第二章 复合材料的基体材料

复合材料的基体材料

第二章 复合材料的基体材料

金属材料 陶瓷材料 聚合物材料

复合材料的基体材料

2.1 金属材料现代科学技术的发展对材料性能的要求越来

越高，特别是航天航空、军事等尖端科学技术的发展，使得单一材料难以满足实际工程的要求，

这促进了金属基复合材料的迅猛发展。

复合材料的基体材料

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3 与陶瓷材料相 比，金属基复合 材料具有高韧性 和高冲击性能、 热膨胀系数小等 优点

与传统金属材 料相比，金属 基复合材料具 有较高的比强 度、比刚度和 耐磨性

与树脂基复合材 料相比，金属基 复合材料具有优 良的导电、导热 性，高温性能好， 可焊接

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轻质、高强结构材 料：如B/Al复合材料航空、航天领域

电子领域

低热膨胀系数、 高导热系数4

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高体份(60-70%)碳化硅颗粒/铝基复合材料电子封装件5

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国产太行战机用涡轮风扇航空发动机——高温高性能高铌钛铝合金材料

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2.1.1 选择基体的原则金属与合金品种繁多，目前用作金属基复合材料 的金属有：铝及铝合金，镁合金，钛合金，镍合 金，铜与铜合金，锌合金，铅、钛铝、镍铝金属 间化合物等。 基体材料成分的正确选择对能否充分组合和发挥

基体金属和增强物性能特点，获得预期的优异综 合性能十分重要。

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金属基复合材料 金属基复合材料 基体金属与增强 的使用要求 体的相容性 组成的特点

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1 金属基复合材料的使用要求不同领域、不同工况下对复合材料构件的性

能要求不同。

航天航空领域：高比强度、比模量、尺寸稳定性、 密度小

如：镁合金和铝合金作为基体，与高强度、高模量 的石墨纤维、硼纤维进行复合。9

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高性能发动机：高比强度、比模量、耐高温性、

抗氧化如：钛基合金、镍基合金以及金属间化合物作基体， 如碳化硅/钛、钨丝/镍基超合金复合材料用于喷气 发动机叶片、涡轮叶片、转轴、火箭发动机箱体

材料。10

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汽车发动机：耐热、耐磨、导热、一定高温强度、

成本低廉如：选用铝合金作基体材料与陶瓷颗粒、短纤维进 行复合，如碳化硅/铝，碳纤维/铝，氧化铝/铝等 复合材料用作发动机活塞、缸套等零件。

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工业集成电路：高导热、低膨胀

如：银、铜、铝作为基体，与高导热性、低热膨胀的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、碳化硅颗粒 复合，用作散热元件和基板。

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2 金属基复合材料组成特点

针对不同的增强体系，应充分分析和考虑

增强物的特点来正确选择基体合金材料。

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对于连续纤维增强的金属基复合材料：基体的主要作用是以充分发挥增强纤维的性 能，基体本身与纤维有良好的相容性和塑性，而

不

要求基体本身有高强度，可选用铝、镁作基体。

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对于非连续纤维增强(颗粒、晶须、短纤维)的 金属基复合材料： 基体是主要承载物，要求基体有很高的强度，

可选用高强度的铝合金(如，A365,6061,7075)而不用铝作为基体。

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3 基体金属与增强物的相容性界面破坏产生原因：金属基复合材 料高温成型

纤维与金属发生化学反应， 在界面形成反应层

脆性界面反应层受力产生的裂纹引起 复合材料结构破坏16

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在选择基体时，应充分注意与增强物的 相容性(特别是化学相容性),并考虑到尽 可能在金属基复合材料成型过程中，抑制界

面反应。

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如何增强基体 与增强物的相 容性？A 对增强纤维进行表面处理改性 B 在金属基体中添加其他成分 C 选择适宜的成型方法

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注意：在用铁、镍作为基体时，不适宜用碳(石墨)

纤维作为增强物。

因为，铁、镍元素在高温时能有效促使碳纤维石墨化， 破坏了碳纤维的结构，使其丧失原有的强度，而不能 提高复合材料的综合性能。