体，弹性模量在室温和高温都有较大的提高， 热膨胀系数减小，耐磨性能得到改善。
• 纤维增强复合材料的强度和刚性与纤维方向密纤维使材料具有明显的各向异性。纤维采 用正交编织，相互垂直的方向均具有好的性能。纤维 采用三维编织，可获得各方向力学性能均优的材料。
铝 铜 金属材料 复合材料ppt课件
(1)与非金属单质反应 ①与O2反应: A.常温下,与空气中的O2反应生成一层致密 的氧化膜，从而失去光泽，阻止内部金属的 进一步氧化，故铝也有抗腐蚀的性能。
B.把铝箔或铝粉放在纯氧中加热，铝即剧烈 的燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光。 加热 4Al+3O2 == 2Al2O3 C.空气中高温，铝也能与O2剧烈的化合。 ②与硫反应: 加热 2Al+3S ====Al2S3
钾溶液反应的离子方程式是___________。(3)
工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸杂质，
可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳
练习1 将两份铝粉分别与稀盐酸和烧碱溶液反应， 若在相同状况下生成的氢气的体积相等，则两 1:1 份铝的质量比为 。
练习2
将5.4g Al 投入到200.0mL 2.0mol· L-1的某溶液 中有氢气产生，充分反应后有金属剩余。该 溶液可能为 ( D ) A.HNO3溶液 B.Ba(OH)2溶液 C.H2SO4溶液 D.HCl溶液
铝合金具有密度小、强度高、塑性好、易于 成型、制造工艺简单、成本低廉等特点，并且 因表面易形成致密的氧化物保护膜而具有一定 的抗腐蚀能力，可用于制造能承受大载荷及强 烈磨损的构件。
铝合金主要用于建筑业、容器和包装业、交 通运输以及电子行业。例如，用铝合金材料制 成的汽车车轮的骨架，质轻、强度大且热变形 性小；用铝合金做散热材料制成的硬盘抽取盒， 既坚固耐用，散热效果又好。另外，铝合金还 广泛用于制飞机构件。
铝 铜 金属材料 复合材料
一.铝和铝合金 1.铝: 铝(aluminum)是一种银白色、有金属光泽 的金属，密度为2.7g.cm-3，仅为钢的1/3左右； 熔点660.4℃，沸点2467℃，具有良好的导热、 导电、延展性，导电性仅次于银、金和铜。 故电力工业上用作导线和电缆，生活中制铝 锅，抽成细丝或压成薄片包装胶卷、糖果、 香烟等；因其粉末也是白色而用来制银粉漆； 也可制硬度大密度小的合金----硬铝(含Cu、 Mg、Mn、Si等)
第3节金属材料和复合材料
第3节金属材料和复合材料【自主学习】一、金属与金属材料1．金属的分类（1）冶金工业黑色金属：Fe、Cr、Mn（黑色金属的颜色不一定是黑色，如纯净的铁、铬的颜色是银白色）有色金属：除Fe、Cr、Mn以外的所有金属。
（2）按密度轻金属：密度＜4.5g/cm3（如钠、镁、铝）重金属：密度＞4.5g/cm3（如铁、铜、W）（3）按自然界中的含量常见金属：如铁（4.75%）铝（7.7%）钙（3.45%）等稀有金属：如锆、铌、钼等2．金属的通性：有金属光泽、有延展性，是电和热的良导体，具有还原性。
金属之最：在生活生产中使用最广泛的金属是铁；地壳中含量最多的金属元素是铝（Al）；最稳定的金属单质，延展性最好的都是金（Au）；导电性能最好的是银（Ag）；自然界中最活泼的金属是铯（Cs）；最硬的金属单质是铬（Cr）；熔点最高的金属单质是钨（3413℃）（W）；熔点最低的金属单质是汞（－39℃）（Hg）；密度最大的是锇（22.57g/cm3）。
3．钢铁（1）生铁：含碳量2％－4.3%，硬度大，但较脆且不易机械加工。
（2）普通钢：含碳量0.03%－2%，增加了铁锰等元素，改善了性能，但易锈蚀。
（3）不锈钢：在普通钢基础上，加入铬镍等元素，含铬在一般在12％以上，在空气中能保持金属光泽，且有不生锈的特性。
4．金、银、铜等金属材料（1）物理性质①特性：金是黄色金属；银是白色金属；铜是紫红色金属。
②共性：硬度较小，熔点较高，密度较大，具有金属光泽、良好的延展性、导电性和导热性。
（2）化学性质：金、银、铜都属于不活泼金属，相对而言，其活泼性依次增强。
①金：金是最稳定的金属之一，在高温下也不能与氧气反应，不能被硝酸等强氧化性酸氧化。
但金能溶解在王水中。
②银：银虽然不能与盐酸、稀硫酸反应，但能溶解在硝酸等强氧化性酸中：Ag＋2HNO3(浓)＝AgNO3＋NO2↑＋H2O；3Ag＋4HNO3(稀)＝3AgNO3＋NO↑＋2H2O③铜：a 与非金属单质反应： 2Cu＋O2△ 2CuO；2 Cu＋S△ Cu2S；Cu＋Cl2点燃CuCl2b 与酸反应：与银相似，铜不能与盐酸、稀硫酸反应，但能溶解在硝酸等强氧化性酸中：Cu＋2H2SO4(浓) △ CuSO4＋SO2↑＋2H2OCu＋4HNO3 (浓)＝Cu(NO3)2＋ 2NO2↑＋2H2O3Cu＋8HNO3 (稀) ＝3Cu(NO3)2＋2 NO ↑＋4H2Oc 与盐溶液反应： Cu＋2FeCl3＝CuCl2＋2FeCl2d 铜的锈蚀：铜在干燥空气中性质稳定，在潮湿空气中会被腐蚀，在表面逐渐形成一层绿色的铜锈：2Cu＋O2＋H2O＋CO2＝C u2(O H)2C O3（又叫铜绿）（3）用途：①金及其合金除了用于首饰以外，在电子工业的用量占工业用量的90％以上。