金属基复合材料的现状与 展望 学院：萍乡学院 专业：无机非金属材料 学号：13461001 姓名：蒋家桐
摘要综述了金属基复合材料的进展情况,重点阐述了颗粒增强金属基复合材料和金属基复合 涂层的进展,包括其性能、现有品种、制备工艺、应用情况. 同时报道了目前本领域研究存在的问 题,如:力学问题、界面问题、热疲劳问题,并在此基础上展望发展前景. 关键词颗粒增强金属基复合材料,复合涂层材料,界面,热疲劳,功能梯度材料 随着近代高新技术的发展,对材料不断提出多方面的性能要求,推动着材料向高比强度、高比刚度、高比韧性、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等多方面发展[1 ] . 复合材料的出现在很大程度上解决了材料当前面临的问题,推进了材料的进展.金属基复合材料(MMC) 是以金属、合金或金属间化合物为基体,含有增强成分的复合材料. 这种材料的主要目标是解决航空、航天等高技术领域提高用材强度、弹性模量和减轻重量的需要,它在60 年代末才有了较快的发展,是复合材料一个新的分支. 目前尚远不如高聚物复合材料那样成熟,但由于金属基复合材料比高聚物基复合材料耐温性有所提高,同时具有弹性模量高、韧性与耐冲击性好、对温度改变的敏感性很小、较高的导电性和导热性,以及无高分子复合材料常见的老化现象等特点,成为用于宇航、航空等尖端科技的理想结构材料. 1 进展情况 目前,金属基复合材料基本上可分为纤维增强和颗粒增强两大类,所用的基体包括Al , Mg ,Ti 等轻金属及其合金以及金属间化合物等,也有少量以钢、铜、镍、钴、铅等为基体. 增强 纤维主要有碳及石墨纤维、碳化硅纤维、硼纤维、氧化铝纤维等,增强颗粒有碳化硅、氧化铝、硼 化物和碳化物等. 用以上的各种基体和增强体虽可组成大量金属基复合材料的品种,但实际上 只有极少几种有应用前景,多数仍处在研究开发阶段,甚至也有不少品种目前尚看不到其应用 前景[2 ] . 1. 1 纤维增强金属基复合材料 纤维增强金属基复合材料,由于具有高温性能好、比强度、比模量高、导电、导热性好等优 点,而成为复合材料的主要类型. 1. 2 颗粒增强金属基复合材料 由于纤维增强金属基复合材料存在上述缺点,从而未能得以大规模工业应用,只有美国、 日本等少数发达国家用于军事工业. 为此,近年来国际上又将注意力逐渐转移到颗粒增强金属 基复合材料的研究上. 这一类金属基复合材料与纤维增强金属基复合材料相比制备工艺简单, 成本低,可采用常规金属加工设备来制造,这样有利于其开发和应用. 可见,颗粒增强金属基复 合材料是非常有发展前途的. 金属基颗粒复合材料通常是作为耐磨、耐热、耐蚀、高强度材料开发的,目前用于颗粒增强
高性能复合材料拉挤成型工艺技术聚氨酯拉挤技术需改进之处： 1 玻纤的处理 2 注射箱的设计 3 模具方面的特征 4工艺参数 5 机器设计 聚氨酯拉挤设备简介及运用
玻纤处理在玻纤中的水分可导致表面起泡 筒子架成形区域 灌注/钢型 辐射加热
玻纤中水分导致表面水泡的应对措施 检查下多余的水汽和溶剂是否是在混合过程中或由于不正确的加热而导致。水和溶剂在放热过程中会沸腾蒸发，造成表面的气泡或气孔。 降低线速，和/或升高模温，通过增加表面树脂硬度来更好地克服这个问题。 使用表面罩或表面毡。这将加固表层树脂，有助消除气泡或气孔。水式水蒸气会和材料起反应，改善生产环境，纱房抽湿处理。
低压注射优点: ?用尼龙或高密度聚乙烯制成?加工设计相对简单 -成本低 ?可以适用现有的模具 -适合研发用 ?质轻，方便处理
Vestibulum ante ipsum primis in faucibus orci luctus et ultrices posuere cubilia Curae; Donec velit neque, auctor sit amet aliquam vel, ullamcorper sit amet ligula. Nulla quis. 高压注射 入口 出口 优点: ?可实现增强纤维的完全浸渍?复杂的截面 ?连续毡、针织毡、复合毡等?没有多余的树脂?更长的操作窗口期 缺点: ?费用?时间?重量 ?不适合研发 设计要求 ?不锈钢 ?根据模具定型
模具特征比普通模具更严格 PU模腔尺寸的允许偏差不能超过0.001英寸。 需要镀铬后重新打磨。 在有负锥度或类似阻塞的情况下聚氨酯不能平稳穿过模具。 正锥度可能导致堵模。 加热管内部热电偶紧密公差集成散热
金属基复合材料的种类与性能 摘要：金属基复合材料科学是一门相对较新的材料科学，仅有40余年的发展历史。金属基复合材料的发展与现代科学技术和高技术产业的发展密切相关，特备是航天、航空、电子、汽车以及先进武器系统的迅速发展对材料提出了日益增高的性能要求，除了要求材料具有一些特殊的性能外，还要具有优良的综合性能，有力地促进了先进复合材料的迅速发展。单一的金属、陶瓷、高分子等工程材料均难以满足这些迅速增长的性能要求。金属基复合材料正是为了满足上述要求而诞生的。 关键词：金属；金属基复合材料；种类；性能特征；用途 1. 金属基复合材料的分类 1.1按增强体类型分 1.1.1颗粒增强复合材料 颗粒增强复合材料是指弥散的增强相以颗粒的形式存在，其颗粒直径和颗粒间距较大，一般大于1μm。 1.1.2层状复合材料 这种复合材料是指在韧性和成型性较好的金属基材料中含有重复排列的高强度、高模量片层状增强物的复合材料。片曾的间距是微观的，所以在正常比例下，材料按其结构组元看，可以认为是各向异性的和均匀的。 层状复合材料的强度和大尺寸增强物的性能比较接近，而与晶须或纤维类小尺寸增强物的性能差别较大。因为增强物薄片在二维方向上的尺寸相当于结构件的大小，因此增强物中的缺陷可以成为长度和构件相同的裂纹的核心。 由于薄片增强的强度不如纤维增强相高，因此层状结构复合材料的强度受到了限制。然而，在增强平面的各个方向上，薄片增强物对强度和模量都有增强，这与纤维单向增强的复合材料相比具有明显的优越性。 1.1.3纤维增强复合材料 金属基复合材料中的一维增强体根据其长度的不同可分为长纤维、短纤维和晶须。长纤维又叫连续纤维，它对金属基体的增强方式可以以单项纤维、二维织物和三维织物存在，前者增强的复合材料表现出明显的各向异性特征，第二种材料在织物平面方向的力学性能与垂直该平面的方向不同，而后者的性能基本是个向同性的。连续纤维增强金属基复合材料是指以高性能的纤维为增强体，金属或他们的合金为基体制成的复合材料。纤维是承受载荷的，纤维的加入不但大大改变了材料的力学性能，而且也提高了耐温性能。 短纤维和晶须是比较随机均匀地分散在金属基体中，因而其性能在宏观上是各向同性的；在特殊条件下，短纤维也可以定向排列，如对材料进行二次加工（挤压）就可达到。 当韧性金属基体用高强度脆性纤维增强时，基体的屈服和塑性流动是复合材料性能的主要特征，但纤维对复合材料弹性模量的增强具有相当大的作用。 1.2按基体类型分 主要有铝基、镁基、锌基、铜基、钛基、镍基、耐热金属基、金属间化合物基等复合材料。目前以铝基、镁基、钛基、镍基复合材料发展较为成熟，已在航天、航空、电子、汽车等工业中应用。在这里主要介绍这几种材料 1.2.1铝基复合材料 这是在金属基复合材料中应用最广的一种。由于铝合金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条件。再制造铝基复合材料时通常并不是使用纯铝而是铝合金。这主要是由于铝合金具有更好的综合性能。
航空航天复合材料技术发展现状 2008-11-25 中国复合材料在线［收藏该文章］ 材料的水平决定着一个领域乃至一个国家的科技发展的整体水平；航空、航天、空天三大领域都 对材料提出了极高的要求；材料科技制约着宇航事业的发展。 固体火箭发动机以其结构简单，机动、可靠、易于维护等一系列优点，广泛应用于武器系统及航 天领域。而先进复合材料的应用情况是衡量固体火箭发动机总体水平的重要指标之 一。在固体发动机研制及生产中尽量使用高性能复合材料已成为世界各国的重要发展目标， 目前已拓展到液体动力领域。科技发达国家在新材料研制中坚持需求牵引和技术创新相结合，做到了需求牵引带动材料技术发展，同时材料技术创新又推动了发动机水平提高的良性发展。 目前，航天动力领域先进复合材料技术总的发展方向是高性能、多功能、高可靠及低成本。 作为我国固体动力技术领域专业材料研究所，四十三所在固体火箭发动机各类结构、功能复合材料研究及成型技术方面具有雄厚的技术实力和研究水平，突破了我国固体火箭发动 机用复合材料壳体和喷管等部件研制生产中大量的应用基础技术和工艺技术难关，为我国的 固体火箭发动机事业作出了重要的贡献，同时牵引我国相关复合材料与工程专业总体水平的 提高。建所以来，先后承担并完成了通讯卫星东方红二号远地点发动机，气象卫星风云二号 远地点发动机，多种战略、战术导弹复合材料部件的研制及生产任务。目前，四十三所正在 研制多种航天动力先进复合材料部件，研制和生产了载人航天工程的逃逸系统发动机部件。 二、国内外技术发展现状分析 1、国外技术发展现状分析 1.1结构复合材料 国外发动机壳体材料采用先进的复合材料，主要方向是采用炭纤维缠绕壳体，使发动机质量比有较大提高。如美国“侏儒”小型地地洲际弹道导弹三级发动机（SICBM-1 、-2、- 3 ）燃烧室壳体由IM-7炭纤维/HBRF-55A 环氧树脂缠绕制作，IM-7炭纤维拉伸强度为 5 300MPa , HBRF-55A 环氧树脂拉伸强度为84.6MPa，壳体容器特性系数（PV/Wc ）＞3 9KM ;美国的潜射导弹“三叉戟II （D5 ）”第一级采用炭纤维壳体，质量比达0.944，壳 体特性系数43KM，其性能较凯芙拉/环氧提高30% 国外炭纤维的开发自八十年代以来，品种、性能有了较大幅度改观，主要体现在以下两个方 面：①性能不断提高，七、八十年代主要以3000MPa的炭纤维为主，九十年代初普遍使用 的IM7、IM8纤维强度达到5300MPa,九十年代末T1000纤维强度达到7000MPa,并已开始工程应用；②品种不断增多，以东丽公司为例，1983年产的炭纤维品种只有4种，至U 1995 年炭纤维品种达21种之多。不同种类、不同性能的炭纤维满足了不同的需要，为炭纤维复合材料的广泛应用提供了坚实的基础。 芳纶纤维是芳族有机纤维的总称，典型的有美国的Kevlar、俄罗斯的APMOC,均已在多 个型号上得到应用，如前苏联的SS24、SS25洲际导弹。俄罗斯的APMOC纤维生产及其应 用技术相当成熟，APMOC纤维强度比Kevlar高38%、模量高20%，纤维强度转化率已达到75%以上。PBO纤维是美国空军1970年开始作为飞机结构材料而着手研究的产品，具有刚
毕业设计开题报告 高分子材料与工程 聚氨酯和海藻酸复合材料的制备及性能研究 一、选题的背景、意义 医用敷料作为伤口处的覆盖物，在伤口愈合过程中，可以替代受损的皮肤起到暂时性屏障作用，避免或控制伤口感染，提供有利于创面愈合的环境。[1]目前在创伤敷料方面应用的生物质纤维主要为骨胶原纤维、海藻纤维和甲壳素纤维。1980年以来，英国的医用敷料行业首先在世界上推广海藻酸医用敷料；日本尤尼吉卡公司于1998年4月推出甲壳素创伤敷料；东华大学研制的甲壳素类创伤敷料也于1998获得上海市高新技术成果转化项目证书，并获得了上海医药管理局市场准入注册。细菌纤维素敷料的性能比其它创伤敷料更好，巴西自1987年以来应用细菌纤维素膜治疗烧伤、烫伤、皮肤移植、创伤等治疗取得成功；美国Xylos公司的Xcell细菌纤维素创伤敷料于2003年在美国上市；Phisalaphong等证实了壳聚糖/细菌纤维素复合材料在处理烧伤、褥疮、难以愈合的伤口以及需要频繁更换敷料的伤口等中具有很好的应用价值。[2]医用敷料分类按采用的材料，医用敷料目前大致可分为：天然材料类，合成高分子材料类，无机材料类和复合材料类。天然材料又包括棉纤维、甲壳素/壳聚糖、海藻酸盐、明胶、胶原、动物皮、同种自体/异体皮。可以作为敷料的合成分子材料有很多种，如聚氨酯、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯、聚丙烯腈、聚己内酯、聚乳酸、聚四氟乙烯、增塑聚氯乙烯、硅橡胶、多氨基甲酸乙酯和硅氧烷弹性体等。无机材料包括石墨、无机活性玻璃等。[3] 伤口愈合过程是一个复杂的过程，不同的伤口和同一个伤口不同的阶段对敷料有不同的要求。目前任何一种单一材料都不能满足伤口愈合过程的复杂需要，天然材料制成的敷料大部分吸收性好，具有良好的生物相容性及生物学活性，但是机械性能差。合成高分子材料隔绝性能好，机械强度好，但是吸收性能相对天然材料差些。可以通过对材料的复合，兼具多种材料的优势，实现伤口愈合的要求。如用水凝胶和合成薄膜或泡沫结合使用，还可以通过物理或化学方法在敷料中引入药物，得到药物性敷料，它们可以在保护创面同时又可起到治疗伤口的作用。 二、相关研究的最新成果及动态 黄忠兵，李伯刚等[4]对敷料用透湿性聚氨酯膜的性能及其影响因素做了研究，以丙酮和N-N-二甲基-甲酰胺(DM F) 作溶剂, 将预聚体配成浓度为50% 的溶液，再加入微量水混合, 倒在玻
项目名称：先进金属基复合材料制备科学基础首席科学家：张荻上海交通大学 起止年限：2012.1-2016.8 依托部门：上海市科委
一、关键科学问题及研究内容 针对国家空天技术、电子通讯和交通运输领域等对先进金属基复合材料的共性重大需求和先进金属基复合材料的国内外发展趋势，本项目以克服制约国内先进金属复合材料制备科学的瓶颈问题为出发点，针对下列三个关键科学问题开展先进金属基复合材料制备科学基础研究： (1). 先进金属基复合材料复合界面形成及作用机制 界面是是增强相和基体相连接的“纽带”，也是力学及其他功能，如导热、导电、阻尼等特性传递的桥梁，其构造及其形成规律将直接影响复合材料的最终的组织结构和综合性能。因此，界面结构、界面结合及界面微区的调控是调控金属复合材料性能的最为关键的一环。揭示基体成分、添加元素、增强体特性复合工艺对复合过程中的界面的形成、加工变形、服役过程中的界面结构、特征的演变规律和效应，以及在多场下的组织演变规律和对复合材料的性能变化极为关键。复合效应的物理基础正是源于金属基体与增强体的性质差异，而在金属基复合材料复合制备过程中，二者的差异无疑会直接或间接地影响最终的复合组织和界面结构。因此，要想建立行之有效的金属基复合材料组分设计准则和有效调控先进金属基复合材料的结构与性能，就必须从理论上认识先进金属基复合材料的复合界面形成及作用机制。 (2). 先进金属基复合材料复合制备、加工成型中组织形成机制及演化规律 金属基复合材料的性能取决于其材料组分和复合结构，二者的形成不仅依赖于复合制备过程，还依赖于包括塑性变形、连接、热处理等后续加工和处理过程。只有在掌握金属基复合材料的组织结构演变规律的基础上，才有可能通过优化工艺参数精确调控微观组织，进而调控复合材料的性能。 (3). 使役条件下复合材料界面、组织与性能耦合响应机制 先进金属基复合材料中，由于增强体与金属基体的物理和力学性能之间存在巨大差异，造成在界面点阵分布不均匀，同时近界面基体中由于热错配，残余应力等导致晶体学缺陷含量较高。因此，在使役过程中，先进金属基复合材料的力学性能不仅取决于其材料组分，更加取决于增强体在基体中的空间分布模式、界面结合状态和组织与性能之间的耦合响应机制。只有揭示使役条件下复合材料界面、组织与性能耦合响应机制，才能真正体现先进金属基复合材料中增强体与基体的优势互补，充分利用其巨大潜力，也才可能优化复合和界面结构设计。
金属基复合材料综述 专业： 学号： 姓名： 时间：
金属基复合材料综述 摘要：新材料的研究、发展与应用一直是当代高新技术的重要内容之一。其中复合材料，特别是金属基复合材料在新材料技术领域中占有重要的地位。金属基复合材料对促进世界各国军用和民用领域的高科技现代化，起到了至关重要的作用，因此倍受人们重视。本文概述了金属基复合材料的发展历史及研究现状，对金属基复合材料的分类、性能、应用、制备方法、等进行了综述，提出了金属基复合材料研究中存在的问题，探讨了金属基复合材料的发展趋势。 关键词：金属基复合材料；分类；性能；应用；制备；发展趋势 Abstract: The research development and application of new composites are one of the important matters in modern high science and technology. This paper summarizes the met al matrix composites and the development history of the present situation and the classific ation of the metal matrix composites, performance, application and preparation methods, w as reviewed, and put forward the metal matrix composites the problems existing in the res earch, discusses the metal matrix composites trend of development. Keywords: Metal matrix composites; Classification; Performance; Application; Preparation; Development trend. 1.引言 复合材料是继天然材料，加工材料和合成材料之后发展起来的新一代材料。按通常的说法，复合材料是指两种或两种以上不同性质的单一材料，通过不同的复合方法所得到的宏观多相材料。随着现代科学技术的迅猛发展，对材料性能的要求日益提高。常希望复合材料即具有良好的综合性能，又具有某些特殊性能。金属基复合材料是近年来迅速发展起来的高性能材料之一，对促进世界各国军用和民用领域的高科技现代化，起到了至关重要的作用。相信随着科学技术的不断发展，新的制造方法的出现，高性能增强物价格的不断降低，金属基复合材料在各方面将有越来越广阔的应用前景。
14.3.2金属-非金属复合材料 14.3.2.1金属基复合材料的性能特征 金属基复合材料与一般金属相比，具有耐高温、高比强度、高的比弹性模量、小的热膨胀系数和良好的抗磨损性能。与聚合物基复合材料相比，不仅剪切强度高、对缺口不敏感，而且物理和化学性能更稳定，如不吸湿、不放气、不老化、抗原子氧侵蚀、抗核、抗电磁脉冲、抗阻尼，膨胀系数低、导电和导热性好。由于上述特点，使金属基复合材料更适合空间环境使用，是理想的航天器材料，在航空器上也有潜在的应用前景。 14.3.2.2金属基复合材料的研究与应用 表14.101 和表14.102简要概述了各类金属基复合材料在航空航天领域的应用概况。金属基复合材料(MMC)的研究始于20世纪60年代，美国和俄罗斯在航空航天用金属基复合材料的研究应用方面处于领先的地位。20世纪70年代，美国把B/Al复合材料应用到航天飞机轨道上，该轨道器的主骨架是采用89种243根重150g的B/Al管材制成，比原设计的铝合金主骨架减重145g。美国还用B/Al复合材料制造了J-79和F-100发动机的风扇和压气机叶片，制造了F-106、F-111飞机和卫星构件，并通过了实验，其减重效果达20%～66%。苏联的B/AL复合材料与80年代达到实用阶段，研制了多种带有接头的管材和其他型材，并成功地制造出能安装三颗卫星的支架。由于B纤维的成本高，因此自70年代中期美国和苏联又先后开展C/AL复合材料的研究，在解决了碳纤维与铝之间不湿润的问题以后，C/AL复合材料得到应用。美国用C/AL制造的卫星用波导管具有良好的刚性和极低的热膨胀系数，比C/环氧复合材料轻30%.。随着SiC纤维和Al2O3纤维的出现，连续纤维增强的金属基复合材料得到进一步发展，其中研究和应用较多的是SiC/AL 复合材料。连续纤维增强金属基复合材料的制造工艺复杂、成本高，因此美国又率先研究发展晶须增强的金属基复合材料，主要用于对刚度和精度要求较高的航天构件上。美国海军武器中心研制的SiC p/Al复合材料导弹翼面已经进行了发射试验，卫星的抛物面天线、太空望远镜的光学系统支架也采用了SiC p/Al复合材料，其刚度比铝大70%，显著提高了构件的精度。 MMC对航天器的轻质化、小型化和高性能化正在发挥越来越重要的作用。 MMC在航空器上的应用也有很大潜力，英国研制了SCS-6/Ti的发动机叶片，大幅度提高了其承载能力和刚度，优化了气动载荷下的翼型。用SCS-6/Ti代替耐热钢制造的RB211发动机的压气机静子，可使该构件减重40%；采用SCS-6/Ti代替镍基高温合金制作压气机叶环结构转子，可是该部件减重80%；SiC f/Ti 也可望代替不锈钢在F-22试验型飞机制作活塞杆。 表14.101 B/Al复合材料的应用 表14.102 其他MMC的应用背景
高性能聚氨酯/玻纤复合材料 （GRPU） 刘锦春 青岛科技大学高分子科学与工程学院 Liujinchun2001@https://www.doczj.com/doc/6017630089.html,
1、聚氨酯/玻纤复合材料简介 近年来，聚氨酯树脂以其韧性好、固化快、无苯乙烯烟雾等优点使其复合材料脱颖而出。随着人们对聚氨酯成型技术的掌握和在控制其反应性以延长其适用期方面的进步，聚氨酯已进入长期由不饱和聚酯和乙烯基酯树脂主宰的复合材料领域。在过去，聚氨酯复合材料主要是用结构反应注射法（SRIM）成型的汽车内饰件和外部件，如皮卡车箱、车底板、行李架、内门板等（聚氨酯经过发泡）。然而在近几年中，聚氨酯复合材料发展了拉挤、缠绕、真空灌注和长纤维喷射等技术，主要用不发泡的聚氨酯复合材料来制造窗框、浴缸、电灯杆和卡车、越野车的大型部件等。聚氨酯拉挤聚氨酯拉挤一般具有低粘度、中度至高度反应性、良好的冲击强度和韧性以及短梁剪切性能。与其他材料相比，用聚氨酯拉挤可产生多种效益。它可以提高制品中玻璃纤维含量而使制品强度大大提高。例如，用玻璃纤维与聚氨酯树脂拉挤窗框，所得窗框的强度比PVC窗框高8倍，其导电性比铝低40倍，因而绝缘性能好得多。同时，因为聚氨酯拉挤窗框的脆性更小，它们不会开裂而经久耐用。 高性能聚氨酯/玻璃纤维复合材料是一种以高硬度聚氨酯弹性体为基体材料,玻璃行为为增强材料,采用连续拉挤工艺生产的一种具有高强度、高模量、轻质高分子复合材料。 聚氨酯拉挤技术的产品不仅比传统材料具有更高的强度、更好的隔热保温效果，而且更轻质环保。其应用领域十分宽广，从最初的华丽浴缸，到冲浪和滑雪板，再到今天的窗框、集装箱地板等创新应用，聚氨酯复合材料已融入了我们日常生活的方方面面。 据报道，在过去的几年中，中国对于复合材料的需求已呈现逐步增长的态势。复合材料是一种高科技材料，是将几种材料的特性整合成为一种具有卓越新性能的全方位解决方案。正是因为材料的独特性能，比如轻质、高强度和刚性、以及能够帮助实现更高的成本效率和生态责任，所以聚氨酯复合材料已备受各行业的关注。尤其是在建筑和运输行业，创新的技术与应用，更是备受瞩目。 2、聚氨酯/玻纤复合材料性能特点 经过数年开发，国外聚氨酯拉挤成型已实现商业化。在聚氨酯拉挤过程中，可以使用更多的增强纤维，使制品强度大大增高。同时，由于聚氨酯本身优异的
金属基复合材料性能的影响因素 摘要：金属基复合材料具有高比强度、高比模量、低热膨胀系数等优点，近年来发展非常迅速。但其性能一致性差的问题制约了其应用，因此复合材料的性能设计受到了普遍的关注。本文综述了基体、增强体、基体与增强体相容性、工艺、界面等因素对金属基复合材料性能的影响。 关键词：金属基复合材料性能影响因素设计 1 引言 金属基复合材料被誉为21世纪的材料, 它兼有金属的塑性和韧性，以及其它材料如陶瓷的高强度和高刚度，而且比重小，因此具有较高的比强度、比刚度和更好的热稳定性、耐磨性以及尺寸稳定性等优点，从而在机械、汽车、航空航天、兵器、电子等许多领域得到了应用[1~3]。 尽管金属基复合材料在过去的30年里在世界范围内得到了广泛的研究和发展，但是还没有在工业上得到广泛的应用，其原因主要在于它的成本高、性能低于期望值、相对较低的稳定性和大的性能波动、不可回收利用、环境污染等几个障碍[4~5]。目前在国内发展复合材料，关键是要实现低成本、高性能、一致性好、稳定的制备技术和根据力学原理以及使用者的期望设计出令用户满意的性价比的材料。这就涉及到复合材料的设计问题，而性能决定了复合材料在工程上的应用，所以性能的影响因素一直是研究的热点。但是由于金属基复合材料的强化机理不明确，至今在金属基复合材料的设计理论上还存在着较大的盲目性。因此对复合材料性能的影响因素的研究是一个使金属基复合材料走出低谷获得突破的重要课题。 2 影响金属基复合材料的因素 2.1 基体的影响 不同的基体对复合材料的抗拉强度、屈服强度、结合强度有较大的影响。但并不是基体强度越高，复合材料的强度越高，而是存在一个最佳匹配[6]。姜龙涛等[7]对AlN颗粒在不同铝合金中的增强行为的研究表明，在低强度的L3纯铝上可以得到最大的增强率，而在高强度的LY12合金上没有得到高的增强率，相比之下具有良好塑性和较高强度的LD2合金作为基体时，具有较高的强度。而康国政等[8]认为基体本身的强度较低时，复合材料中基体的强度将有较大幅度的提高，因此对基体本身强度较低的复合材料通过基体原位性能的大幅度提高使复合材料抗拉强度的提高十分明显。这些研究都说明基体同增强体之间存在着优化选择、合理匹配的问题。
热塑性复合材料在飞机上的应用 张磊杨卫平张丽 （中航工业一飞院，西安） Ｔhe applications of Thermoplastic matrix Composite on aircraft 摘要：阐述了热固性复合材料的缺点，分析了热塑性复合材料的优势，并介绍了其在国内、外军用飞机和民用飞机上的应用情况，指出了国内外的差距，最后对国内纤维增强热塑性复合材料的发展提出了建议。 Abstract: In this study we analyzed the disadvantage of thermosetting matrix composites, the advantage of thermoplastic matrix composites and introduced the applications of thermoplastic matrix composites on aircraft. In addition we pointed out the gap and summarized the research orientation of thermoplastic matrix composites. 关键词：热塑性、热固性、聚醚醚酮、聚苯硫醚、抗冲击性 Keywords: Thermoplastic、Thermosetting、PEEK、PPS、impact resistance 复合材料按树脂类型可分为热固性复合材料和热塑性复合材料。目前国内外飞机上，大量使用的复合材料为热固性复合材料，包括机翼、机身等主要承力构件。但是热固性复合材料通常采用热压罐生产工艺，成型时间长，而且在材料运输、存储、工艺准备、实施等方面要求都比较严格，因此生产成本比较高。另外热固性复合材料对冲击比较敏感，设计和使用时要重点考虑冲击对结构性能的影响。而热塑性复合材料在这些方面都有一定优势，所以近年来其逐步受到重视[1]。 1 热塑性复合材料的优点 与热固性复合材料相比，热塑性复合材料主要有以下优点[2～5]： （1）韧性、损伤容限性能、抗冲击，抗裂纹扩展等性能较好。由于热塑性树脂分子链的运动能力比热固性树脂强得多，因此热塑性树脂的韧性普遍要高很多，有利于改善复合材料的抗冲击损伤能力。以碳纤维/聚醚醚酮(PEEK)树脂复合材料为例，其压缩后冲击强度（CAI）值高达342 MPa，与第一代环氧复合材料170 MPa，增韧环氧复合材料250 MPa的平均水平相比，优势明显； （2）成型周期短，生产效率高，节约成本。热固性复合材料主要的成型方法是预浸料/热压罐工艺，热压罐固化消耗大量的能源和时间，增加制造成本，而热塑性复合材料的成型过程仅仅发生加热变软和冷却变硬的物理变化，只需升温、加压成型、冷却即可完成制备过程，可采用热压成型工艺，故成型周期短、生产效率高、成本低。另外，热塑性复合材料在材料运输、存储、工艺准备、实施等比热固性复合材料要求低，因此生产成本更低。两种材料生产制造对比见下表1； 表1 热固性和热塑性复合材料对比 属性热固性复合材料热塑性复合材料 材料运输材料低温运输，并需要温度监控材料普通运输 材料存储1、低温存储，-18℃以下存储； 2、材料力学性能寿命，一般12个月； 3、工艺性能寿命，一般240小时； 1、室温存储，一般库房即可； 2、材料力学性能寿命无要求； 3、工艺实施无特殊要求；
金属基复合材料的制备方 法 Newly compiled on November 23, 2020
金属基复合材料的制备技术 摘要：现代科学技术的发展和工业生产对材料的要求日益提高，使普通的单一材料越来越难以满足实际需要。复合材料是多种材料的统计优化，集优点于一身，具有高强度、高模量和轻比重等一系列特点。尤其是金属基复合材料(MMCs)具有较高工作温度和层间剪切强度，且有导电、导热、耐磨损、不吸湿、不放气、尺寸稳定、不老化等一系列的金属特性，是一种优良的结构材料。 Abstract: The development of modern science and technology and industrial production of materials requirements increasing, the ordinary single material is more and more difficult to meet the actual needs. Composite material is a variety of statistical optimization, set merit in a body, has the advantages of high strength, high modulus and light specific gravity and a series of characteristics. Especially the metal matrix composite ( MMCs ) has the high working temperature and interlaminar shear strength, and a conductive, thermal conductivity, wear resistance, moisture, do not bleed, dimensional stability, aging and a series of metal properties, is a kind of structural material. 关键词：复合材料(Composite material)、发展概况(Development situation)、金属基复合材料(Metal base composite materia l)、发展前景(Development prospect) 正文： 一：复合材料简介 复合材料是由两种或两种以上不同物理、化学性质的物质以微观或宏观的形式复合而成的多相材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：①纤维复合材料。②夹层复合材料。③细粒复合材料。④混杂复合材料。[1] 二：金属基复合材料简介
金属基复合材料强度的影响因素 摘要:过去30 年里金属基复合材料虽然得到了广泛的研究与发展,但其性能一致性差的问题制约了其应用,因此复合材料的性能设计受到了普遍的关注。强度是材料在工程应用上重要的衡量指标,对强度影响因素的研究对复合材料的性能设计至关重要。本文着重分析了复合材料中基体合金化、增强体、基体与增强体的相容性、界面、工艺等因素对强度的影响。 关键词:金属基复合材料(MMCs) ;强度;影响因素;相容性;材料设计 1 引言 国际上的材料专家普遍认为当前人类已经从合成材料的时代进入复合材料时代,因为要想合成一种新的单一材料使之满足各种高要求的综合指标是非常困难的。金属基复合材料(MMCs) 具有高比强度、高比模量、低热膨胀系数等优异的性能,可广泛应用于民用工业和军事、航空、航天领域,近年来部分产品已经开始工业化生产。尽管金属基复合材料在过去的30 年里在世界范围内得到了广泛的研究和发展,但是还没有在工业上得到广泛的应用,一般只应用于军事领域,其原因主要在于它的成本高、性能低于期望值、相对较低的稳定性和大的性能波动、不可回收利用、环境污染等几个障碍。而且目前用现成的无机非金属磨料与已成熟的铝合金相复合的一贯做法显然不符合百年前的合金设计原理,也不是性能的最佳搭配。目前在国内发展复合材料,关键是要实现低成本、高性能、一致性好、稳定的制备技术和根据力学原理以及使用者的期望设计出令用户满意的性价比的材料。这就涉及到复合材料的设计问题,而强度是复合材料在工程应用上的一个重要的衡量指标,所以强度的影响因素以及复合材料的强化机理、强度预报一直是研究的热点。但是由于金属基复合材料的强化机理不明确,至今在金属基复合材料的设计理论上还存在着较大的盲目性。因此对复合材料强度的影响因素的研究是一个使金属基复合材料走出低谷获得突破的重要课题。 2 影响复合材料强度的因素 2.1.1 基体对金属基复合材料强度的影响 不同的基体对复合材料的抗拉强度、屈服强度、结合强度有较大的影响。但并不是基体强度越高,复合材料的强度越高, 而是存在一个最佳匹配，基体同增强体之间存在着优化选择、合理匹配的问题。 2.1.2 增强体对金属基复合材料强度的影响 增强体的加入可以通过对基体金属的显微组织,如亚结构、位错组态、晶粒尺寸及材料密度等的改变,改善和弥补基体金属性能上的不足。增强体的性质对复合材料的强度起着至关重要的作用。从表1可以看出,加入增强体后,材料的抗拉强度和屈服强度都有所提高。
纤维增强热塑性材料FRTP简述 张月 20090546 材料科学与工程学院090201 摘要： 热塑性复合材料是以玻璃纤维，碳纤维，芳烃纤维及其他材料增强各种热塑性树脂的总称，国外称其为FRTP。先进的纤维增强热塑性复合材料纤维增强热塑性树脂复合材料，具韧性耐蚀性和抗疲劳性高，成型工艺简单周期短，材料利用率高（无废料），预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展。近20年来，随着刚性、耐热性及耐介质性能好的芳香族热塑性树脂基体的出现，以及具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等优异性能碳纤维、芳伦纤维、碳氟纤维（PTFE）等高性能纤维的发展，使先进热塑性复合材料克服了一般FRTP使用温度低，模量小，强度差等缺点，使其在航空航天等高科技领域获得越来越多的应用。 关键字：浸渍、成型工艺 Fiber Reinforced Thermoplastic Material FRTP Briefly ZhangYue 20090546 Material science and engineering college 090201 Abstract: Thermoplastic composite material is glass fiber, carbon fiber, aromatic fiber and other materials increase the floorboard of all sorts of thermoplastic resin, foreign called the FRTP. Advanced fiber reinforced thermoplastic composite fiber reinforced thermoplastic resin composites, with toughness corrosion resistance and fatigue resistance is high, the molding process simple cycle short, material utilization high (no waste), prepreg deposit environment and time unlimited superior performance and got rapid development. Over the past 20 years, with rigidity, heat resistance and
金属基复合材料的力学性能 以金属或合金为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料。按所用的基体金属的不同，使用温度范围为350～1200℃。其特点在力学方面为横向及剪切强度较高，韧性及疲劳等综合力学性能较好，同时还具有导热、导电、耐磨、热膨胀系数小、阻尼性好、不吸湿、不老化和无污染等优点。例如碳纤维增强铝复合材料其比热度3～4×107mm，比模量为6～8×109mm，又如石墨纤维增强镁不仅比模量可达1.5×1010mm，而且其热膨胀系数几乎接近零。 金属基复合材料按增强体的类别来分类，如纤维增强(包括连续和短切)、晶须增强和颗粒增强等，按金属或合金基体的不同，金属基复合材料可分为铝基、美基、铜基，钛基、高温合金基、金属间化合物基以及难熔金属基复合材料等。由于这类复合材料加工温度高、工艺复杂、界面反映控制困难、成本相对高，应用的成熟程度远不如树脂及复合材料，应用范围较小。 近年来,金属基复合材料以其高的比强度、比模量、较好的耐热性能,良好的抗蠕变、抗疲劳、抗磨损性能,以及低的热膨涨系数受到了广泛的重视,在航空航天及汽车工业等领域有着广阔的应用前景。颗粒增强金属基复合材料被认为是制造汽车发动机连杆、活塞及刹车片等零件的优良材料;纤维增强金属基复合材料已被用来制造航天飞机轨道器主骨架、制动器支撑架及火箭发动机壳体等[1,2]。但是,金属基复合材料在高温制备的冷却过程中由于组分间热膨胀系数(C T E)的差异,会产生较大的热残余应力,通常基体相为拉应力,增强相为压应力。当C T E差异较大时,即使温度变化很小,也会在基体中产生较大的微观热应力,在界面形成应力集中。大量的研究表明,复合材料中的热残余应力对其力学性能有至关重要的影响。例如,存在较高残余应力的复合材料中,基体中亚晶粒的尺寸明显低于未增强基体合金中亚晶粒的尺寸,而位错密度却比未增强基体合金高10~20倍;另外,复合材料由于残余应力的存在,导致在 远低于0. 2的应力下, 应力应变曲线便开始偏离线性关系, 复合 材料的比例极限接近或略低于基体合金;同时,复合材料中的残余拉应力会导致复合材料压缩屈服强度较拉伸屈服强度高. 金属基复合材料热残余应力产生必须具备的条件有:(1)基体与增强体之间界面结合良好;( 2)温度变化;( 3)增强体与基体之间的热膨胀系数差异。除了与上述因素有关外,热残余应力还受增强相体积分数、形状和长径比等因素的影响。当增强相的体积分数增加时,增强相间的相互作用增大,基体中热残余应力将增加。增强相的形状和长径比主要通过影响热应力松弛情况来影响残余应力的大小 对于金属基复合材料热残余应力的分析主要通过实验研究
8 高性能复合材料发展现状与发展方向 8.1 国内复合材料发展现状与发展方向 复合材料学界较普遍认为我国复合材料发展中亟待研究解决下列问题： （1）在发展复合材料新品种的同时，注意发展复合材料构件的制造技术，特别是先进制造技术； （2）在研究复合材料构件无损检测方法的同时，加紧研究制定无损评价标准。 其中有五个问题是研究重点： ①增强纤维的研制、生产与供应； ②复合材料低成本生产技术； ③新工艺、新设备的研制与发展； ④复合材料生产环境及回收利用； ⑤国际大环境与市场经济条件下我国复合材料发展的对策。 8．1．1 航天功能复合材料的现状与展望 （1）引言 《美国国防部关键技术计划》指出：“下一代复合材料结构的研究将侧重于材料的多功能性能方面”。 20世纪90年代初、中期，美国用于这方面的研究经费为（1.7~1.8）亿美元/年。 功能复合材料的成功应用，使先进战略导弹弹头的有效载荷与结构重量之比大幅度提高（达到4:1），并实现了小型化、被动滚控和强突防。同时具有全天候能力和百米级命中精度。 （2）航天高技术对功能复合材料的要求 1）军事对抗要求 航天高技术对功能复合材料的军事对抗要求包括： ①生存性（全天候、突防、隐身、探测—透波）； ②小型化、轻质化（结构—功能一体化、多功能一体化）； ③高精度（稳定外形）。 2）环境要求 航天高技术对功能复合材料的环境要求（即生存性要求）包括： ①防热； ②抗热应力； ③抗侵蚀； ④耐空间原子氧； ⑤耐高低温交变； ⑥耐空间辐射 ⑦阻尼减震。 （3）航天功能复合材料的研究方向与主要研究内容 航天功能复合材料的研究方向包括：防热功能复合材料、透波和多功能复合材料、功能复合材料的加工技术和功能复合材料测试评价技术。 ①防热功能复合材料主要研究内容 防热功能复合材料的研究内容主要包括:先进碳/碳复合材料技术、先进碳/酚醛防热复合材料技术、低成本、碳/碳复合材料、新型防热复合材料探索和防热复合材料修补技术； 探索研究防热复合材料现场诊断与损伤预警。 ②透波、多功能复合材料主要研究内容
金属基复合材料
1、复合材料的定义和分类是什么？ 定义：是由两种或多种不同类型、不同性质、不同相材料，运用适当的方法，将其组合成具有整体结构、性能优异的一类新型材料体系。 分类：按用途可分为：功能复合材料和结构复合材料。结构复合材料占了绝大多数。 按基体材料类型分类可分为：聚合物基复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料（包括陶瓷基复合材料、水泥基复合材料、玻璃基复合材料）按增强材料形态可分为：纤维增强复合材料（包括连续纤维和不连续纤维）、颗粒增强复合材料、片材增强复合材料、层叠式复合材料。 3、金属基复合材料增强体的特性及分类有哪些？ 增强物是金属基复合材料的重要组成部分，具有以下特性：1）能明显提高金属基体某种所需特性：高的比强度、比模量、高导热性、耐热性、耐磨性、低热膨胀性等，以便赋予金属基体某种所需的特性和综合性能；2）具有良好的化学稳定性：在金属基复合材料制备和使用过程中其组织结构和性能不发生明显的变化和退化；3）有良好的浸润性：与金属有良好的浸润性，或通过表面处理能与金属良好浸润，基体良好复合和分布均匀。此外，增强物的成本也是应考虑的一个重要因素。分类：纤维类增强体（如：连续长纤维、短纤维）、颗粒类增强体、晶须类增强体、其它增强体(如：金属丝)。 4、金属基复合材料基体的选择原则有哪些？ 1）、金属基复合材料的使用要求；2）、金属基复合材料组成的特点；3）、基体金属与增强物的相容性。 5、金属基复合材料如何设计？
复合材料设计问题要求确定增强体的几何特征（连续纤维、颗粒等）、基体材料、增强材料和增强体的微观结构以及增强体的体积分数。一般来说，复合材料及结构设计大体上可分为如下步骤：1）对环境与负载的要求：机械负载、热应力、潮湿环境 2）选择材料：基体材料、增强材料、几何形状 3）成型方法、工艺、过程优化设计 4）复合材料响应：应力场、温度场等、设计变量优化 5）损伤及破坏分析：强度准则、损伤机理、破坏过程 6、金属基复合材料制造中的关键技术问题有哪些？ 1）加工温度高，在高温下易发生不利的化学反应。在加工过程中，为了确保基体的浸润性和流动性，需要采用很高的加工温度（往往接近或高于基体的熔点）。在高温下，基体与增强材料易发生界面反应，有时会发生氧化生成有害的反应产物。这些反应往往会对增强材料造成损害，形成过强结合界面。过强结合界面会使材料产生早期低应力破坏。高温下反应产物通常呈脆性，会成为复合材料整体破坏的裂纹源。因此控制复合材料的加工温度是一项关键技 术。 2）增强材料与基体浸润性差是金属基复合材料制造的又一关键技术，绝大多数的金属基复合材料如：碳/铝、碳/镁、碳化硅/铝、氧化铝/铜等，基体对增强材料浸润性差，有时根本不发生润湿现象。 3）按结构设计需求，使增强材料按所需方向均匀地分布于基体中也是金属基复合材料制造中的关键技术之一。增强材料的种类较多，如短纤维、晶须、颗粒等，也有直径较粗的单丝，直径较细的纤维束等。在尺寸形态、理化性能上也有很大差异，使其均匀地、或按设计强度的需要分布比较困难。 7、金属基复合材料的成形加工技术有哪些? 1）铸造成型，按增强材料和金属液体的混合方式不同可分为搅拌铸造成型、正压铸造成型、铸造成型。2）塑性