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金屬基復(fù)合材料范文第1篇

關(guān)鍵詞：金屬基復(fù)合材料；網(wǎng)狀陶瓷增強(qiáng)體；潤濕性；泡沫陶瓷；鑄造方法 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TB331 文章編號(hào)：1009-2374（2015）23-0070-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.23.036

網(wǎng)狀陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備是采用鑄造方法，以金屬作為基體，以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)陶瓷骨架作為增強(qiáng)相，將金屬液澆注到網(wǎng)絡(luò)陶瓷的孔隙內(nèi)部形成復(fù)合材料。此法制備的復(fù)合材料具有高耐磨性、高耐蝕性、高強(qiáng)度和高硬度等特點(diǎn)，是研究新型復(fù)合材料的一個(gè)新突破點(diǎn)。

1 研究現(xiàn)狀

國內(nèi)對(duì)網(wǎng)狀陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究主要集中在Al和Mg等輕金屬方面，而對(duì)鋼鐵等重金屬的研究較少。耿浩然等制備了Si3N4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)陶瓷預(yù)制體骨架，然后利用無壓浸滲理論制備出Si3N4/Mg復(fù)合材料、Si3N4/Al復(fù)合材料和Al2O3/Mg復(fù)合材料。以上網(wǎng)狀陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究僅限于輕金屬。邢宏偉等用擠壓鑄造法制備了三維網(wǎng)絡(luò)SiC/銅合金基復(fù)合材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，骨架孔徑的減小有細(xì)化晶粒、減輕偏析和抑制鉛的偏聚等作用。骨架的存在使錫均勻分散于復(fù)合材料網(wǎng)孔邊緣SiC骨架表層附近的微小區(qū)域。張友壽等通過鑄造法使金屬液滲入粗顆粒陶瓷預(yù)制體間隙來獲得金屬陶瓷復(fù)合材料，但是對(duì)陶瓷顆粒的尺寸要求極為嚴(yán)格。李祖來等利用V-EPC法以陶瓷WC顆粒作為增強(qiáng)體，使用高碳鉻鐵粉末來調(diào)節(jié)WC顆粒的體積分?jǐn)?shù)，制備出了表面質(zhì)量好、尺寸精度高、耐磨性能高的表面復(fù)合材料。

由于連續(xù)網(wǎng)狀陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究目前還處于起步階段，國內(nèi)外的相關(guān)報(bào)道比較少，如何將二者結(jié)合制成復(fù)合材料，開發(fā)具有良好的強(qiáng)韌性能和高的抗磨損性能的新型金屬基復(fù)合材料是我們下一步工作研究的重點(diǎn)。

2 網(wǎng)狀陶瓷的性能要求

作為金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)體的網(wǎng)狀陶瓷預(yù)制體必須具有以下特點(diǎn)：陶瓷通孔率要高、強(qiáng)度要高、與金屬基體要有良好的潤濕性。

只有滿足上述要求的泡沫陶瓷預(yù)制體才能用于金屬基復(fù)合材料的制備。因此通常采用有機(jī)泡沫浸漬方法制備網(wǎng)狀泡沫陶瓷該工藝，這是因?yàn)榇酥苽浞椒üに嚭唵巍⒊杀镜?，而制得的泡沫陶瓷具有高氣孔率和高?/p>

孔率。

3 網(wǎng)狀陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法

3.1 擠壓鑄造法

擠壓鑄造法是將一定量的液態(tài)金屬直接澆入敞開的金屬型型腔內(nèi)，在一定時(shí)間內(nèi)凸型以一定的壓力和速度作用于液態(tài)金屬上，使熔融或半熔融態(tài)的金屬塑性流動(dòng)和凝固結(jié)晶成形的加工過程。其優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、金屬液易于填充到陶瓷網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部、易于成型、成本低、復(fù)合材料性能好。

3.2 負(fù)壓實(shí)型鑄造法

此方法也叫消失模鑄造法。即采用聚苯乙烯泡沫材料（EPC）把增強(qiáng)體網(wǎng)絡(luò)陶瓷表面包圍后，刷上涂料，晾干后待用。然后將模型埋入干砂中，震實(shí)后在負(fù)壓狀態(tài)下澆鑄的一種新工藝，它可以獲得精度高、質(zhì)量好的鑄件。這是因?yàn)闈茶T過程中有負(fù)壓的存在，保證了聚苯乙烯泡沫在真空下氣化，使其在高溫下氣化產(chǎn)生的氣體及時(shí)排放出去，避免了聚苯乙烯泡沫在鑄滲工藝中產(chǎn)生的氣孔和夾渣等缺陷，不僅顯著改善了鑄滲層的質(zhì)量，而且提高了復(fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度。

4 影響復(fù)合材料制備工藝的因素

4.1 金屬澆注溫度

金屬液最佳澆鑄溫度應(yīng)高于液相線溫度50℃左右。若過低的澆注溫度會(huì)使金屬液迅速降溫、凝固，滲透能力變差，不能順利進(jìn)入陶瓷孔內(nèi)，嚴(yán)重影響液態(tài)金屬的充型和補(bǔ)縮。澆鑄溫度過高將導(dǎo)致金屬熔液嚴(yán)重氧化，在陶瓷骨架內(nèi)出現(xiàn)縮孔或疏松的缺陷，以至無法形成良好的復(fù)合材料。

4.2 鑄造成型壓力

金屬液與網(wǎng)絡(luò)陶瓷復(fù)合時(shí)，必須選擇適宜的鑄造壓力。若鑄造壓力過小，則會(huì)出現(xiàn)滲透能力不足的現(xiàn)象，不能使金屬液順利填充到陶瓷網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)邊角處；若鑄造壓力過大，金屬液的滲透能力就增強(qiáng)，易出現(xiàn)黏砂的缺陷。另外，雖然在模樣表面涂有涂料以防止黏砂，但如果負(fù)壓過大，易使涂料脫落，導(dǎo)致鑄件黏砂現(xiàn)象，因次必須選擇合適的負(fù)壓。

4.3 陶瓷孔徑

由于鋼液澆鑄溫度較高，所以對(duì)泡沫陶瓷的強(qiáng)度要求也高，避免澆鑄過程中發(fā)生坍塌現(xiàn)象。對(duì)于制備的泡沫陶瓷，如果盲孔太多，所得開放連通孔隙率也不足以滿足浸漬足夠多的金屬以制備金屬基復(fù)合材料的需要。一般來說，為滿足隨后浸漬成金屬基復(fù)合材料，要求連通孔率在80%～90%。如果孔隙率較小，金屬液來不及擴(kuò)散到陶瓷孔內(nèi)部就凝固，得不到組織均勻的復(fù)合材料。

4.4 界面潤濕性

界面是復(fù)合材料中普遍存在且非常重要的組成部分，是影響復(fù)合材料行為的關(guān)鍵因素之一。金屬基復(fù)合材料性能的高低取決于基體和增強(qiáng)體之間的界面結(jié)合情況。在網(wǎng)狀陶瓷增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料中，基體和增強(qiáng)體都是承載體，要求強(qiáng)界面結(jié)合以充分發(fā)揮陶瓷的增強(qiáng)效果。

當(dāng)前改善金屬陶瓷界面潤濕性的方法有很多種，常用的簡要敘述如下：

4.4.1 添加合金元素。在復(fù)合材料中加入Li、Mg、Ca等與氧親和力高的合金元素，可以明顯提高金屬液體與陶瓷增強(qiáng)相的潤濕性。添加的合金元素起到兩個(gè)作用：一是降低金屬液和陶瓷增強(qiáng)體之間的表面張力；二是可發(fā)生有利的界面反應(yīng)以增加潤濕性。

4.4.2 化學(xué)鍍銅。采用涂裝工藝，將網(wǎng)絡(luò)陶瓷表面電鍍一層銅金屬以增加陶瓷與金屬基體的潤濕性。陶瓷表面銅鍍層可以提高固體的表面能，用新形成的金屬/陶瓷界面代替原來結(jié)合性較差的界面，可以提高潤濕性，增強(qiáng)界面結(jié)合強(qiáng)度。化學(xué)鍍銅層的厚度也會(huì)對(duì)復(fù)合材料的性能產(chǎn)生一定的影響，因此對(duì)鍍層厚度應(yīng)控制在2～4μm。

此外，超聲波清洗、對(duì)固體陶瓷進(jìn)行加熱處理、固體陶瓷表面覆膜等也是改善增強(qiáng)體與金屬液潤濕性的有效措施。

5 應(yīng)用及展望

陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的耐磨性、耐高溫性較強(qiáng)，而比彈性模量較低、零件重量較大，因此在耐磨材料、高溫合金及工具材料等方面得到廣泛的應(yīng)用。而具有三維空間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)合材料自身的優(yōu)越性，使得具備優(yōu)良高溫性能、環(huán)保節(jié)能、高耐磨性、高強(qiáng)度的三維網(wǎng)絡(luò)陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料必將成為未來的發(fā)展

趨勢。

參考文獻(xiàn)

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[4] 邢宏偉，曹小明，胡宛平，等.三維網(wǎng)絡(luò)SiC/Cu金屬基復(fù)合材料的凝固顯微組織[J].材料研究學(xué)報(bào)，2004，18（6）.

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金屬基復(fù)合材料范文第2篇

關(guān)鍵詞：超??；金屬內(nèi)襯；輕量化；復(fù)合材料；壓力容器；設(shè)計(jì)制備；研究

近年來，隨著新技術(shù)以及新設(shè)備的不斷發(fā)展與應(yīng)用，工業(yè)生產(chǎn)與加工制造中對(duì)于攜帶液體燃料以及高壓氣體的壓力容器提出了高氣密、輕質(zhì)量以及長壽命等更高的設(shè)計(jì)與制造要求，使得高結(jié)構(gòu)效率的輕量化復(fù)合材料壓力容器成為一個(gè)熱點(diǎn)問題。下文將結(jié)合這一背景條件，根據(jù)帶金屬內(nèi)襯復(fù)合材料壓力容器中內(nèi)襯的作用以及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)層進(jìn)行承擔(dān)荷載的特征，提出一種含超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器的設(shè)計(jì)與制備技術(shù)，具體報(bào)道如下。

1.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)層的剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法分析

進(jìn)行含超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器的設(shè)計(jì)與制備實(shí)現(xiàn)，主要就是以減薄金屬內(nèi)襯的厚度和實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)層的剛度優(yōu)化為主，以實(shí)現(xiàn)超薄、輕量化、高強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)層剛度的設(shè)計(jì)與制備目的。首先，在進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)層的剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)中，本文主要采用一種基于穩(wěn)定纏繞理論的結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，對(duì)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)層的剛度實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。工業(yè)生產(chǎn)與加工制造中，對(duì)于復(fù)合材料壓力容器的結(jié)構(gòu)層剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)，多是使用網(wǎng)格理論進(jìn)行復(fù)合材料壓力容器強(qiáng)度設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，它主要應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行滑線系數(shù)取值確定后，通常對(duì)于一般濕法纏繞取值多為0.15到0.2之間，而干法纏繞取值多為0.39，然后應(yīng)用公式對(duì)于可纏繞范圍進(jìn)行求解，并給定初始纏繞角，通過在纏繞機(jī)上進(jìn)行大量的工藝試驗(yàn)后，對(duì)于初始纏繞角進(jìn)行排線修改，以找出能夠滿足纏繞工藝穩(wěn)定性要求的線型和纏繞角，最終根據(jù)這個(gè)纏繞角進(jìn)行設(shè)計(jì)制備壓力容器的剛度校核，以完成對(duì)于復(fù)合材料壓力容器的結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（1）

上述公式（1）中，a表示的是纏繞角，λ表示的是滑線系數(shù)，r表示的是芯模母線方程， 、 表示的是芯模母線方程的一階和二階導(dǎo)數(shù)，其中 。

上文所述的這種基于試錯(cuò)試驗(yàn)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)層剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)方式，在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，難以對(duì)實(shí)際的穩(wěn)定纏繞范圍進(jìn)行獲取，因此也就無法進(jìn)行復(fù)合材料壓力容器結(jié)構(gòu)的剛度優(yōu)化實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際設(shè)計(jì)制造中就不能夠最大化的實(shí)現(xiàn)纖維強(qiáng)度發(fā)揮，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料壓力容器減重與輕量化的目的。

根據(jù)這種設(shè)計(jì)方法的缺陷與局限性，本文通過進(jìn)行一種基于穩(wěn)定纏繞理論的結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)構(gòu)建，來實(shí)現(xiàn)對(duì)于復(fù)合材料壓力容器的結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)。基于穩(wěn)定纏繞理論的結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要通過對(duì)纏繞纖維和芯模表面間滑線系數(shù)的精確表征，對(duì)于真實(shí)可靠的滑線系數(shù)進(jìn)行測量求得，同時(shí)在獲取滑線系數(shù)和纏繞角的連續(xù)對(duì)應(yīng)關(guān)系后，通過上述公式（1）對(duì)于可穩(wěn)定纏繞范圍進(jìn)行準(zhǔn)確求得，同時(shí)通過對(duì)于可穩(wěn)定纏繞范圍內(nèi)每一纏繞角對(duì)應(yīng)的纖維軌跡厚度、剛度等進(jìn)行預(yù)測計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)在穩(wěn)定纏繞范圍內(nèi)，對(duì)于復(fù)合材料壓力容器結(jié)構(gòu)剛度的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得復(fù)合材料結(jié)構(gòu)能夠最大效率的發(fā)揮纖維強(qiáng)度，提高結(jié)構(gòu)效率，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料壓力容器設(shè)計(jì)制備中減重與輕量化的目的。

在基于穩(wěn)定纏繞理論的結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中，對(duì)于纏繞纖維以及芯模表面間滑線系數(shù)的精確表征以及可穩(wěn)定纏繞范圍的求解實(shí)現(xiàn)，主要是根據(jù)一般曲面穩(wěn)定纏繞原理，通過對(duì)芯模表面上落紗點(diǎn)的力學(xué)分析，在進(jìn)行一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)標(biāo)定模型設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)于纏繞纖維以及芯模表面間滑線系數(shù)的精確表征和可穩(wěn)定纏繞范圍求解。值得注意的是，設(shè)計(jì)建立的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的標(biāo)定模型，在固定纏繞角情況下，沿其母線方向任意點(diǎn)的緯度圓半徑和該點(diǎn)的滑線系數(shù)之間滿足線性關(guān)系。其中，該模型的母線方程為下式（2）所示。

（2）

在上示公式中，R表示芯模直線段處的半徑，C是一個(gè)常數(shù)。通過該標(biāo)定模型能夠精確對(duì)于纏繞纖維和芯模表面間滑線系數(shù)值進(jìn)行表征，能夠?yàn)榉€(wěn)定纏繞范圍以及復(fù)合材料壓力容器結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化進(jìn)行參數(shù)提供。

2.大尺寸超薄金屬內(nèi)襯的成型設(shè)計(jì)方法分析

本文主要以鋁合金材料為主，對(duì)于大尺寸超薄鋁合金內(nèi)襯的設(shè)計(jì)成型方法進(jìn)行分析。在壓力容器設(shè)計(jì)制造中，由于鋁合金材料本身具有氣密性高以及密度小、介質(zhì)相容性突出等特征優(yōu)勢，是輕量化復(fù)合材料壓力容器設(shè)計(jì)制備中金屬內(nèi)襯的首先材料，并且該材料在壓力容器的整個(gè)設(shè)計(jì)制備中占有比例達(dá)到1/3以上。此外，應(yīng)用鋁合金作為金屬內(nèi)襯材料進(jìn)行輕量化復(fù)合材料壓力容器設(shè)計(jì)制備中，如果鋁合金的內(nèi)襯厚度每減薄0.1毫米，復(fù)合材料壓力容器的重量將減輕3%到6%，能夠滿足材料壓力容器設(shè)計(jì)制備中實(shí)現(xiàn)減重的目的。

由于輕量化復(fù)合材料壓力容器直徑的越來越大，實(shí)現(xiàn)大尺寸超薄鋁合金內(nèi)襯的成型設(shè)計(jì)具有較為突出的難度。針對(duì)這一情況，通過在封頭部分使用旋壓工藝，然后與筒身進(jìn)行焊接成型的設(shè)計(jì)制備方法，實(shí)現(xiàn)大尺寸超薄鋁合金內(nèi)襯的成型設(shè)計(jì)，制備出了封頭和筒身厚度在0.8毫米以下，直徑在745毫米以上的系列超薄鋁合金內(nèi)襯，很好的滿足和實(shí)現(xiàn)了輕量化復(fù)合材料壓力容器設(shè)計(jì)與制備。

在進(jìn)行含超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器設(shè)計(jì)制備中，完成減薄金屬內(nèi)襯厚度與復(fù)合材料結(jié)構(gòu)層的剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)后，要想完整的實(shí)現(xiàn)對(duì)于含超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器的設(shè)計(jì)制備，還需要進(jìn)行超波金屬內(nèi)襯和復(fù)合材料變形的協(xié)調(diào)控制，同時(shí)對(duì)于輕量化復(fù)合材料壓力容器的設(shè)計(jì)制備進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)，以保證設(shè)計(jì)制備質(zhì)量和效果。

3.結(jié)束語

總之，含超薄金屬內(nèi)襯輕量化復(fù)合材料壓力容器的設(shè)計(jì)制備實(shí)現(xiàn)，能夠滿足壓力容器設(shè)計(jì)制備的高氣密以及輕質(zhì)量、長壽命的要求，對(duì)于推動(dòng)壓力容器設(shè)計(jì)制備技術(shù)水平的發(fā)展提升有著積極作用和意義。

參考文獻(xiàn)：

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金屬基復(fù)合材料范文第3篇

Composite reinforced with natural fibers is a significant topic for technical textiles industry. Due to its recyclable raw materials with few environment effects, along with good processability and acoustic characteristic, this kind of material has got a rapid development in some developed regions. This article primarily introduced components with several bast fibers and leaf fibers, in terms of process technology, features, performances and cost advantages, and researched the feasibility of developing biocomposites as well.

天然植物纖維是增強(qiáng)復(fù)合材料可選擇的原料之一，自2005年以來一直保持著 10% ～ 15% 的年增長率。植物纖維密度較低，僅有 1.5 g/cm3左右，具有節(jié)省物料消耗的潛力。以平均值計(jì)算，天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的能源消耗比玻璃纖維要低 60%。

天然纖維復(fù)合材料具有優(yōu)良的加工性能和聲學(xué)特性，并在很多方面超越玻璃纖維增強(qiáng)材料，如很好的生命循環(huán)特征等。近來，歐洲植物纖維復(fù)合材料的研究取得了很大進(jìn)展，產(chǎn)品已在汽車內(nèi)裝飾、車廂材料等方面使用?？梢哉f利用可再生纖維資源做原料，是技術(shù)紡織品持續(xù)增長的一個(gè)重要方向。

1天然纖維在增強(qiáng)復(fù)合材料上的應(yīng)用

聚合物纖維可廣泛用于工程領(lǐng)域，但在相當(dāng)多的使用條件下，其性能并不能完全滿足要求，這給纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的開發(fā)提供了空間。強(qiáng)度是纖維復(fù)合材料的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。通常復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能及熱性能等可依據(jù)纖維添加量、纖維取向程度和長度的變化而改善。目前，優(yōu)化復(fù)合材料的性能/重量比，提高制品強(qiáng)力、剛性與重量比，降低成本及加工過程對(duì)環(huán)境的沖擊，改善可用性和安全性正成為復(fù)合材料技術(shù)進(jìn)步的主流趨勢。

用作增強(qiáng)的纖維材料包括有機(jī)及無機(jī)纖維材料。除高性能聚合物纖維、玻璃纖維外，天然植物纖維也具有加工增強(qiáng)復(fù)合材料的鮮明特點(diǎn)。大量研究結(jié)果顯示，環(huán)氧樹脂/亞麻、木漿纖維/PE、劍麻/PE、黃麻/PE、棉纖維/PP、苧麻/PP、黃麻/PP、劍麻/PP、黃麻/PET等的研究和開發(fā)都取得了可喜進(jìn)展。由于生物高分子技術(shù)的進(jìn)步，目前已有可能制得生物聚合物復(fù)合材料。在種植、加工、制品成型及使用中，其明顯的低碳經(jīng)濟(jì)特征，具有引領(lǐng)轉(zhuǎn)變生產(chǎn)模式、改變?nèi)藗兏咛枷M(fèi)傾向和碳偏好的可能，因而正形成產(chǎn)業(yè)用紡織品一個(gè)新的開發(fā)領(lǐng)域。表 1 為幾種主要的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能特征比較。

和常用的玻璃纖維相比，作為增強(qiáng)復(fù)合材料的植物纖維通常具有以下特點(diǎn)。

（1）植物纖維復(fù)合材料的機(jī)械特點(diǎn)

一般說來，植物纖維復(fù)合材料機(jī)械性能的變化，取決于纖維含量、空隙度、纖維取向度、纖維及基質(zhì)的特性。

以典型的熱塑性聚合物PP為例，以其作復(fù)合材料基質(zhì)，單一PP聚合物密度為 1.0 g/cm3，剛性指標(biāo) 1.5 GPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在其他條件設(shè)定好的狀態(tài)下，將植物纖維置于 3 種取向態(tài)時(shí)，其復(fù)合材料剛性的最大值分別為：單取向纖維 20 ～ 30 GPa，兩維無序（2D Random）取向纖維 7 ～ 11 GPa，三維無序（3D Random）取向纖維 3 ～ 5 GPa。

（2）植物纖維添加量對(duì)復(fù)合材料性能的影響

高性能的植物纖維具有優(yōu)良的機(jī)械性能，其密度通常在 1.5 g/cm3，而玻璃纖維的密度是 2.6 g/cm3。即使用同樣重量纖維的條件下，植物纖維的復(fù)合材料可以獲取更高的剛性指標(biāo)。

（3）植物纖維復(fù)合材料具有成本上的優(yōu)勢

工業(yè)品生產(chǎn)中，制造成本對(duì)企業(yè)來說至關(guān)重要。盡管植物纖維源于低成本的生物質(zhì)資源，但仍需投入多項(xiàng)費(fèi)用，如種植投入、纖維提取加工費(fèi)用以及纖維轉(zhuǎn)化為適宜復(fù)合材料加工的預(yù)制品加工費(fèi)用等。一般來說，兩維無序纖維作原料，其預(yù)制品成本較低。加工成非織造布?xì)值男问剑漕A(yù)制品加工費(fèi)偏高，約 1.8 歐元/kg，而玻璃纖維氈預(yù)制品的加工費(fèi)高達(dá) 2.6 歐元/kg?？梢哉J(rèn)定，植物纖維非織造氈預(yù)制品的低成本，可以決定其復(fù)合材料在相同成本下的條件下獲得更佳的機(jī)械性能。表 2 為幾種常用的增強(qiáng)復(fù)合材料用纖維材料的價(jià)格比（以玻璃纖維作為參照）。

2天然植物纖維的結(jié)構(gòu)特征

植物纖維微原纖維角θ呈螺旋狀取向，如圖 1 所示，其復(fù)合材料的彈性和斷裂強(qiáng)度指標(biāo)取決于增強(qiáng)纖維含量及其取向度。同類纖維材料的物理性能同其化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、纖維含量、微原纖維角、纖維截面及聚合度變化有關(guān)。

玻璃纖維是增強(qiáng)復(fù)合材料的主要原料品種。而高性能亞麻、蕁麻纖維的抗拉剛性要優(yōu)于玻璃纖維，機(jī)械性能也與玻璃纖維相似。麻纖維與其他天然纖維一樣，當(dāng)處于激烈震蕩條件下時(shí)易于出現(xiàn)斷裂，纖維大分子輕度滑移，表現(xiàn)出一定的減震功能。亞麻膨脹系數(shù)趨于零，斷裂伸長率1.5%，基本與碳纖維相近，完全可做復(fù)合材料增強(qiáng)組分。此外，亞麻密度（1.45 g/cm3）比鋼（7.8 g/cm3）、碳纖維（1.70 g/cm3）和玻璃纖維（2.45 g/cm3）均小。表 3 為可用做增強(qiáng)復(fù)合材料的麻纖維與玻璃纖維的技術(shù)特征比較。

在可用做增強(qiáng)復(fù)合材料的麻纖維的評(píng)價(jià)中，有兩個(gè)重要數(shù)值，即E/d值和δ/d值，前者是纖維的楊氏模量與密度比，后者是纖維的斷裂應(yīng)力與密度比。表 4 為玻璃纖維及幾種麻纖維的E/d值和δ/d值比較。

從表 4 可以看出，麻纖維在復(fù)合材料上使用具備非常好的機(jī)械性能。

3天然植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的技術(shù)開發(fā)現(xiàn)狀

隨著全球環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，自20世紀(jì)50年代以來，天然植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料開始在乘用車內(nèi)飾領(lǐng)域使用。在歐洲、北美等市場，熱塑性、熱固性植物纖維復(fù)合材料被用于制做汽車門板、包廂和坐椅等中。如利用 50% 的PP和 50% 的天然纖維制成的增強(qiáng)復(fù)合材料，其克重為 450 ～ 2 400 g/m2，產(chǎn)品供給北美汽車市場，用戶包括克萊斯勒、奔馳SUV和福特等。

德國Quadrant公司開發(fā)的植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在汽車內(nèi)裝飾領(lǐng)域占有重要位置，其“Nafcoform”產(chǎn)品，使用50% 的PP和 50% 的洋麻、大麻或亞麻，產(chǎn)品克重 300 ～ 3 000 g/m2，目前已用于奧迪A8、三菱汽車、BMW 7和伊維柯等中。

克萊斯勒公司2005年開始在A級(jí)兩門乘用車上使用植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，使用的產(chǎn)品包括瑞士Reiter（立達(dá)）公司提供的PP/馬尼拉麻天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。目前PP、PE與含量為 25% ～ 75% 的洋麻、大麻或其他纖維素纖維制成的復(fù)合材料也已投放市場。

法國Lineo公司開發(fā)了亞麻與環(huán)氧樹脂的增強(qiáng)復(fù)合材料，其預(yù)浸漬制品的技術(shù)特征如表 5 所示。

使用 50% 的亞麻和 50% 的碳纖維制得的亞麻/碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，可用做自行車構(gòu)架，并已通過公路試驗(yàn)取得了認(rèn)可。在該復(fù)合材料中，碳纖維承載剛性負(fù)荷，而亞麻纖維可起到減震作用。近期該纖維增強(qiáng)復(fù)合材料正于自行車輪轂上試用。

采用洋麻/亞麻混合組分（混合比 50/50）為增強(qiáng)相，以非織造布形式與環(huán)氧樹脂制得熱固性增強(qiáng)復(fù)合材料，產(chǎn)品已用于汽車內(nèi)裝飾。

法國Ralf Schledjewski集團(tuán)使用洋麻/大麻為混合組分制成的針刺氈，于 20 bar壓力下，采用丙烯酸系樹脂預(yù)浸工藝制得熱固性增強(qiáng)復(fù)合材料，其機(jī)械性能完全可以滿足汽車內(nèi)飾及部件制品的技術(shù)要求。

鑒于亞麻纖維的剛性及與碳纖維相似的膨脹系數(shù)，可以開發(fā)工具類產(chǎn)品系列，即以亞麻纖維復(fù)合材料替代部分碳纖維復(fù)合增強(qiáng)制品。

隨著能源壓力和低碳消費(fèi)呼聲的增長，汽車工業(yè)面臨著巨大的競爭壓力，日本市場的動(dòng)向顯示，期望繼續(xù)改進(jìn)天然纖維復(fù)合材料品質(zhì)，用以替代或減少玻璃纖維帶來的危害。歐洲雖然至今尚未出臺(tái)限定使用天然纖維復(fù)合材料的相關(guān)法規(guī)，但隨著石油資源的不斷減少，天然纖維復(fù)合材料的市場潛力已被越來越多的人們所認(rèn)知。美國福特公司分析認(rèn)為，天然植物纖維可與玻璃纖維混合使用，或制成以天然纖維為芯、玻璃纖維包敷其外的三明治結(jié)構(gòu)產(chǎn)品投放市場。

天然纖維復(fù)合材料雖然在阻燃、燃燒狀態(tài)時(shí)無煙和無毒釋放性能上不及一些高性能纖維復(fù)合材料，當(dāng)然這些缺陷也限制了其在航空、鐵路和高速公路領(lǐng)域中的使用，但在汽車內(nèi)飾、建筑與裝飾材料以及運(yùn)動(dòng)和休閑制品領(lǐng)域具有可拓展的空間。

4生物增強(qiáng)復(fù)合材料（Biocomposites）的技術(shù)進(jìn) 展

生物增強(qiáng)復(fù)合材料是新一代復(fù)合材料，近年來受到廣泛關(guān)注，其中細(xì)菌纖維素/PLA、改性劍麻/大豆蛋白質(zhì)基的生物可降解高分子材料等生物復(fù)合材料的研究開發(fā)取得了可喜進(jìn)展。

生物增強(qiáng)復(fù)合材料由兩個(gè)或多個(gè)分布區(qū)相組成，增強(qiáng)相之一即植物纖維或植物源纖維，主要是棉、麻、再生木材等。其他部分是基質(zhì)相，多為以植物油脂、淀粉基為原料的聚合物。

英國Wales大學(xué)生物復(fù)合材料中心認(rèn)為，傳統(tǒng)復(fù)合材料的性能形成規(guī)律與因素適用于新的生物復(fù)合材料，即可指導(dǎo)生物復(fù)合材料的合成過程，以獲取期望的性能，如纖維分布、多孔性、纖維取向及基體性能等。

法國JRS公司開發(fā)出一系列以植物纖維和生物可降解聚合物為原料的復(fù)合材料，如以淀粉基聚合物/木纖維為原料的系列產(chǎn)品，即淀粉基聚合物/木纖維分別為 80/20、70/30 和 60/40。木纖維的添加可以使復(fù)合材料的楊氏模量提高 6.5 倍。另外，該公司使用植物源聚酯和木纖維制得了“Biofibre”復(fù)合材料系列產(chǎn)品，包括PL30E11和PL30E26品種；采用纖維素纖維和PLA成功得到了生物復(fù)合增強(qiáng)材料，其中纖維素纖維的添加大大改善了PLA的成型性能，并增強(qiáng)了纖維組分分布的均勻性，產(chǎn)品適用性好，還降低了加工 成本。

法國Alex材料研究中心使用淀粉基聚合物與植物纖維，如棉短絨、大麻、麥桿、纖維素等為原料制得了生物增強(qiáng)復(fù)合材料。添加這 4 種植物纖維后，復(fù)合材料制品的耐沖擊性能明顯提高，均超過聚苯乙烯板材（耐沖擊強(qiáng)度為 0.7 kJ/m2）。其中纖維素復(fù)合材料的E/d值超過了聚苯乙烯，結(jié)果如表 6 所示。

澳大利亞Queensland大學(xué)使用蓖麻籽為原料，制得了單一生物質(zhì)原料的生物復(fù)合材料。即首先將蓖麻籽轉(zhuǎn)換為蓖麻籽油，進(jìn)而制得11 氨基十一酸。后配置 30% ～ 40% 的氨基十一酸的水分散液，進(jìn)行 3 段縮聚形成聚酰胺11（PA11）。以PA11為原料，熔法紡絲成形制得PA11的初生纖維，纖維切斷長度 3 ～ 7 mm，纖維直徑 30 ～ 35 μm；工業(yè)用纖維束切斷長度 150 ～ 500 mm，纖維直徑 75 ～ 200 μm。纖維密度 1.232 g/cm3，熱降解溫度 230 ℃。

PA11纖維成型前需進(jìn)行水浸集束上漿處理，后與PA11聚合物復(fù)合，經(jīng)壓塑成型得到新型生物復(fù)合材料。復(fù)合材料增強(qiáng)相的纖維分布中，無規(guī)分布占 30%，取向部分占 30% ～ 35%。材料密度 1.16 ～ 1.22 g/cm3，具有良好的機(jī)械性能，燃燒狀態(tài)下無煙，無毒性氣體釋放，其技術(shù)特征如表 7 所示。

蓖麻作為原料生長期短，單產(chǎn) 10 t/hm2，高于亞麻和大麻。與傳統(tǒng)的復(fù)合材料相比，CO2排放量可減少 40%。與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料比，影響氣候變化的因素可降低 50%?；谄鋬?yōu)良的阻燃性能，還可用于航空、運(yùn)輸領(lǐng)域的內(nèi)裝飾材料。目前以蓖麻為原料的單一生物增強(qiáng)復(fù)合材料的繼續(xù)研究和改進(jìn)主要集中在以下 4 個(gè)方面，即：蓖麻生長條件與PA11纖維性能的關(guān)系；不同品種蓖麻品質(zhì)的鑒定；改進(jìn)水浸和上漿條件；PA11纖維吸濕性與使用性能的關(guān)系研究。

5國內(nèi)可利用的天然植物資源及其增強(qiáng)復(fù)合材 料的開發(fā)

麻纖維特別是黃麻或亞麻具有極佳的機(jī)械性能，從生產(chǎn)規(guī)模上看，目前其從種植到纖維加工已形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。因此說，開發(fā)麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料相對(duì)來說要容易許多。

亞麻、大麻、黃麻、洋麻屬韌皮纖維，而劍麻、赫納昆（Henequen）纖維、菠蘿纖維、香蕉莖纖維等系葉纖維。大麻已在 40 多個(gè)國家和地區(qū)種植，加拿大Hempline公司的大麻增強(qiáng)復(fù)合材料已于20世紀(jì)90年放市場。近 10 年間，洋麻在增強(qiáng)復(fù)合材料上的使用正穩(wěn)步發(fā)展，其剛性是亞麻、大麻、黃麻產(chǎn)品的兩倍。

我國具有悠久的麻類纖維種植歷史，品種較為齊全，主要栽培品種包括苧麻（產(chǎn)區(qū)為湖南、湖北、四川、山東與河南）、亞麻/胡麻（黑龍江、吉林、四川/甘肅、內(nèi)蒙古和寧夏）、大麻（安徽、河南、山東和云南）、黃麻/洋麻（浙江、山東/河南、安徽、湖北、四川）、劍麻（廣東、海南、福建、云南）等。此外還有野生的羅布麻（新疆、山東、江蘇和內(nèi)蒙古）等。其中，苧麻、亞麻、黃麻、洋麻已形成較為完整的工業(yè)規(guī)模。

目前，天然纖維熱塑性/熱固性增強(qiáng)復(fù)合材料正在乘用車市場中使用，在卡車、大型巴士等領(lǐng)域也展現(xiàn)出了市場潛力。近年來我國植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，諸如劍麻纖維/酚醛樹脂、苧麻落麻纖維/PVC、黃麻纖維/PP以及仿生啞鈴型黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等的研究也取得了不小的進(jìn)步。應(yīng)該說，加強(qiáng)國內(nèi)天然植物纖維復(fù)合材料的開發(fā)力度，是市場、環(huán)境和合理地利用資源的需要。

金屬基復(fù)合材料范文第4篇

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，復(fù)合材料增強(qiáng)有色金屬材料在生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，滿足了當(dāng)下發(fā)展需要，更好地促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。復(fù)合材料增強(qiáng)有色金屬材料應(yīng)用，就是在有色金屬材料中添加非金屬增強(qiáng)材料，這樣一來，可以更好地對(duì)原有材料的性能進(jìn)行改變，形成一種新的復(fù)合材料。這種復(fù)合材料將比原來的材料具有更好的性能，能夠滿足更深層次的有色金屬材料應(yīng)用。本文對(duì)復(fù)合材料增強(qiáng)有色金屬材料研究，將注重分析有色金屬材料性能的加強(qiáng)分析，希望本文的研究，能夠?yàn)橛猩饘俨牧系陌l(fā)展，提供一些參考和建議。

關(guān)鍵詞：

復(fù)合材料；有色金屬材料；性能分析；

就有色金屬材料的發(fā)展情況來看，目前在航空航天、機(jī)械制造以及交通運(yùn)輸領(lǐng)域，得到了較為廣泛的應(yīng)用。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有色金屬材料在相關(guān)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用變得越發(fā)廣泛，加強(qiáng)有色金屬材料性能，對(duì)于提升相關(guān)產(chǎn)業(yè)進(jìn)步來說，具有著一定的積極意義。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，為提高有色金屬材料性能打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，進(jìn)一步提升有色金屬材料的性能，可以更好地促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)、航空航天事業(yè)的發(fā)展，滿足當(dāng)下人們對(duì)有色金屬材料的實(shí)際需要。因此，提升有色金屬材料性能，利用復(fù)合材料增強(qiáng)其性能的研究，成為當(dāng)下有色金屬材料發(fā)展的一個(gè)熱門議題。本文對(duì)有色金屬材料性能的研究，主要分析了有色金屬材料在添加非金屬增強(qiáng)材料后，形成的復(fù)合材料效果檢測，闡述了復(fù)合型的有色金屬材料在相關(guān)產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用的優(yōu)勢，以期更好地促進(jìn)有色金屬材料性能的提升。

1有色金屬材料SiC的復(fù)合材料增強(qiáng)效果研究

本文對(duì)SiC這一有色金屬材料的增強(qiáng)性研究，主要探討了非金屬材料ZA22鋅基合金的添加。ZA22鋅基合金添加到SiC中，可以增強(qiáng)其性能，具有較好的強(qiáng)化效果。

1.1SiC添加ZA22鋅基合金的加入量和加入方式分析SiC顆粒是國產(chǎn)a型砂輪磨料，在實(shí)際生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。這種有色金屬材料的應(yīng)用，主要是通過添加ZA22鋅基合金，增強(qiáng)了其性能，讓SiC顆粒能夠更好地應(yīng)用于砂輪磨料當(dāng)中。在進(jìn)行SiC增強(qiáng)過程中，ZA22鋅基合金的加入量應(yīng)為復(fù)合材料鑄錠的5%、10%、20%，在添加過程中，要使ZA22鋅基合金形成的合金漿料，均勻地分布在合金之中，并且在加入后，對(duì)漿料進(jìn)行升溫澆注，保證加強(qiáng)后的SiC能夠具有較好的性能。SiC通過添加ZA22鋅基合金后，將形成SiCp/ZA22復(fù)合材料，這種材料對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)更具優(yōu)越的性能，能夠更好地滿足砂輪磨料實(shí)際需要[1]。

1.2SiC增強(qiáng)效果分析SiC在添加ZA22鋅基合金后，具有了更加強(qiáng)大的性能，其增強(qiáng)體的性能在基體中均勻分布，使SiC顆粒能夠更好地分布在復(fù)合材料當(dāng)中，并且其強(qiáng)度要比復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度提升許多。就相關(guān)測試數(shù)據(jù)顯示，這種添加了ZA22鋅基合金的SiC復(fù)合材料，抗拉強(qiáng)度要比原來提升了百分之四十七。同時(shí)，SiCp/ZA22復(fù)合材料的抗壓值為518，ZA22鋅基合金的抗壓值為352；SiCp/ZA22復(fù)合材料的GPa為105E，而ZA22鋅基合金的GPa則為66E。除了SiCp/ZA22復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度提升之后，其耐磨損性能也得到了顯著地提升。ZA22鋅基合金添加SiC后，具有了更為強(qiáng)大的耐磨鎖性能，能夠更好地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中。關(guān)于SiC的耐磨損性能測試數(shù)據(jù)顯示，磨環(huán)的淬火數(shù)值為GCrl5，磨損測試時(shí)間為40分鐘，正向壓力數(shù)值為392N，通過磨損試驗(yàn)后，復(fù)合材料會(huì)隨著SiC的體積分?jǐn)?shù)增加而有所變化，對(duì)比ZA22鋅基合金的磨損數(shù)據(jù)，磨損的損失量僅為ZA22鋅基合金的一半左右。由此可見，在有色金屬材料中添加非有色金屬材料，可以更好地提升材料性能，形成一種增強(qiáng)型的復(fù)合型材料后，更加有利于實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。

2關(guān)于納米三氧化二鋁（Al2O3）增強(qiáng)銅基材料的應(yīng)用分析

納米三氧化二鋁的增強(qiáng)型銅基材料，在機(jī)械化生產(chǎn)中得到了較為廣泛的應(yīng)用，通過提升納米三氧化二鋁的性能，使其具有更好的硬度和抗彎強(qiáng)度，能夠很好地保證有色金屬材料性能在實(shí)際使用中發(fā)揮應(yīng)有的作用，從而更好地促進(jìn)我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步[2]。

2.1關(guān)于納米Al2O3加入量以及相應(yīng)加入方式的分析納米三氧化二鋁在選擇試驗(yàn)材料時(shí)，主要涉及到銅粉、納米、石墨等材料。其中銅粉占有試驗(yàn)量的百分之七十，納米三氧化二鋁則為1%~5%，剩余的則為石墨的含量。在進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)過程中，主要進(jìn)行了摩擦實(shí)驗(yàn)，摩擦實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行條件如下：設(shè)置摩擦的滑動(dòng)速度為5*10-3m/s，載荷數(shù)值為5000N，在實(shí)際測試過程中，要注意磨損穩(wěn)定值，當(dāng)磨損穩(wěn)定值的摩擦系數(shù)和磨損率保持一致時(shí)，對(duì)納米三氧化二鋁增強(qiáng)銅基材料進(jìn)行抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)，其試驗(yàn)則在5000N的拉力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。納米三氧化二鋁增強(qiáng)銅基材料的實(shí)驗(yàn)，主要是為了測試其在拉力試驗(yàn)機(jī)上的磨損程度，比較復(fù)合材料與單一材料的磨損能力以及相應(yīng)的硬度、抗彎強(qiáng)度數(shù)值[3]。關(guān)于納米三氧化二鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)的磨損值我們可以從圖中看出：通過對(duì)比磨損值與納米三氧化二鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系，我們不難看出，載荷為5000N下，納米三氧化二鋁增強(qiáng)銅基材料的磨損量更少，其性能更加優(yōu)越。

2.2納米Al2O3的增強(qiáng)性能分析關(guān)于納米三氧化二鋁增強(qiáng)性能的分析，我們可以從上述的實(shí)驗(yàn)中看出，納米三氧化二鋁增強(qiáng)銅基材料要比傳統(tǒng)的納米三氧化二鋁具備更好的硬度和抗彎強(qiáng)度。試驗(yàn)過程中，納米三氧化二鋁的體積分?jǐn)?shù)小于4%時(shí)，納米三氧化二鋁增強(qiáng)銅基材料的強(qiáng)度會(huì)隨著納米三氧化二鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增強(qiáng)而提升；當(dāng)納米三氧化二鋁的體積分?jǐn)?shù)小于4%時(shí)，銅基復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度也會(huì)有所增強(qiáng)。

3鋁合金復(fù)合材料的增強(qiáng)性能研究

鋁合金這種復(fù)合材料我們并不陌生，在實(shí)際應(yīng)用過程中，鋁合金的應(yīng)用范圍更加廣泛。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)鋁合金這種材料的要求也隨之升高，提升鋁合金復(fù)合材料的整體性能，對(duì)于促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來說，具有著重要的意義。鋁合金材料在實(shí)際應(yīng)用過程中，在不同溫度條件下，其抗拉強(qiáng)度有著明顯的變化，為了更好地應(yīng)用鋁合金，了解其材料特性的時(shí)候，就要加強(qiáng)鋁合金材料的抗拉強(qiáng)度，使之具備更強(qiáng)大的性能，這樣一來，才能更好地滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。就相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)顯示，三種鋁合金復(fù)合材料在100度的抗拉強(qiáng)度如下：鋁合金（ZL109）抗拉強(qiáng)度為294MPa，K2O.6TiO2/ZL109抗拉強(qiáng)度為296MPa，Al2O3/ZL109抗拉強(qiáng)度為311MPa。由此可見，我們不難看出，鋁合金復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度明顯要強(qiáng)于鋁合金材料[4]。

4鎂基復(fù)合材料和鋁硅合金的增強(qiáng)性能分析

鎂基復(fù)合材料和鋁硅合金的增強(qiáng)，使其在實(shí)際應(yīng)用中具備更好的性能，能夠在實(shí)際生產(chǎn)中，滿足實(shí)際需要，更好地促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

4.1鎂基復(fù)合材料增強(qiáng)性能分析鎂基復(fù)合材料的應(yīng)用，主要是鎂合金基體和非有色金屬材料的結(jié)合，這種復(fù)合型材料更好地提升了鎂合金的強(qiáng)度。一般來說，鎂基復(fù)合材料在應(yīng)用過程中，主要添加了碳纖維、氧化鋁、碳化硼顆粒等。鎂基復(fù)合材料在制造行業(yè)得到了較為廣泛的應(yīng)用。有關(guān)鎂基復(fù)合材料的性能，在添加體積分?jǐn)?shù)為30%的碳纖維后，可以增強(qiáng)鎂合金的剪切強(qiáng)度，鎂基復(fù)合材料的強(qiáng)度為40MPa，而鎂合金材料的強(qiáng)度則為20MPa，對(duì)比兩個(gè)數(shù)據(jù)，我們不難看出，鎂基復(fù)合材料的性能要超出鎂合金性能太多。

4.2鋁硅合金增強(qiáng)性能分析鋁硅合金增強(qiáng)性能，主要是利用石墨復(fù)合材料阻尼性能，增強(qiáng)鋁硅合金的自滑性，降低鋁硅合金的摩擦性，使鋁硅合金能夠在內(nèi)燃機(jī)活塞以及軸承中得到廣泛的應(yīng)用。針對(duì)于鋁硅合金增強(qiáng)性能的研究分析，主要選擇7.5%的鋁硅合金作為試驗(yàn)材料，并添加石墨，其粒度為60~200um。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，將石墨均勻加入鋁硅中，并且將其鑄造成型，對(duì)其阻尼性能以及相關(guān)化學(xué)性能進(jìn)行有效的檢測。關(guān)于鋁硅合金增強(qiáng)性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如下所示：7.5%鋁硅合金的內(nèi)耗為0.83*10-2，GA-1的內(nèi)耗為2.26*10-2，GA-2的內(nèi)耗為3.17*10-2。由此可見，當(dāng)鋁硅合金內(nèi)的石墨含量增加后，鋁硅-石墨復(fù)合材料的內(nèi)耗增大，可以更好地實(shí)現(xiàn)減震目標(biāo)。

5結(jié)束語

金屬基復(fù)合材料范文第5篇

[關(guān)鍵詞] CNTs；鎂基；復(fù)合材料；制備方法

[中圖分類號(hào)] TB331 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A 文章編號(hào)：1671-0037（2014）01-66-1.5

鎂及鎂合金具有密度低，比強(qiáng)度、比剛度高，鑄造性能和切削加工性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、通訊、光學(xué)儀器和計(jì)算機(jī)制造業(yè)。但鎂合金強(qiáng)度低，耐腐蝕性能差嚴(yán)重阻礙其廣泛應(yīng)用。

碳納米管不僅具有極高的強(qiáng)度、韌性和彈性模量，而且具有良好的導(dǎo)電性能，還是目前最好的導(dǎo)熱材料。這些獨(dú)特的性能使之特別適宜作為復(fù)合材料的納米增強(qiáng)相。近年來，碳納米管作為金屬的增強(qiáng)材料來強(qiáng)度、硬度、耐摩擦、磨損性能以及熱穩(wěn)定性等方面發(fā)揮了重要作用。

近些年，鎂基復(fù)合材料成為了金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域的新興研究熱點(diǎn)之一，碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的研究也逐漸成為材料學(xué)者研究重點(diǎn)之一。本文就目前有關(guān)碳納米管增強(qiáng)鎂基合金復(fù)合材料的制備技術(shù)做綜述，以供研究者參考。

1 熔體攪拌法

熔體攪拌法是通過機(jī)械或電磁攪拌使增強(qiáng)相充分彌散到基體熔體中，最終凝固成形的工藝方法。主要原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌器攪動(dòng)金屬熔體，將CNTS加入到熔體漩渦中，依靠漩渦的負(fù)壓抽吸作用使CNTS進(jìn)入金屬熔體中，并隨著熔體的強(qiáng)烈流動(dòng)迅速擴(kuò)散[1]。

周國華[2]等人采用攪拌鑄造法制備了CNTs/AM60鎂基復(fù)合材料。研究采用機(jī)械攪拌法，在精煉處理后，在機(jī)械攪拌過程下不斷加入碳納米管到鎂熔體中，攪拌時(shí)間20 min，然后采用真空吸鑄法制得拉伸試樣。研究結(jié)果顯示，碳納米管具有細(xì)化鎂合金組織的作用，在拉伸過程中，能夠起到搭接晶粒和承載變形抗力的作用。

C.S.Goh[3]等采用攪拌鑄造法制備了CNTS / Mg基復(fù)合材料時(shí)，金屬熔化后采用攪拌槳以450 r / min的轉(zhuǎn)速攪拌，然后用氬氣噴槍將熔體均勻地噴射沉積到基板上，從而制得CNTS / Mg基復(fù)合材料。力學(xué)性能測試表明，復(fù)合材料具有較好的力學(xué)性能。

李四年[4]等人采用液態(tài)攪拌鑄造法制備了CNTS/Mg基復(fù)合材料。CNTS加入前首先經(jīng)過了化學(xué)鍍鎳處理，研究采用了正交實(shí)驗(yàn)，考察了CNTS加入量、加入溫度和攪拌時(shí)間對(duì)復(fù)合材料組織和性能的影響。研究結(jié)果表表明，CNTS加入量在1.0%、加熱溫度在680 ℃、攪拌3 min時(shí)，能獲得綜合性能較好的復(fù)合材料。

攪拌鑄造法優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、成本低、操作簡單，因此在研究CNTS增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料方面得到廣泛應(yīng)用。但攪拌鑄造法在熔煉和澆鑄時(shí)，金屬鎂液容易氧化，CNTS均勻地分散到基體中也存在一定難度。

2 消失模鑄造法

消失模鑄造是將與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型黏結(jié)組合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振動(dòng)造型，在負(fù)壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。

周國華[5]等人就通過消失模鑄造法制備CNTs / ZM5鎂合金復(fù)合材料。將PVC母粒加入到二甲苯中溶解，把CNTs加入上述溶液中超聲分散10 min后過濾、靜置20 h，裝入發(fā)泡模具發(fā)泡成型，用線切割機(jī)加工制得消失模。把制得的含碳納米管的消失模具放入砂箱內(nèi)，填滿砂并緊實(shí)，將自行配制的ZM5鎂合金熔體澆注制得復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，碳納米管對(duì)鎂合金有較強(qiáng)的增強(qiáng)效果，對(duì)ZM5合金的晶粒有明顯的細(xì)化作用。

3 粉末冶金法

粉末冶金法是把CNTS與鎂合金基體粉末進(jìn)行機(jī)械混合，通過模壓等方法制坯，然后加入到合金兩相區(qū)進(jìn)行燒結(jié)成型的一種成型工藝。粉末冶金法的優(yōu)點(diǎn)在于合金成分體積分?jǐn)?shù)可任意配比而且分布比較均勻，可以避免在鑄造過程中產(chǎn)生的成分偏析現(xiàn)象，而且由于燒結(jié)溫度是在合金兩相區(qū)進(jìn)行，能夠避免由于高溫產(chǎn)生的氧化等問題。

沈金龍[6]等人采用粉末冶金的方法制備了多壁碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。試驗(yàn)采用CCl4作為分散劑將鎂粉和CNTS混合，在室溫下將混合粉末采用雙向壓制成型后進(jìn)行真空燒結(jié)，制成碳納米/強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。研究結(jié)果表明：碳納米管提高了復(fù)合材料的硬度和強(qiáng)度，鎂基復(fù)合材料的強(qiáng)化主要來自增強(qiáng)體的強(qiáng)化作用、細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化。

Carreno-Morelli[7]等利用真空熱壓燒結(jié)粉末冶金法制備了碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CNTs含量為2%時(shí)，復(fù)合材料的彈性模量提高9%。

楊益利用利用粉末冶金法，制備了碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，研究了碳納米管制備工藝和含量對(duì)復(fù)合材料組織和性能的影響。研究采用真空熱壓燒結(jié)技術(shù)，通過研究發(fā)現(xiàn)，在熱壓溫度為600 ℃、保壓時(shí)間20 min、保壓壓力在20MPa、CNTS含量為1.0%時(shí)，制得的復(fù)合材料具有強(qiáng)度最高值。TEM分析CNTS與鎂基體結(jié)合良好，增強(qiáng)機(jī)理主要有復(fù)合強(qiáng)化、橋連強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化。

4 熔體浸滲法

熔體浸滲法是先把增強(qiáng)相預(yù)制成形，然后將合金熔體傾入，在熔體的毛細(xì)現(xiàn)象作用下或者一定的壓力下使其浸滲到預(yù)制體間隙而達(dá)到復(fù)合化的目的。按施壓方式可以分為壓力浸滲、無壓浸摻和負(fù)壓浸滲三種。

Shimizu等采用無壓滲透的方法制備了碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，隨后進(jìn)行了熱擠壓，力學(xué)性能測試顯示，抗拉強(qiáng)度達(dá)到了388MPa、韌性提高了5%。

5 預(yù)制塊鑄造法

周國華等人采用碳納米管預(yù)制塊鑄造法制備了CNTS / AZ91鎂基復(fù)合材料。將AL粉、Zn粉、CNTs按比例混合分散后，用50目不銹鋼網(wǎng)篩過濾后在模具中壓制成預(yù)制塊。然后利用鐘罩將預(yù)制塊壓入鎂熔體并緩慢攪拌至預(yù)制塊完全溶解，采用真空吸鑄法制得復(fù)合材料試樣。研究結(jié)果表明，預(yù)制塊鑄造法能夠使CNTs均勻分散到鎂合金熔體中，復(fù)合材料的晶粒組織得到細(xì)化，力學(xué)性能明顯提高。

6 結(jié)語

近年來，CNTs在增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的研究越來越多，目前存在的主要問題是CNTs的分散和與基體界面的結(jié)合等問題。由于但碳納米管具有高的比表面能，使其在與其他材料的復(fù)合過程中易形成團(tuán)聚，導(dǎo)致復(fù)合材料性能不甚理想，最終起不到納米增強(qiáng)相的效果，同時(shí)碳納米管屬輕質(zhì)納米纖維，與各類金屬的比重相差太大，不易復(fù)合。目前有關(guān)碳納米管增強(qiáng)鎂基合金復(fù)合材料的研究還處于初期階段，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，新工藝和新方法不斷出現(xiàn)，CNTs的分散及與基體的界面結(jié)合等問題將逐漸被解決，開發(fā)出性能優(yōu)異的CNTs / Mg基復(fù)合材料將有著重要的意義。

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收稿日期：2013年12月12日。

基金項(xiàng)目：鄭州市科技攻關(guān)項(xiàng)目（20130839），黃河科技學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（2013XSCX025）。