復(fù)合材料是應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展需求而涌現(xiàn)出的具有強(qiáng)大生命力的材料，它由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料通過(guò)各種工藝手段復(fù)合而成。復(fù)合材料可分為三類(lèi)：聚合物基復(fù)合材料（PMCs）、金屬基復(fù)合材料（MMCs）、陶瓷基復(fù)合材料（CMCs）。金屬基復(fù)合材料基體主要是鋁、鎳、鎂、鈦等。鋁在制作復(fù)合材料上有許多特點(diǎn),如質(zhì)量輕、密度小、可塑性好,鋁基復(fù)合技術(shù)容易掌握,易于加工等。此外,鋁基復(fù)合材料比強(qiáng)度和比剛度高,高溫性能好,更耐疲勞和更耐磨,阻尼性能好,熱膨脹系數(shù)低。同其他復(fù)合材料一樣,它能組合特定的力學(xué)和物理性能,以滿(mǎn)足產(chǎn)品的需要。因此,鋁基復(fù)合材料已成為金屬基復(fù)合材料中最常用的、最重要的材料之一。按照增強(qiáng)體的不同,鋁基復(fù)合材料可分為纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料和顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度、比模量高,尺寸穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)異性能,但價(jià)格昂貴,目前主要用于航天領(lǐng)域,作為航天飛機(jī)、人造衛(wèi)星、空間站等的結(jié)構(gòu)材料。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料可用來(lái)制造衛(wèi)星及航天用結(jié)構(gòu)材料、飛機(jī)零部件、金屬鏡光學(xué)系統(tǒng)、汽車(chē)零部件;此外還可以用來(lái)制造微波電路插件、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精密零件、渦輪增壓推進(jìn)器、電子封裝器件等。
鋁基復(fù)合材料的概況
鋁基復(fù)合材料的基本成分
鋁及其合金都適于作金屬基復(fù)合材料的基體，鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)物可以是連續(xù)的纖維，也可以是短纖維，也可以是從球形到不規(guī)則形狀的顆粒。目前鋁基復(fù)合材料增強(qiáng)顆粒材料有SiC、AL2O3、BN等，金屬間化合物如Ni-Al，F(xiàn)e-Al和Ti-Al也被用工作增強(qiáng)顆粒。
鋁基復(fù)合材料的性能
鋁基復(fù)合材料的性能取決于基體合金和增強(qiáng)物的特性、含量、分布等。與基體合金相比,鋁基復(fù)合材料具有許多優(yōu)良的性能。
1 低密度
2 良好的尺寸穩(wěn)定性
3強(qiáng)度、模量與塑性
增強(qiáng)體的加入在提高鋁基復(fù)合材料強(qiáng)度和模量的同時(shí),降低了塑性。
4耐磨性
高的耐磨性是鋁基復(fù)合材料(SiC 、Al2O3 增強(qiáng))的特點(diǎn)之一。
5疲勞與斷裂韌性
鋁基復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度一般比基體金屬高,而斷裂韌性卻下降。影響鋁基復(fù)合材料疲勞性能和斷裂的主要因素有:增強(qiáng)物與基體的界面結(jié)合狀態(tài)、基體與增強(qiáng)物本身的特性和增強(qiáng)物在基體中的分布等。
6熱性能
增強(qiáng)體和基體之間的熱膨脹失配在任何復(fù)合材料中都難以避免,為了有效降低復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù),使其與半導(dǎo)體材料或陶瓷基片保持熱匹配,常選用低膨脹的 合金作為基體和采用不同粒徑的顆粒制備高體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料。
鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用
1 在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用
鋁基復(fù)合材料在汽車(chē)工業(yè)的應(yīng)用研究起步最早。上個(gè)世紀(jì) 年代,日本豐田公司成功地用 復(fù)合材料制備了發(fā)動(dòng)機(jī)活塞。美國(guó)的 研制出用 顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造汽車(chē)制動(dòng)盤(pán),使其重量減輕了,而且提高了耐磨性能,噪音明顯減小,摩擦散熱快;同時(shí)該公司還用 顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞和齒輪箱等汽車(chē)零部件。用 復(fù)合材料制成的汽車(chē)齒輪箱在強(qiáng)度和耐磨性方面均比鋁合金齒輪箱有明顯的提高。鋁合金復(fù)合材料也可以用來(lái)制造剎車(chē)轉(zhuǎn)子、剎車(chē)活塞、剎車(chē)墊板、卡鉗等剎車(chē)系統(tǒng)元件。鋁基復(fù)合材料還可用來(lái)制造汽車(chē)驅(qū)動(dòng)軸、搖臂等汽車(chē)零件。
2 在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)材料性能提出了越來(lái)越高的要求,特別是航空航天領(lǐng)域要制造輕便靈活、性能優(yōu)良的飛機(jī)、衛(wèi)星等，鋁基復(fù)合材料恰能滿(mǎn)足這方面的要求。公司采用熔模鑄造工藝研制成 復(fù)合材料,用該材料代替鈦合金制造直徑達(dá) 、重 的飛機(jī)攝相鏡方向架,使其成本和重量明顯降低,導(dǎo)熱性提高。同時(shí)該復(fù)合材料還可用來(lái)制造衛(wèi)星反動(dòng)輪和方向架的支撐架。
3 在電子和光學(xué)儀器中的應(yīng)用
鋁基復(fù)合材料,特別是 增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,由于具有熱膨脹系數(shù)小、密度低、導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn),適合于制造電子器材的襯裝材料、散熱片等電子器件。 顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)完全可以與電子器件材料的熱膨脹相匹配,而且導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能也非常好。在精密儀器和光學(xué)儀器的應(yīng)用研究方面,鋁基復(fù)合材料用于制造望遠(yuǎn)鏡的支架和副鏡等部件。另外鋁基復(fù)合材料還可以制造慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精密零件、旋轉(zhuǎn)掃描鏡、紅外觀(guān)測(cè)鏡、激光鏡、激光陀螺儀、反射鏡、鏡子底座和光學(xué)儀器托架等許多精密儀器和光學(xué)儀器。
4 在體育用品上的應(yīng)用
鋁基復(fù)合材料可以代替木材及金屬材料來(lái)制作網(wǎng)球拍、釣魚(yú)竿、高爾夫球桿和滑雪板等。用 顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制作的自行車(chē)鏈齒輪重量輕、剛度高、不易撓曲變形,性能優(yōu)于鋁合金鏈齒輪。
