复合材料学之六.ppt

金属基复合材料的特性
1 碳纤维增强金属
碳纤维主要作为耐热、轻型结构材料的增强纤维，所以对铝、镁基复合材料研究较多，研究认为：只要不和碳纤维相互溶解或形成碳化物的金属都可以作为金属基体。
碳纤维与Ni、Co等反应性较弱，与Al反应，为防止纤维被反应恶化，使其充分润湿并得到良好的结合强度，要对碳纤维表面涂覆。
碳纤维与Cu不反应，其复合材料具有良好的导电性和导热性，适宜作轻质高弹高强度的电器材料。
以Al为基体与碳纤维复合作为结构材料始终受到注目。这是由于碳纤维即使在Al熔点以上的高温作短时间保持时，其强度也不会降低，具有良好的相容性。
但是，碳纤维与Al的润湿性不好，在550 ℃以上碳纤维会和铝液发生反应，在碳纤维表面生成Al4C3，这种碳化物呈楔状垂直于碳纤维而降低碳纤维的强度。对于制造和高温使用都不利。为防止反应，应对碳纤维进行表面处理。
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把碳纤维用Na等处理改善润湿性，用低温熔浸法作成Al－Si预浸线后，排列好，用热压法制造出C/Al－Si复合材料，具有良好的性能，其最大强与复合准则的理论值接近。
对于高强度和高模量两种碳纤维来说，高模量碳纤维由于表面活性度低而难以与Al反应，且沥青系碳纤维很容易石墨化，所以用沥青系高模量碳纤维制A造C／AI复合材料较好。
对碳纤维用5056Al合金等离子喷镀后，用真空热压法制造出C／AI复合材抖，其强在 45 0 ℃的温度下也不下降，在 5 5 0 ℃下才稍有下降。用同样方法做出的 P A N系高强碳纤维和 Al－5％ Mg的复合材料，抗拉强度在427 ℃也不下降。
用等离子喷镀对碳纤维镀AI，然后再轧成C／Al复合材料，如果预成形带中碳纤维列均匀整齐，可达到复合准则理论值70％～80％的强度。
碳纤维与Mg几乎不发生界面反应，适于用液相法大量生产。
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2 硼纤维增强金属
硼纤维和很多金属都容易反应，只是Al、Mg及其合金反应较弱，因此它们适合于作硼纤维增强的基休金属，其中研究较多的是Al合金，其次是Mg合金及Ti合金。
B/Al复合材料可用熔浸法和热压法制造，一般多用热压法或热等静压法制造。
B／AI复合材料的性能与制造方法及制造工艺很有关系。当用熔浸法制造时，其金属液的温度越高所得到的复合材料性能就越差，这是由于硼纤维与Al反应加剧所致。用热压法制造时，在低温低压的工艺条件下，基体本身或纤维与基体间不能有效地结合；高温时会因纤维与基体间反应加剧而性能恶化，高压又会使纤维损伤而影响性能，因此必须控制好工艺参数。制造得最好的B／Al复合材料是当Vf＝，强度达2GPa。
B／AI复合材料的性能有方向性，纤维垂直方向的弹性模量相对较高，抗拉强度也比基材大，经T6处理后横向抗拉强度可提高1倍以上，因而方向性减小。B／AI复合材料的疲劳强度在 6 0 0 M P a以上，当温度超过 6 2 3 K以上疲劳强度才下降，在 5 9 0 K以下几乎不产生蠕变。
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碳化硅纤维增强金属
SiC纤维比强度、比模量高，高温时也保持高强度，是具有耐热性、耐氧化性的纤维，它和金属的反应性小，润湿性好，容易制造FRM。
用CV D法以W丝或C纤维为芯制造的SiC纤维，直径达100～140m，但其做成的复合材料异向性比硼纤维增强材料还明显，且价格昂贵，故应用甚少。
用半固化带和Al板热压法制出的SiC/Al单向增强复合板，当Vf在35％以下时是符合复合准则的，如图6－30所示。 SiC/Al合金复合材料的强度与温空的关系如图6－31所示。当Vf ＝0．3时，其抗弯强度和抗拉强度分别为硬铝的1．8和 1．3倍。将其作为结构材料可比原来的材料重量减轻 4 0 ％，且其高温性能好，在 6 7 3 K的高温下抗拉强度及抗弯强度也不下降。由图6－32可知， SiC/Al合金的弯曲疲劳强度仅比铝合金高。SiC纤维及其增强Al的特性如表 6－7所示。
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