第六章金属基复合材料

33
三种热等静压工艺
• 先升压后升温：其特点是无需将工作压力 开到最高压力，随着温度升高，气体膨胀， 压力不断升高，直至达到需要压力，适用 于金属包套的工艺制备；
• 先升温后升压：适用于玻璃包套制备复合 材料；
• 同时升温升压：适合于低压成形、装入量 大、保温时间长的工件制备。
34
热等静压工艺优缺点
混合
热压 冷压-烧结
坯或零件
封装除氧
挤压
粉末冶金法的工艺流程
23
粉末冶金法的优缺点
• 粉末冶金复合法的工艺主要优点是：基体金属或合金 的成分可自由选择，基体金属与强化颗粒之间不易发 生反应；可自由选择强化颗粒的种类、尺寸，还可多 种颗粒强化；强化颗粒添加量的范围大；较容易实现 颗粒均匀化。
• 但材料的成本较高，制备大尺寸的零件和坯料有一定 困难，而且粉末混合和防止氧化是工艺的关键，必须 采取有效措施加以控制，以及微细强化颗粒的均匀分 散困难；颗粒与基体的界面不如铸造复合材料等。
密封袋材的设计较困难
(HIP)
温下，高压气体加压烧结
超高压烧结 用超高压装置在高温下加压 可不用烧结助剂
制品尺寸不能过大
(UHP)
烧结
冲击加压烧结 置粉末于容器中，利用机械 短时间内可以烧结
不易控制
(Dina-Pac) 或炸药产生瞬时高温高压
液相烧结 烧结助剂发挥烧结作用
较低温度下可以进行高密度 若液相以玻化状态残留，
19
不连续增强相复合材料的制备工艺
颗粒 晶须 短纤维
铝合金—固态、液态、原位生长、喷射成型法 镁合金—液态法 钛合金—固态、液态法、原位生长法 高温合金—原位生长法 金属间化合物—粉末冶金、原位生长法

金属层状复合材料与金属基复合材料一、金属层状复合材料与金属基复合材料的概念与分类1.1 金属层状复合材料的定义与特点金属层状复合材料是由多层金属片通过堆叠、压制或焊接等工艺制备而成的一类复合材料。

其具有以下特点： - 高强度和刚度：由于金属片的堆叠层数多，可以提高材料的强度和刚度。

- 轻质：相比传统的实心金属材料，金属层状复合材料的重量更轻。

- 耐高温：金属层状复合材料通常由高温合金制备，具有良好的高温性能。

- 优异的抗疲劳性能：金属层状复合材料能够承受长时间的重复加载而不容易疲劳破坏。

1.2 金属基复合材料的定义与特点金属基复合材料是以金属为基体，通过添加一定量的非金属相（如陶瓷颗粒、纤维等）形成的复合材料。

其具有以下特点： - 高强度和硬度：添加非金属相后可以显著提高材料的强度和硬度。

- 低密度：相对于普通金属材料，金属基复合材料的密度更低，有利于减轻结构负荷。

- 耐磨损性能：添加的非金属相可以增加金属基复合材料的耐磨损性能。

- 良好的导热性能：金属基复合材料具有良好的导热性能，适用于高温工况。

二、金属层状复合材料的制备方法与应用领域2.1 金属层状复合材料的制备方法2.1.1 堆叠法通过将多层金属片按一定顺序堆叠在一起，并加热至一定温度进行压制，形成金属层状复合材料。

### 2.1.2 焊接法利用金属的焊接工艺将多层金属片进行连接，形成金属层状复合材料。

### 2.1.3 粘结法通过在金属片之间涂布粘结剂，然后将金属片经过压制黏合在一起，形成金属层状复合材料。

2.2 金属层状复合材料的应用领域•航空航天领域：金属层状复合材料具有优异的强度和轻质特性，适用于航空航天结构件的制造，如飞机机身、发动机部件等。

•汽车领域：金属层状复合材料可以用于制造汽车车身结构，降低整车的重量，提高燃油经济性。

•建筑领域：金属层状复合材料的高强度和刚度特性，使其成为建筑结构中的重要材料，如大跨度屋顶、桥梁等。

铝的基本特点：熔点660℃ ，密度 2.7g/cm3
具有面心立方结构．所以其塑性优异，适 合各种形式的冷、热加工 导电、导热性能好，约为铜的60％左右 化学活性高，在大气中铝表面与氧形成一 层薄而又致密的氧化铝膜，防止铝继续氧 化 强度低
1.颗粒增强铝基复合材料
颗粒（晶须）增强铝基复合材料的制备 方法可用固态法也可用液态法。
2）界面的形成及机制，界面产物的控制及界面设计； 3）增强剂在基体中的均匀分布： 在选择制备方法时，应选择那些使得增强剂更均匀、均质排 布（分布）的方法。在这方面，液态法与固态法相比较差。 4）制备工艺方法及参数的选择和优化； 5）制备成本的控制和降低，工业化应用的前景。
金属基复合材料制备工艺的分类：
金属基复合材料制备工艺的分类： 1）固态法：真空热压扩散结合、超塑性 成型 / 扩散结合、模压、热等静压、粉末 冶金法。 2）液态法：液态浸渗、真空压铸、反压 铸造、半固态铸造。 3）喷射成型法：等离子喷涂成型、喷射 成型。 4）原位生长法。
固态法 主要为扩散结合和粉末治金两种方法。
扩散结合(Diffusion Bonding)
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。这主要是由于与纯铝相比，铝合金具有更好 的综合性能。至于选择何种铝合金做基体，则根据实际中 对复合材料的性能需要来决定。
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。
这主要是由于与纯铝相比，铝合金具有 更好的综合性能。至于选择何种铝合金做 基体，则根据实际中对复合材料的性能需 要来决定。
典型金属基复合材料性能与应用
5.2 金属基复合材料的制造工艺
1 金属基复合材料制备工艺概述 1 - 1 金属基复合材料制备工艺的研究内容以及选择原则：

C06金属基复合材料金属基复合材料是一种由金属基体和非金属增强相组成的材料，它继承了金属材料的高强度、高刚度和优良的导电导热性能，同时又具备非金属材料的轻量化和高温稳定性等优点。

金属基复合材料在航空航天、汽车制造、能源等领域有着广泛的应用。

金属基复合材料的增强相主要是陶瓷颗粒或纤维材料，常见的有碳纤维、陶瓷纤维、硼纤维等。

这些纤维材料的加入可以显著提高金属基复合材料的强度和刚度，同时也改善了金属材料的机械性能。

此外，还可以通过表面处理、镀膜等方法增强金属基复合材料的界面结合强度，提高其耐久性和疲劳性能。

金属基复合材料具有优良的导热性能和导电性能，这使得它在电子器件、散热器等领域有着广泛的应用。

与单纯的金属材料相比，金属基复合材料不仅具备了高导热性能，而且还避免了金属材料的高膨胀系数问题，提高了材料的稳定性。

金属基复合材料的轻量化特性使其在航空航天领域得到广泛应用。

由于金属基复合材料具有较低的密度和高的强度，可以显著的减轻飞机、火箭等载具的自重，提高其运载能力和燃料效率。

此外，金属基复合材料还具有较好的高温稳定性，可以在高温环境下保持较好的机械性能和稳定性。

金属基复合材料还可以通过改变增强相的组成和结构，调节材料的性能。

例如，可以通过调节纤维的取向和布局，改变材料的各向异性，以满足特定工程需求。

此外，还可以通过添加其他元素或化合物，如碳纳米管、硅炭化物等，进一步改善金属基复合材料的性能。

总的来说，金属基复合材料具有高强度、高刚度、良好的导热导电性能、轻量化和高温稳定性等优点，是一种具有广泛应用前景的材料。

随着科学技术的不断发展，金属基复合材料在各个领域的应用将会更加广泛，为人们的生产生活带来更多的便利和创新。