文档介绍：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。
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。
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。
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100~140m,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 =, 。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。
Al2O3纤维增强金属
Al2O3纤维增强金属可用预成形体热压法、真空铸造法、液态模锻法等制造。
对于与金属液几乎不润湿- Al2O3纤维,可用 CV D法涂覆 Ti- B;还可以使纤维通过Na浴浸上Na后,接着进入金属液做成预浸线。在Al合金中加入2%的Li,使Li与纤维反应便于与 Al润湿。
与其它纤维增强金属相比,氧化铝纤维增强金属有以下特点。
1)高温的强度和弹性模量大,在500 ℃的高温也稳定。
2)由于氧化铝的绝缘性,不产生电化学腐蚀。