SiC颗粒增强铝基复合材料制动盘的研究

文章编号:1000-3851(2001)01-0062-05

收稿日期:1999-05-30;收修改稿日期:1999-10-30基金项目:河北省博士基金资助项目(96Z1107)

作者介绍:齐海波(1972),男,硕士,讲师,研究方向:金属基复合材料及纤维增强混凝土复合材料。

SiC 颗粒增强铝基复合材料制动盘的研究

齐海波,丁占来,樊云昌,姜稚清

(石家庄铁道学院材料科学与工程研究所,石家庄050043)

摘 要: 采用半固态搅拌熔炼-液态模锻工艺制备了与Santana 轿车前制动器相匹配的SiC 颗粒增强铝基复合材料制动盘,对该制动盘进行了材料拉伸性能和微观结构分析,并在SCHENCK 制动试验台上进行了制动性能和制动磨损试验。结果表明,复合材料的拉伸性能优于传统制动盘材料HT 250铸铁;在各种制动工况条件下,复合材料制动盘对制动衬片的摩擦系数均在大众公司企业标准规定的范围之内,且较稳定;此外,复合材料制动盘质轻、耐磨,制动噪音小、温升低,运转平稳;因此,可望以其替代传统的铸铁制动盘,提高制动器的安全可靠性和服役寿命,减轻轿车悬挂系统的重量,降低油耗。

关键词: SiC P /Al 复合材料;制动盘;台架试验;摩擦系数中图分类号: TB 331;U 467 文献标识码:A

RES EARCH ON AUTOMOTIVE BRAKE DIS CS OF S iC P /Al COMPOSITE

QI Ha i -bo ,DING Zhan -la i ,FAN Y un -chang ,JIANG Zhi -qing

(Institute of Materia ls Science and Engineering,Shijia zhuang Railway Institute,Shijia zhuang 050043,China)

Abstract : The SiC P /A l composite bra ke disc designed for the front bra ke of SANTANA ca rs was prepa red by semi-solid stirring melting and liquid forging.The tensile properties and microstructures of the disc ma terials were examined ,a nd the tribologica l -wear performa nces of the disc were tested on the SCHENCK brake testing system ma de in Germany.The results show that the tensile properties of the composites a re superior to those of the conventional disc ma teria l ,grey cast iron ;and tha t under different bra king conditions,the friction coefficients of the composite disc against the conventional brake pad a re within the ra nge specified by the sta ndard of VOLKSWAGEN compa ny and with sma ll fluctua tions.It is also found that the bra ke disc made of the composite ha s such adva ntages a s light weight ,high wear resistance ,low braking noise and low braking temperature rises ,smooth operat-ing,etc.Hence,it is hopeful to substitute the composite disc for the traditional cast iron disc to in-crease reliability and to prolong the survice life of the car brake ,to lighten the weight of the ha nging system,and thus,to decrease gas expenditure of cars.

Key words : SiC P /Al composite ;brake discs ;dynamometer tests ;friction coefficients 目前,随着能源的日益紧缺和车辆速度的不断提高,车辆的减重已成为必然的趋势。与传统钢铁材料相比,SiC 颗粒增强铝基复合材料具有高的比强度、比刚度,良好的耐磨性和热稳定性等特点,较适合于制作汽车和火车盘形制动器的制动盘,从而使悬挂系统的重量减轻50%以上。国外,日、德等国相继开发出了适于高速列车的SiC 颗粒增强铝基复合材料制动盘[1],美国Ford 公司进行了轿车制动盘的

研制和开发[2];国内,虽有上海交通大学王文龙等人研制铝基复合材料摩托车制动轮毂的报道

[3]

,但在

轿车和火车复合材料制动盘的研究方面,尚未见诸报道。本研究中采用非真空条件下的搅拌熔炼-液态模锻工艺,制备了SiC 颗粒增强铝基复合材料,将制备的材料用于Santa na 轿车前制动盘的研制,并对复合材料制动盘进行了一系列的性能测试和台架试验,以期开发出高性能的新型轿车制动盘,达到减轻

复合材料学报

ACT A MATERIAE COMPOSIT AE SINICA

第18卷 第1期 2月 2001年Vol.18 No.1 February

2001

轿车悬挂系统重量并降低油耗的目的。

1 制动盘的制备

本研究制备的复合材料基体组分是与ZL 109相类似的铸造铝合金(wt%:11.0～13.0Si-0.5～1.5Cu -1.8～2.3Mg -0.8～1.5Ni );增强体组分选用粒度代号为W40的绿色T -SiC 颗粒,其在复合材料中的体积分数为20%。

块状铝合金经清洗烘干后放入带有石墨搅拌器的GWJ -0.05-100-1型中频感应炉内[4](坩埚内壁直径为200mm)熔化,加热至720℃后进行精炼、捞渣。然后,按特殊工艺预处理后的SiC 颗粒,由Ar 气流携带被均匀地喷吹到熔液表面,借助重力和旋涡力量进入到熔液中去。待全部SiC 颗粒加入后,将熔液降温至565℃(基体铝合金的半固态温度),以690rpm 的转速对其进行搅拌;同时,在熔液上方通入Ar 气,保护液面免被氧化;30min 后停止搅拌,再迅速将熔液升温到720℃,加入适量的A l -9%Sr 中间合金变质剂,对熔液进行变质处理;而后,往熔液内通入高纯Ar 气,对熔液再次进行精炼;扒渣、过滤后,将复合材料熔液浇入安装在6300kN 四柱式压力机上的制动盘模具中进行液态模锻成形,挤压比压为100MPa ,保压时间为40s,模具预热温度为250℃。液态模锻所用模具如图

1所示。

图1 液态模锻用模具图

Fig .1 Scheme of squeeze -casting mould

2 试验结果及讨论

2.1 力学性能及组织分析

从热处理后的SiC 颗粒增强铝基复合材料制动盘本体取样,并将其加工成标准拉伸试样。试样直径为5mm ,标距段长度为25mm 。材料的室温拉伸性

变速率为6×10-4

s -1

。同时,在HB 3000型布氏硬度

计上测定了复合材料的硬度。测试结果如表1所示。

表1 S iC P /Al 复合材料及铸铁HT 250的力学性能Table 1 Mechanical properties of the S iC P /Al

composite and HT250

Materia ls T ensile strength /M Pa

B rinell Hardness

W40SiC P 20vol%/Al

320152HT 250*

250

170～241

*:数据摘自GB/T 9439-88,铸件壁厚在10～20mm 之间。

从表1可以看出,复合材料的抗拉强度比铸铁HT 250的抗拉强度提高了约28%,完全可以满足制动盘的强度要求。由于本研究中采用的非真空熔炼条件下的复合材料制备工艺解决了搅拌铸造法的几个关键问题。例如,采用特殊颗粒预处理工艺解决了SiC 颗粒与铝合金熔液浸润性差的问题;在基体铝合金处于半固态温度时,通过合理的强制搅拌工艺使SiC 颗粒在基体合金中达到了基本均匀的分布状态;选择高硅铝合金作为基体组分并采用低热胀系数陶瓷套管热电偶全过程监控铝液温度,使SiC 颗粒与基体铝合金的界面处无脆性反应物生成;采用高纯Ar 气保护液面、对合金熔液进行两次精炼,并采用液态模锻工艺成形,有效地避免了气孔、夹杂等铸造缺陷的发生。因此,复合材料的内在质量得到了保障。

图2、图3分别为W 40SiC P 20vol %/A l 复合材料的微观结构和SiC 颗粒分布状况的光学显微照片。从图中可以看出,复合材料中的T -相枝晶破碎、

间距较小,共晶硅为球状颗粒且其尺寸细小、分布均匀;

SiC 颗粒也基本处于均匀分布状态。

图 2 W 40SiC P 20vol %/A l 复合材料的微观结构Fig.2 Microstructure of W40SiC P 20vol%/Al composite

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36?齐海波,等:SiC 颗粒增强铝基复合材料制动盘的研究

图 3 SiC颗粒在基体铝合金中的分布

Fig.3 Distribution of SiC P in Al-alloy matrix

2.2 制动盘的摩擦磨损台架性能试验

制动盘的摩擦磨损台架性能试验在德国SCHENCK LBA0049型惯性试验式双制动试验台上进行。测试结果参照大众公司企业标准进行评定。在试验过程中,测定了制动速度、制动压力与摩擦系数的关系,连续制动情况下制动盘表面温升与摩擦系数的关系,以及制动盘的制动磨损性能。

2.2.1 制动压力和制动速度对摩擦系数的影响

研究中,采用W40SiC P20vol%/A l复合材料制备的制动盘和无石棉半金属制动衬片组成摩擦副(以下简称复合材料摩擦副)进行制动性能试验,并与HT250铸铁制动盘和同种制动衬片组成的摩擦副(以下简称铸铁摩擦副)的制动性能试验结果进行比较。图4(a)为制动初速度一定时(v=80km/h),不同摩擦副的摩擦系数与制动压力的关系曲线,图4(b)为制动压力一定时(P=6MPa),不同摩擦副的摩擦系数与制动速度的关系曲线。

从图4(a)中可以看出,在制动初速度一定的条件下,当制动压力较小(<6MPa)时,复合材料摩擦副的摩擦系数高于铸铁摩擦副,且随着制动压力的增大而有所降低,铸铁摩擦副的摩擦系数却随制动压力的增大而升高;当制动压力达到6～8MPa时,两者趋于一致;当制动压力进一步增大(>8MPa)时,复合材料摩擦副的摩擦系数反而低于铸铁摩擦副的摩擦系数。复合材料摩擦副的摩擦系数随制动压力变化的这种趋势似应与复合材料中SiC颗粒的“镶嵌”作用有关。当制动压力较小时,两种摩擦副均以粘着摩擦为其主要摩擦机制。在此阶段,复合材料与制动衬片的接触面主要由面心立方的T-Al微凸体组成,其粘着系数远远高于铸铁摩擦副中体心立方的Fe微凸体[5];但随着制动压力的增大,复合材料接触面上的T-A l微凸体发生塑性变形,使得粘着系数更低的密排六方的

SiC颗粒开始与制动衬片相

图4 摩擦系数与制动压力和制动速度的关系曲线

Fig.4 (a)Effect of braking pressure on the friction

coefficients at consta nt braking initial velocity,

(b)effect of braking initial velocity on the friction

coefficients under constant braking pressure

接触,因而摩擦系数下降并逐渐达到与铸铁摩擦副相当的摩擦系数;当制动压力进一步增大时,复合材料中T-Al微凸体被粘着脱落,其接触面将主要由高硬度的SiC颗粒组成,但其数量毕竟有限,使得实际接触面积降低,因而复合材料的摩擦系数低于铸铁摩擦副的摩擦系数。

从以上试验结果和分析中可以看出,在制动初速度一定时,对复合材料摩擦副施加相对较低的制动压力便可以得到较为理想的制动效果,从而可减轻制动系统的工作压力,延长制动系统的使用寿命。同时,经计算可知,复合材料摩擦副的摩擦系数比较稳定,在试验范围内的稳定系数(摩擦系数均值与最大值之比)为0.975,而在相同压力范围内铸铁摩擦副摩擦系数的稳定系数为0.912。

图4(b)为制动压力一定时,摩擦系数与制动初速度的关系。虽然复合材料摩擦副与铸铁摩擦副的摩擦系数均随制动初速度的提高有所下降,但复合材料摩擦副的下降趋势明显小于铸铁摩擦副,特别

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?复合材料学报

在高速制动情况下,复合材料摩擦副的摩擦系数远高于铸铁摩擦副。例如,制动初速度为160km/h 时,复合材料摩擦副摩擦系数为0.456,而铸铁摩擦副的摩擦系数仅为0.342。在试验制动初速度范围内复合材料摩擦副摩擦系数的稳定系数为0.936,铸铁摩擦副的相应稳定系数则为0.828。说明采用复合材料制动盘可以提高轿车制动系统的可靠性。

复合材料摩擦副与铸铁摩擦副的摩擦系数随制动初速度的提高而下降,主要是制动高温引起摩擦面生成润滑膜所致。润滑膜主要是由于制动过程中产生的局部高温使制动衬片中的低熔点金属熔化或有机物热分解,从而在摩擦面上形成一层由液态物质组成的膜。它对减少制动副材料的磨损有益,但却使其摩擦系数下降。复合材料摩擦副由于基体铝合金良好的导热性,使其在制动过程中的温升远低于铸铁摩擦副,从而产生的润滑膜相对较少,因而摩擦系数下降幅度不大,且较稳定。

2.2.2 制动盘温升对摩擦系数的影响

在轿车高速运行或较长坡路的制动情况下,铸铁制动盘因制动摩擦发热而使其表面温度高达700℃,这一温度远远高于一般铝合金的熔点。然而,大量试验数据表明[3,6],SiC颗粒增强铝基复合材料的导热系数约为HT250铸铁的四倍,比热约为HT250铸铁的2倍,因而在制动过程中复合材料制动盘的表面温升低于铸铁制动盘。在台架试验过程中,进行了制动初速度v=80km/h、制动压力P=6 MPa,制动周期t=60s、连续制动次数n=20的制动盘表面温升和摩擦系数测定试验。结果发现,复合材料制动盘在第7或8次制动后,表面温度不再升高,基本稳定在430℃左右。而且,由于制动温升低,制动衬片材料中有机物的性能变化较小,从而使摩擦系数稳定在0.37～0.43之间。当然,为了具有必要的热容量,制动盘的实际结构尺寸可以适当加大。

2.2.3 制动盘制动磨损性能

表2为复合材料摩擦副与铸铁摩擦副的制动磨损性能试验结果。

从表2中可以看出,复合材料制动盘的质量磨损(1.00g)仅为铸铁制动盘(3.80g)的1/4,且复合材料制动盘在磨损过程中厚度有增加的趋势。复合材料制动盘较高的磨损抗力是由材料中与基体界面结合良好的高硬度SiC颗粒造成的。同时,由于这些高硬度SiC颗粒形状为不规则的多面体,对制动衬片材料具有很强的刮削作用,因而引起制动衬片材料向制动盘摩擦面转移,致使复合材料制动盘的厚度有所增加。磨损后的制动盘表面经扫描电子显微镜观察(见图5)发现,复合材料表面有一层均匀、连续的转移膜,该转移膜与复合材料结合紧密,对制动盘的磨损起到了减缓作用。而HT250铸铁的表面虽然也出现了制动衬片材料的转移,但未形成连续的转移膜。这层转移膜的出现也许是复合材料摩擦副中制动衬片的磨损高于铸铁摩擦副的原因。

此外,在制动试验过程中,与铸铁制动盘相比,复合材料制动盘制动噪音小、运转平稳,因而可望以其替代传统的铸铁制动盘,提高制动器的安全可靠

表2 复合材料摩擦副及铸铁摩擦副的制动磨损性能测试结果

Table2 Wear resistance for brakes consis ting of the composite disc]Z

brakes consisting of cast iron disc

B raking Composite brake Cast iron brake

temperature/℃Brake disc Brake pad*Brake disc Brake pad

500.00-290.00-18

T hickness changes/1000.00-57.50.00-90 (1/1000mm)200+0.01-95-0.01-52

300+0.02-1460.00-98

400+0.04-2240.00-168

50-0.300.00

100T otal mass-0.40T otal mass-0.50 Mass losses/g200losses-0.80losses-0.60

300 1.00g- 2.00 3.80g-0.80

400- 3.30- 2.40 *制动衬片的磨损为内片与外片的总和。

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?齐海波,等:SiC颗粒增强铝基复合材料制动盘的研究

性和服役寿命,减轻轿车悬挂系统的重量,降低

油耗。

图5 复合材料制动盘的磨面形貌

Fig.5 Worn morphology of composite brake disc

3 结 论

(1)适于民用工业规模性批量生产的搅拌熔炼-液态模锻工艺可被用于SiC 颗粒增强铝基复合材料轿车制动盘的制备。研制出的复合材料轿车制动盘强度高,增强颗粒分布均匀,微观结构细密,基本消除了气孔、疏松等铸造缺陷,满足了高性能新型制动盘的基本要求。

(2)在制动速度一定的条件下,复合材料制动盘的摩擦系数随制动压力的增大而降低,与铸铁制动盘摩擦系数的变化趋势相反,因而可对复合材料

制动系统采用较低的制动压力进行制动;在制动压力一定的条件下,复合材料制动盘的摩擦系数随制动速度的增加虽稍有降低,但却明显小于同样条件下铸铁制动盘摩擦系数的降低幅度,这对保证制动装置的安全可靠性和延长制动装置的工作寿命起到了积极的影响作用。

(3)在反复连续制动的工况条件下,复合材料制动盘的表面温升低,摩擦系数稳定。

(4)在制动磨损试验中,复合材料制动盘的质量磨损量约为铸铁制动盘的1/4,但其对制动衬片的磨损却大于铸铁制动盘对制动衬片的磨损。

参考文献:

[1] 迁村太朗.铝合金盘形制动器[J].国外机车车辆工艺,1995

(4):19-23.

[2] Clyne T W,Withers P J.An introduction to metal matrix com-posites[M ].Cambridge:Cambridge University Press,1993.[3] 王文龙,吴军华,张国定,等.铝基复合材料的摩擦磨损性能

[J ].金属学报,1998,34(11):1178-1182.

[4] 任德亮,齐海波,丁占来,等.SiC P /Al 复合材料搅拌铸造工艺

的研究[J].铸造技术,1999(2):41-43.

[5] 高彩桥.摩擦金属学[M ].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,

1988.31.

[6] Davis J R.A SM Specialty Handbook,A luminum and Aluminum

Alloys [M ].New york :ASM International Handbook Commit-tee ,1994.

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66?复 合 材 料 学 报

颗粒增强铝基复合材料的制备方法及其存在的问题20091311

颗粒增强铝基复合材料的制备方法及其存在的问题 冶金0901班 张莹 20091311

近年来，随着不断追求轻量化、高性能化、长寿命、高效能的发展目标带动牵引了轻质高强多功能颗粒增强铝基复合材料的持续发展。提出的低密度、高比强度、高比模量、低膨胀、高导热、高可靠等优异以及良好的抗磨耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀等综合性能要求，传统轻质材料已很难全面满足要求，如铝合金模量低、线胀系数较大; 钛合金密度较大、热导率极低; 纤维增强树脂基复合材料在空间环境下使用易老化等，颗粒增强铝基复合材料经过30 多年的发展，已在国外航空航天领域得到了规模应用，这充分验证了与铝合金、钛合金、纤维树脂基复合材料等传统材料相比具有的显著性能优势，奠定了颗粒增强铝基复合材料在材料体系中的地位和竞争态势。而且更重要的是，在世界范围内有丰富的铝资源，加之易于进行工艺加工成型和处理，因而制各和生产铝基复合材料比其他金属基复合材料更为经济，易于推广，可广泛应用于航空航天、军事、汽车、电子、体育运动等领域，因此，这种材料在国内外受到普遍重视。 颗粒增强铝基复合材料已成为当下世界金属基复合材料研究领域中的一个最为重要的热点，各国已经相继进入了颗粒增强铝基复台材料的应用开发阶段，在美国和欧洲发达国家，该类复台材料的工业应用已开始，并且被列为二十一世纪新材料应用开发的重要方向并日益向工业规模化生产和应用的方向发展。本文旨在探讨颗粒增强铝基复合材料的制备方法及在亟待解决的各方面的问题，推进其应用发展的进程。 主要制备方法介绍： 增强体颗粒的分布均匀性和界面结合状况是影响复合材料性能的重要因素。因此，如何使增强体颗粒均匀分布于铝基体井与铝基体形成良好的界面结台是颗粒增强铝基复台材料制备过程中必须解决的两个最关键问题。以下是制备颗粒增强铝基复合材料的一些方法： 1、原位法 原位法的原理是通过元素间或元素与化合物之间反应制备陶瓷增强金属基复合材料，是近年来迅速发展的一种新的复合工艺方法，目前已成功地在铝基中实现了硼化物、碳化物、氮化物等的原位反应。由于这些增强相引入的特殊性，不仅它的尺寸非常细小，而且与基体具有良好的界面相容性，使得这种复合材料较传统外加增强相复合材料具有更高的强度和模量，以及良好的高温性能和抗疲劳、耐磨损性能。 原位自生铝基复合材料的制备方法较多，下面进行简略介绍。 （1）自蔓延高温合成法：该技术是利用热脉冲使放热反应起始于反应剂粉末压坯的一端，其生成热使邻近的粉末温度骤然升高．发生化学反应并以燃烧波的形式蔓延通过整个反应物，当燃烧波推行前移时反应物转变成产物。该技术的特点是在无需外加热源的情况下，利用高放热化学反应放出的热量使其在引发后自身延续合成材料，节能，粉末纯度高，粒径细小，活性高，易于烧结并能获得高性能的材料。 （2）原位热压放热反应合成法：该技术是在原位热压技术的基础上发展起来的一种新下艺。在制备过程中将反应物的物料混合或与某种基体原料混合后通过热压工艺制备，组成物相在热压过程中原位生成。该技术的突出优点是利用燃烧合成过程的放热反应，在产物处于反应高温时，施加一定的压力。使材料的致密与反应合成同时完成。获得了事半功倍的效果。 （3）放热弥散技术：这种方法法是美国一个实验室在自蔓延法的基础上改进而来的。

金属基复合材料的种类与性能

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。

铝基复合材料及应用

3铝基复合材料及应用 Aluminum matrix composites and applications 在材料体系设计、制备技术、界面研究、改性处理、性能表征、塑性变形和应用研究等方面开展了系统的研究工作，攻克了高致密制备技术、复合材料稳定性设计、稳定化处理技术、超声波辅助钎焊技术和材料稳定性评价方法等关键技术。研制出的系列颗粒、晶须和纤维增强铝基复合材料，已经应用于卫星、飞机、载人航天等领域。2008年获得国家技术发明二等奖。 The fabrication technology,interface structure,surface modification,property characterization,and plastic deformation have been investigated.A series of key technological problems have been broken through,such as high-density composite fabrication,design of dimensional stability,stabilizing treatment,ultrasonic assisted brazing and evaluation of materials stability.The composites have been successfully applied for industries. SiCp/Al 复合材料样件 SiCp/Al composites samples SiCw/Al 复合材料卫星天线展开机构丝杠 Satellite antenna screw rods of SiCw/Al composite SiC p /Al 相机框架焊接件Brazed camera carriages of SiCp/Al composite

颗粒增强铝基复合材料研究与应用进展

颗粒增强铝基复合材料研究与应用进展摘要：综述了颗粒增强铝基复合材料的研究现状，从基体、增强体的选择，铝基复合材料的制备方法，影响复合材料性能的因素和改善措施等方面进行阐述，并介绍了该复合材料的广泛应用。 关键词：颗粒；铝基复合材料；制备方法; 应用 Abstract ：The research progress of particle reinforced aluminum matrix composite was summarized. The research status of the composite was reviewed in detail from the choice of the reinforcement and the matrix, the preparation technique of aluminum matrix composite, the factors which can affect the performance of the composite. Key words ：particle; aluminum matrix composite; preparation methods; application 1.前言 铝基复合材料是以金属铝及其合金为基体 , 以金属或非金颗粒、晶须或纤维为增强相的非均质混合物。按照增强体的不同 , 铝基复合材料可分为纤维增强铝基复合材料和颗粒增强铝基复合材料。由于颗粒增强铝基复合材料具有高的比强度、比刚度，优良的高温力学性能和耐磨性，并且价格便宜，适于批量生产，良好的耐磨性和导热性能等优点，在航天、航空、汽车、电子、光学等工业领域具有相当广泛的应用前景。 颗粒增强复合材料是指弥散的硬质增强相的体积超过 20％的复合材料，而不包括那些弥散质点体积比很低的弥散强化金属的金属基复合材料[1] 。此外，这种复合材料的颗粒直径和颗粒间距很大，一般大于1μｍ。在这种复合材料中，增强相是主要的承载相，而基体的作用则在于传递载荷和便于加工。这种材料虽然其增强效应远不及连续纤维，但它主要是可以弥补某些材料性能的不足，如增加刚度、耐磨性、耐热性、抗蠕变等。在这种复合材料中，硬质增强相造成的对基体的束缚作用能阻止基体屈服。颗粒复合材料的强度通常取决于颗粒的直径、间距和体积比，但基体很重要。除此之外，这种材料的性能还对界面性能及颗粒排列的几何形状十分敏感[2]。 2.铝基复合材料的选择

SiC颗粒增强铝基复合材料制动盘的研究

文章编号:1000-3851(2001)01-0062-05 收稿日期:1999-05-30;收修改稿日期:1999-10-30基金项目:河北省博士基金资助项目(96Z1107) 作者介绍:齐海波(1972),男,硕士,讲师,研究方向:金属基复合材料及纤维增强混凝土复合材料。 SiC 颗粒增强铝基复合材料制动盘的研究 齐海波,丁占来,樊云昌,姜稚清 (石家庄铁道学院材料科学与工程研究所,石家庄050043) 摘 要: 采用半固态搅拌熔炼-液态模锻工艺制备了与Santana 轿车前制动器相匹配的SiC 颗粒增强铝基复合材料制动盘,对该制动盘进行了材料拉伸性能和微观结构分析,并在SCHENCK 制动试验台上进行了制动性能和制动磨损试验。结果表明,复合材料的拉伸性能优于传统制动盘材料HT 250铸铁;在各种制动工况条件下,复合材料制动盘对制动衬片的摩擦系数均在大众公司企业标准规定的范围之内,且较稳定;此外,复合材料制动盘质轻、耐磨,制动噪音小、温升低,运转平稳;因此,可望以其替代传统的铸铁制动盘,提高制动器的安全可靠性和服役寿命,减轻轿车悬挂系统的重量,降低油耗。 关键词: SiC P /Al 复合材料;制动盘;台架试验;摩擦系数中图分类号: TB 331;U 467 文献标识码:A RES EARCH ON AUTOMOTIVE BRAKE DIS CS OF S iC P /Al COMPOSITE QI Ha i -bo ,DING Zhan -la i ,FAN Y un -chang ,JIANG Zhi -qing (Institute of Materia ls Science and Engineering,Shijia zhuang Railway Institute,Shijia zhuang 050043,China) Abstract : The SiC P /A l composite bra ke disc designed for the front bra ke of SANTANA ca rs was prepa red by semi-solid stirring melting and liquid forging.The tensile properties and microstructures of the disc ma terials were examined ,a nd the tribologica l -wear performa nces of the disc were tested on the SCHENCK brake testing system ma de in Germany.The results show that the tensile properties of the composites a re superior to those of the conventional disc ma teria l ,grey cast iron ;and tha t under different bra king conditions,the friction coefficients of the composite disc against the conventional brake pad a re within the ra nge specified by the sta ndard of VOLKSWAGEN compa ny and with sma ll fluctua tions.It is also found that the bra ke disc made of the composite ha s such adva ntages a s light weight ,high wear resistance ,low braking noise and low braking temperature rises ,smooth operat-ing,etc.Hence,it is hopeful to substitute the composite disc for the traditional cast iron disc to in-crease reliability and to prolong the survice life of the car brake ,to lighten the weight of the ha nging system,and thus,to decrease gas expenditure of cars. Key words : SiC P /Al composite ;brake discs ;dynamometer tests ;friction coefficients 目前,随着能源的日益紧缺和车辆速度的不断提高,车辆的减重已成为必然的趋势。与传统钢铁材料相比,SiC 颗粒增强铝基复合材料具有高的比强度、比刚度,良好的耐磨性和热稳定性等特点,较适合于制作汽车和火车盘形制动器的制动盘,从而使悬挂系统的重量减轻50%以上。国外,日、德等国相继开发出了适于高速列车的SiC 颗粒增强铝基复合材料制动盘[1],美国Ford 公司进行了轿车制动盘的 研制和开发[2];国内,虽有上海交通大学王文龙等人研制铝基复合材料摩托车制动轮毂的报道 [3] ,但在 轿车和火车复合材料制动盘的研究方面,尚未见诸报道。本研究中采用非真空条件下的搅拌熔炼-液态模锻工艺,制备了SiC 颗粒增强铝基复合材料,将制备的材料用于Santa na 轿车前制动盘的研制,并对复合材料制动盘进行了一系列的性能测试和台架试验,以期开发出高性能的新型轿车制动盘,达到减轻 复合材料学报 ACT A MATERIAE COMPOSIT AE SINICA 第18卷 第1期 2月 2001年Vol.18 No.1 February 2001

碳化硅颗粒增强铝基复合材料

碳化硅颗粒增强铝基复合材料 碳化硅颗粒增强铝基复合材料, 是目前普遍公认的最有竞争力的金属基复合材料品种之一。尽管其力学性能尤其是强度难与连续纤维复合材料相匹敌, 但它却有着极为显著的低成本优势, 而且相比之下制备难度小、制备方法也最为灵活多样, 并可以采用传统的冶金工艺设备进行二次加工, 因此易于实现批量生产。冷战结束后的20 世纪90 年代, 由于各国对国防工业投资力度的减小, 即使是航空航天等高技术领域, 也越来越难以接受成本居高不下的纤维增强铝基复合材料。于是, 颗粒增强铝基复合材料又重新得到普遍关注。特别是最近几年来, 它作为关键性承载构件终于在先进飞机上找到了出路, 且应用前景日趋看好, 进而使得其研究开发工作也再度升温。碳化硅颗粒增强铝基复合材料主要由机械加工和热处理再结合其的性质采用一定的方法制造。如铸造法、粘晶法和液相和固相重叠法等。 碳化硅颗粒增强铝基复合材料碳化硅和颗粒状的铝复合而成，其中碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成，再和增强颗粒铝复合而成，增强颗粒铝在基体中的分布状态直接影响到铝基复合材料的综合性能,能否使增强颗粒均匀分散在熔液中是能否成功制备铝基复合材料的关键,也是制备颗粒增强铝基复合材料的难点所在。纳米碳化硅颗粒分布的均匀与否与颗粒的大小、颗粒的密度、添加颗粒的体积分数、熔体的粘度、搅拌的方式和搅拌的速度等因素有关。纳米颗粒铝

的分散的物理方法主要有机械搅拌法、超声波分散法和高能处理法。对复合材料铸态组织的金相分析表明，碳化硅复合材料挤压棒实物照片 颗粒在宏观上分布均匀，但在高倍率下观察，可发其余代表不同粒度、含量的复台材料现SiC颗粒主要分布在树枝问和最后凝固的液相区，同时也有部分SiC颗粒存在于初生晶内部，即被初生晶所吞陷。从凝固理论分析，颗粒在固液界面前沿的行为与凝固速度、界面前沿的温度梯度及界面能的大小有很大关系，由于对SiC颗粒的预处理有效地改善了它与基体合金的润湿性，且在加入半固态台金浆料之前的预热温度大大低于此时的合金温度，故而部分SiC颗粒就可能直接作为凝固的核心而存在于部分初生晶的内部，但是太多数SiC在枝晶相汇处或最后凝固的液相中富集，这便形成了上述的组织形貌。金属中弥敷分布的铝对金属中的品界运动，位错组态及位错运动都有响．纳米碳化硅颗粒增强复合材料具有细小而均匀的组织其原因应该是细小而均匀分布的纳米颗粒高教率地占据空间，颗粒间距较小．有效地控制晶粒的长大；微米碳化硅颗粒增强复台材料中．颗粒尺寸较大，它在空间的分布间距也较大，由于基体热膨胀系数的差异而引起的局部应力也越大，造成了颗粒附近与远离颗粒处基体状态的差异．这种差异是造成微米颗粒增强复合材料组织不均匀的原因。 碳化硅颗粒增强铝基复合材料的航空航天工程应用；1、在惯导系统中的潜在应用；在我国自行研制的诸多型号机载、弹载惯性导航系统中, 不同程度地存在着现用的铸造铝合金结构件比刚度不足、热

铝基复合材料

目录 一、引言 (1) 二、铝基复合材料的基本成分 (1) 三、铝基复合材料的性能 (1) 3.1 低密度 (1) 3.2 良好的尺寸稳定性 (1) 3.3强度、模量与塑性 (2) 3.4耐磨性 (2) 3.5疲劳与断裂韧性 (2) 3.6热性能 (2) 四、铝基复合材料的应用 (3) 4.1 在汽车领域的应用 (3) 4.2 在航空航天领域的应用 (3) 4.3 在电子和光学仪器中的应用 (3) 4.4 在体育用品上的应用 (4) 五、铝基复合材料的制造工艺 (4) 5.1 粉末冶金法 (4) 5.2 高能-高速固结工艺 (4) 5.3 压力浸渗工艺 (5) 5.4 反应自生成法 (5) 5.5 液态金属搅拌铸造法 (5) 5.6 半固态搅拌复合铸造 (5) 六、铝基复合材料的研究的热点及发展趋势 (6) 6.1铝基复合材料的研究的热点 (6) 6.1.1纳米相增强铝基复合材料 (6) 6.1.2碳管纳米增强铝基复合材料 (6) 6.2铝基复合材料的发展趋势 (7)

铝基复合材料的综述 摘要：本文较为详细的介绍了铝基复合材料的性能、应用及其制造工艺，并指出了铝基复合材料的发展趋势。 关键词: 铝基复合材料; 性能; 应用; 工艺；发展趋势 一、引言 复合材料是应现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命力的材料，它由两种或两种以上性质不同的材料通过各种工艺手段复合而成。复合材料可分为三类：聚合物基复合材料（PMCs）、金属基复合材料（MMCs）、陶瓷基复合材料（CMCs）。金属基复合材料基体主要是铝、镍、镁、钛等。铝在制作复合材料上有许多特点,如质量轻、密度小、可塑性好,铝基复合技术容易掌握,易于加工等。此外,铝基复合材料比强度和比刚度高,高温性能好,更耐疲劳和更耐磨,阻尼性能好,热膨胀系数低。同其他复合材料一样,它能组合特定的力学和物理性能,以满足产品的需要[1]。因此,铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。按照增强体的不同,铝基复合材料可分为纤维增强铝基复合材料和颗粒增强铝基复合材料。纤维增强铝基复合材料具有比强度、比模量高,尺寸稳定性好等一系列优异性能,但价格昂贵,目前主要用于航天领域,作为航天飞机、人造卫星、空间站等的结构材料。颗粒增强铝基复合材料可用来制造卫星及航天用结构材料、飞机零部件、金属镜光学系统、汽车零部件;此外还可以用来制造微波电路插件、惯性导航系统的精密零件、涡轮增压推进器、电子封装器件等。 二、铝基复合材料的基本成分 铝及其合金都适于作金属基复合材料的基体，铝基复合材料的增强物可以是连续的纤维，也可以是短纤维，也可以是从球形到不规则形状的颗粒。目前铝极复合材料增强颗粒材料有SiC、AL2O3、BN等，金属间化合物如Ni-Al，Fe-Al和Ti-Al也被用工作增强颗粒。 三、铝基复合材料的性能 铝基复合材料的性能取决于基体合金和增强物的特性、含量、分布等。与基体合金相比,铝基复合材料具有许多优良的性能。 3.1 低密度 2,铝基复合材料的密度一般在8.2左右,基本上与一般铝合金相当,比钢低3同等几何尺寸的零件,其重量仅为钢制的1左右。 3.2 良好的尺寸稳定性 许多增强物都具有很小的热膨胀系数,加入相当含量的增强物可降低材料膨胀系数,从而得到热膨胀系数小、尺寸稳定性好的铝基复合材料。

铝基复合材料综述

铝基复合材料综述 XXXXXXXXXXX 摘要铝基复合材料凭借密度小、耐磨、热性能好等优点在航天航空等领域占有优势地位。文中综述了铝基复合材料的种类、铝基复合材料性能、各种铝基复合材料的制备和应用以及发展前景。 关键词铝基复合材料种类性能制备应用 Abstract Al-based alloys have advantages in the field of the aerospace by the advantages of small density , anti-function ,good thermal performance and so on. This article discussed the kinds ,performance ,approach , use and development prospect of Al-based alloys. Key words Al-based alloys kind performance approach use

1.引言 自20世纪80年代金属基复合材料大规模研究与开发以来，铝基复合材料在航空，航天，电子，汽车以及先进武器系统等领域得到迅速发展。铝基复合材料的制备工艺设计高温、增强材料的表面处理、复合成型等复杂工艺，而复合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决于其制造技术。因此，研究和开发心的制造技术，在提高铝基复合材料性能的同时降低成本，使其得到更广泛的应用，是铝基复合材料能否得到长远发展的关键所在。铝在制作复合材料上有许多特点,如质量轻、密度小、可塑性好,铝基复合技术容易掌握,易于加工等。此外,铝基复合材料比强度和比刚度高,高温性能好,更耐疲劳和更耐磨,阻尼性能好,热膨胀系数低。同其他复合材料一样,它能组合特定的力学和物理性能,以满足产品的需要。因此,铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。2.铝基复合材料分类 按照增强体的不同,铝基复合材料可分为纤维增强铝基复合材料和颗粒增强铝基复合材料。纤维增强铝基复合材料具有比强度、比模量高,尺寸稳定性好等一系列优异性能,但价格昂贵,目前主要用于航天领域,作为航天飞机、人造卫星、空间站等的结构材料。颗粒增强铝基复合材料可用来制造卫星及航天用结构材料、飞机零部件、金属镜光学系统、汽车零部件;此外还可以用来制造微波电路插件、惯性导航系统的精密零件、涡轮增压推进器、电子封装器件等。 3.铝基复合材料的基本成分 铝及其合金都适于作金属基复合材料的基体，铝基复合材料的增强物可以是连续的纤维，也可以是短纤维，也可以是从球形到不规则形状的颗粒。目前铝基复合材料增强颗粒材料有SiC、AL2O3、BN等，金属间化合物如Ni-Al，Fe-Al和Ti-Al也被用工作增强颗粒。 4.铝基复合材料特点 在众多金属基复合材料中，铝基复合材料发展最快且成为当前该类材料发展和研究的主流，这是因为铝基复合材料具有密度低、基体合金选择范围广、热处理性好、制备工艺灵活等许多优点。另外，铝和铝合金与许多增强相都有良好的接触性能，如连续状硼、AL2O3\ 、

颗粒增强铝基复合材料的研究

颗粒增强铝基复合材料的研究 姓名：陈云班级：10161201 学号：1016120118 【摘要】本文简要介绍了常见的几种颗粒增强铝基复合材料的增强颗粒和性质，以及颗粒增强铝基复合材料的制备方法和应用。 【关键词】颗粒增强铝基复合材料碳化硅氧化铝碳化钛石墨粉末冶金原位反应合成 0 前言 金属基复合材料是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料。铝基复合材料是金属基复合材料的一种，按照增强体形式不同可以分为长纤维增强铝基复合材料，短纤维增强铝基复合材料，晶须增强铝基复合材料及颗粒增强铝基复合材料。 颗粒增强铝基复合材料的增强颗粒克服了制备过程中出现的纤维损伤，微观组织不均匀，纤维与纤维相互接触，反应带过大等影响材料性能的缺点。同时，颗粒增强铝基复合材料制备成本低廉，回收性和再利用性好，使其在各个领域都具有广泛应用。因此，本文将简要介绍颗粒增强铝基复合材料的部分相关内容。 1 颗粒增强铝基复合材料 颗粒增强铝基复合材料具有密度小，比强度、比刚度高，剪切强度高，热膨胀系数低，热稳定性和导热、导电性能良好，以及抗磨耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀优良等一系列优点。颗粒的增强主要是弥散强化，颗粒越小，弥散强化的效果越好，材料的性能也就越佳。 颗粒增强铝基复合材料增强体的选择要求颗粒在基体中高度弥散均匀分散，尺寸大小要适度，与基体间要有一定粘结作用，而且它们之间各方面都要相匹配。常见的增强颗粒有：碳化硅、碳化钛、氧化铝和石墨颗粒。 1.1 碳化硅颗粒增强铝基复合材料 碳化硅颗粒增强铝基(SiC p/Al)复合材料是一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料，它是用碳化硅颗粒作为增强体，采用铝或铝合金作基体，按设计要求，以一定形式、比例和分布状态，构成有明显界面的多组相复合材料。通过改变碳化硅颗粒在复合材料中的含量，可以对材料的性能进行调整。一般随碳化硅体积含量的增

颗粒增强铝基复合材料

颗粒增强铝基复合材料 1.复合材料 1.1复合材料的概述 材料是社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。在许多方面，传统的单一材料已不能满足实际需要，这些都促进人们对材料的研究逐步摆脱过去单纯靠经验的摸索方法，向预定性能设计新材料的研究方展发展。复合材料(Composite Materials)一词大约出现在20世纪50年代，随之也出现复合材料较为严格的定义。复合材料是由两种或两种以上物理和纯学性质不固的物质组合两成的一种多相固体材料[1]。复合材料的组分材料虽然保持其相对的独立性，但复合材料的性能却不是组分材料的简单加和，两是有着重要的改进。复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。分散相是以独立的形态分布在整个连续相中，两相之间存在着相界面。分教相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料。 自上世界40年代美国诞生了玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢)以来，新型增强材料不断出现，到目前为止，聚合物基、金属基、陶瓷基、混凝土基复合材料和碳，碳复合材料正以前所未有的速度发展。随着航天航空技术的发展，对结构材料的比强度、比模量、韧性、耐热、抗环境能力和加工提出了新的要求。高强度、高模量的耐热纤维和颗粒与金属复合，特别是轻金属复合焉成的金属基复合材料，克服了树脂基复合材料耐热性差和不导电、导热性能低等不足，加上增强体不仅提高了材料的强度，还可以保持密度变纯不大甚至降低。此外，这种材料还具有耐疲劳、耐磨耗、高阻尼、不吸潮放气等特点，已经广泛应用予尖端技术领域，是理想的结构材料。2l世纪我们面临筋将是复合材料迅猛发展和更广泛应用的时代[2-4]。 1.2颗粒增强铝基复合材料 金属基复合材料(Metal Matrix Composite，简称MMC)是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料。其增强材料大多为无机非金属，如陶瓷、碳、石墨及硼等，也可以用金属丝。在结构材料方面，

铝基复合材料简述

铝基复合材料 1. 铝基复合材料的基本性能 1.1 强度，模量与塑性 铝基复合材料比强度和比刚度高．高温性能好。更耐疲劳和更耐磨，阻尼性 能好，热膨胀系数低。同其他复合材料一样，它能组合特定的力学和物理性能，以满足产品的需要。因此，铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。 增强体的加入在提高铝基复合材料强度和模量的同时。降低了塑性。 另外增强相的加入又赋予材料一些特殊性能，这样不同金属与合金基体及不 同增强体的优化组合。就使金属基复合材料具有各种特殊性能和优异的综合性能。 尤其是弥散增强的铝基复合材料，不仅具有各向同性特征，而且具有可加工 和价格低廉的优点，更加引起人们的注意。 1.2 耐磨性 高的耐磨性是铝基复合材料(SiC、A1203)增强的特点之一 颗粒体积分数对复合材料摩擦系数的影响显著，而颗粒尺寸对复合材料摩擦系数影响不大。 与基体合金相比，铝基复合材料表现出良好的抗磨损性能，并随着加入颗粒 尺寸的减小和数量的增多而变强。在滑动磨损实验中，颗粒及纤维增强的铝基复合材料的耐磨性有两个数量级的提高，但随着磨粒尺寸的增大，载荷中冲击成分的提高使其耐磨性迅速下降。材料的耐磨性的好坏取决于强化机制、增强相之间的相互制约及与基体在变形过程中的协调作用。当然，也与增强相类型及基体合金的性能有关。 增强相的聚结显著降低材料的耐磨性。 1.3 疲劳与断裂韧性 铝基复合材料的疲劳强度和疲劳寿命一般比基体金属高，这与刚度及强度的提高有关，而断裂韧性却下降。影响铝基复合材料疲劳性能和断裂的主要因素有：增强物与基体的界面结合状态、基体与增强物本身的特性和增强物在基体中的分布等。界面结合状态良好，可以有效地传递载荷，并阻止裂纹扩展，提高材料的断裂韧性。 目前对复合材料疲劳断裂过程的研究分为疲劳裂纹的萌生和扩展两个方面。现有的研究工作在实验的基础上得出疲劳裂纹萌生于SiC 附近。SiC与铝合金界

昆明理工大学材料学院学生大四上学期专业课论文_颗粒增强铝基复合材料

铝基复合材料的研究发展现状与发展前景——颗粒增强铝基复合材料 课程名称：复合材料 学生：XX 学号：XXXXX 班级：XX 日期：20XX年X月X日

铝基复合材料的研究发展现状与发展前景 ——颗粒增强铝基复合材料 XX （刚理工大学，省市，650093） 摘要：介绍了颗粒增强铝基复合材料的发展历史、制备工艺、性能及应用，以碳化硅颗粒增强铝基复合材料为例指出了颗粒增强铝基复合材料这一行业存在的问题，并对这种材料的未来发展趋势做了预测。 关键词：颗粒增强铝基复合材料；历史；工艺；性能；应用；趋势 0.引言 近年来在金属基复合材料领域, 铝基复合材料(包括纤维增强和颗粒增强)的发展尤为迅速。这不仅因为它具有重量轻、比强度、比刚度高、剪切强度高、热膨胀系数低、良好的热稳定性和导热、导电性能, 以及良好的抗磨耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀等一系列优点, 而且因为在世界围有丰富的铝资源, 加之可用常规设备和工艺加工成型和处理, 因而制备和生产铝基复合材料比其他金属基复合材料更为经济, 易于推广和应用,因此, 这种材料在国外受到普遍重视。而其中的颗粒增强铝基复合材料解决了纤维增强铝基复合材料增强纤维制备成本昂贵的问题, 而且材料各向同性, 克服了制备过程中出现的诸如纤维损伤、微观组织不均匀、纤维与纤维相互接触、反应带过大等影响材料性能的许多缺点。所以颗粒增强铝基复合材料已成为当今世界金属基复合材料研究领域中的一个最为重要的热点, 并日益向工业规模化生产和应用的方向发展。 1.发展历史 金属基复合材料（复合材料）自60年代初期开始研究，现在已经取得了突破性的进展。初期研究的工作主要集中在连续纤维增强复合材料]1[,但由于连续长纤维本身的制造工艺复杂、价格昂贵，再加上纤维的预处理以及纤维增强复合材料制造工艺限制，使连续纤维增强复合材料成本极高，仅限用于要求极高性能的场合。 因此，进入80年代，研究重点转向了成本较低的SiC、Al 2O 3 等颗粒或晶须作为增 强材料的不连续增强复合材料，这种材料具有比刚度、比强度强，耐磨性、抗蠕变性好、热膨胀系数小等特点]2[，其比刚度超过了钢和钛合金，而价格不到钛合金的十分之一]3[，用以取代钢、钛等材料，对减轻产品结构重量，降低成本具有明显的经济效益，尤其是取代航空、航天飞行器中的合金钢、钛合金构件，更具有巨大的潜力。 20世纪70年代末，美国政府开始将复合材料列入武器研究清单，并对其研究成果限制发表。日本通产省在20世纪80年代初期开始实施的“下世纪产业基础技术”规划中，把发展铝基复合材料放在了主要位置，并在财力、物力上向有关院所、高校和公司倾斜。我国从20世纪80年代中期开始经过十几年的努力，在颗粒增强铝基复合材料的组织性能、复合材料界面等方面的研究工作已接近国际先进水平，铝基复合材料已列为国家“863”新型材料研究课题。

陶瓷基复合材料的研究现状与发展前景

——碳化物陶瓷基复合材料课程名称：复合材料 学生姓名：舒顺启 学号：200910204123 班级：材料091班 日期：2012年12月22日

——碳化物陶瓷基复合材料 摘要：本文综述了陶瓷基复合材料的发展历史,介绍了陶瓷基复合材料的制备工艺,详细阐述了陶瓷基复合材料的性能与应用,分析了陶瓷基复合材料存在的问题，并展望了陶瓷基复合材料未来发展趋势。 关键词：陶瓷基复合材料、制备工艺、性能、应用 Ceramic matrix composites research present situation and the development prospect --Carbide ceramic matrix composites Abstract：This paper reviews the ceramic base composite material, the development history of ceramic matrix composites is introduced the preparation process, elaborated the ceramic matrix composites, the properties and the application of the analysis of the ceramic base composite material existing problems, and prospects the ceramic matrix composites future development trend. Key words：Ceramic matrix composites, preparation process, performance and application 1 引言 陶瓷基复合材料是近二十年来发展起来的新型材料,由于该类材料具有良好的高温性能。因此它作为耐高温结构材料在航空航天工业和能源工业等领域的应用具有巨大的潜力。如航空发动机的推重比为lO时,涡轮前进口温度达1650℃,在这样高的温度下,传统的高温合金材料已经无法满足要求【1】,因此国内外的材料研究者纷纷把研究的重点转向陶瓷基复合材料。研究者通过大量的实验发现,陶瓷基复合材料不仅具有良好的高温稳定性和高温抗氧化能力,而且材料在断裂

铝基复合材料

内容摘要 本次原位铝基纳米复合材料课程设计主要包括四个任务，即原位铝基纳米复合材料在国内外的应用和研究现状，原位铝基纳米复合材料的制备技术，原位铝基纳米复合材料的性能（其中包括力学性能，磨损性能，热学性能，和蠕变性能）以及原位铝基纳米复合材料制备及应用中存在的关键技术问题。

目录 一.原位铝基纳米复合材料的国内外应用及研究现状 (3) 1.1 原位铝基复合材料的定义 (3) 1.2 原位铝基纳米复合材料在国内外的应用 (3) 1.3 原位铝基纳米复合材料的研究现状 (4) 二.原位铝基纳米复合材料制备技术 (5) 2.1气-液反应制备工艺 (5) 2-2 固-液反应制备工艺 (7) 2-3固-固反应制备工艺 (7) 三. 原位铝基纳米复合材料的性能 (8) 3.1 力学性能 (8) 3.2 磨损性能 (10) 3.3 热学性能 (12) 3.4 蠕变性能 (16) 四.原位铝基复合材料制备及应用中存在的关键技术问题 (17) 参考文献 (17)

一.原位铝基纳米复合材料的国内外应用及研究现状 1.1 原位铝基复合材料的定义 复合材料(composite materials)是由两种或两种以上的材料通过先进的材料制备技术组合而成的性能优异的新材料。一般来说，复合材料由基体和增强材料组成。它既能保留原组成材料的主要特色，并通过复合效应获得原组分所不具备的性能。[1] 金属基复合材料(MMCs)是以金属或合金为基体，以金属或非金属线、丝、纤维、晶须或陶瓷颗粒组合为增强相的非均质混合物。在金属基复合材料中，铝基复合材料具有更高的比强度、比模量和低的热膨胀系数，尤其是弥散增强的铝基复合材料，不仅具有各向同性特征，而且具有可加工和价值低廉的优点。在金属基复合材料制备过程中，往往会遇到增强材料与金属基体之间的相容性问题。如果增强体能从金属基体中直接原位生成，则相容性问题可以得到很好的解决。因为原位生成的增强体与金属基体界面结合良好，生成相的热力学稳定性好，不存在基体与增强体之间的润湿和界面反应等问题。[2] 原位铝基复合材料,是利用混合体中组分之间的化学反应,生成一种或多种高硬度和高熔点增强相,均匀分布于铝合金基体上,达到强化基体的作用。由于增强相是反应合成的,内生于基体之中,因而具有许多外加强化相强化铝基复合材料所不具有的独特优点[3]： 1) 增强体在铝基体上原位形核、长大,具有强界面结合、良好的相容性。 2) 通过选择反应物来控制增强相种类、大小和数量,并可以通过工艺来控制其大小和分布,不易出现增强相的团聚或偏析。 3) 省去了增强物的预处理,简化了工艺流程,成本也相对降低。 4) 增强相颗粒细小,往往处于微米级或微米以下,能保证铝基复合材料不但有良好的韧性和高温性能,而且有很高的强度和弹性模量。 5) 能与铸造工艺结合,直接制造出形状复杂、尺寸变化大的近终形产品。 1.2 原位铝基纳米复合材料在国内外的应用 在航空航天方面，A356和A357／SiC颗粒增强铝基原位复合材料可制造飞机液压管，直升飞机支架和阀体。2099铝合金+25％SiC材料可以制造火箭发动机零件。美国DWA特种复合材料公司用f(SiCp)25％增强6061铝合金基复合材料代替7075铝合金生产宇航结构导槽、角材，其密度下降了17％，用A357合金+f(SiC)20％可以制造坦克火力控制镜的基片和导弹机翼。在汽车制造方面，几乎所有的欧美汽车制造厂，在研究采用金属基复合材料制造制动盘、制动鼓。国内已将铝基复合材料应用于刹车轮，使其重量减少了30％～60％，

铝基复合材料的应用领域及发展前景

铝基复合材料的应用领域及发展前景 铝基复合材料的简单介绍 铝在制作复合材料上有许多特点，如质量轻、密度小、可塑性好，铝基的符合技术容以掌握，易于加工等。此外，铝基复合材料比强度和比刚度高，高温性能好，耐疲劳和耐磨，以及工程可靠性。同其他复合材料一样，它能组合特定的力学和物理性能，以满足产品的需要。因此，铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的，最重要的材料之一。 复合材料的制造包括将复合材料的组分组装并压合成始于复合材料零件的形状。常用的工艺有两种，第一种是纤维与基体组装压合和零件成型同时进行；第二种是先加工成复合材料的预制品，然后再将预制品制成最终形态的零件。前一种工艺类似于铸件，后一件则类似于先铸锭然后再锻成零件的形状。 制造过程可分为三个阶段：纤维排列、复合材料组分的组装压合和零件层压。大多数硼-铝复合材料是用预制品或中间复合材料制造的。前述的两种工艺具有十分相似的制造工艺，这就是把树脂粘合或者是等离子喷涂条带预制品再经过热压扩散结合。 1.挥发性粘合剂工艺 这种工艺是一种直接的方法，几乎不需要什么重要设备或专门技术。制造预制品的材料包括成卷的硼纤维、铝合金箔、气化后不残留的易挥发树脂以及树脂的溶剂。铝箔的厚度应结合适当的纤维间距来选择，通常为50～75μm。 所用的纤维排列方法有两种，单丝滚筒缠绕和从纤维盘的线架用多丝排列成连续条带。前一种工艺因为简单而较常使用。利用滚筒缠绕可能做成幅片，其尺寸等于滚筒的宽度和围长。由于简单的螺杆机构便能保证纤维盘的移动与滚筒转动相配合，故能使间距非常精确和满足张力控制。 铝基复合材料的性能 铝基复合材料的性能取决于基体合金和增强物的特性、含量、分布等。与集体和金相比，铝基复合材料具有许多优良的性能。 低密度 良好的尺寸稳定性 强度、模量与塑性 耐磨性 疲劳与断裂韧性 在硼-铝的压合中有下述一些重要的限制： （1）纤维损伤问题限制了时间-温度参数。 （2）为保证铝的结合和消除孔隙度，时间-温度-压力参数必须高于门限值，因为这是一个受蠕变和扩散限制的过程。 （3）高压力会增加纤维的断裂。 （4）为防止硼氧化要求仔细控制气氛。