金属基复合材料

更新时间:2023-05-08 15:19

金属基复合材料(metal matrix composites),简称(MMCs)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。它与聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料以及碳/碳复合材料一起构成现代复合材料体系。

特性

其特点在力学方面为横向及剪切强度较高,韧性及疲劳等综合力学性能较好,同时还具有导热、导电、耐磨、热膨胀系数小、阻尼性好、不吸湿、不老化和无污染等优点。例如碳纤维增强铝复合材料其比强度3~4×107mm,比模量为6~8×109mm,又如石墨纤维增强镁不仅比模量可达1.5×1010mm,而且其热膨胀系数几乎接近零。

分类

金属基复合材料按增强体的类别来分类,如纤维增强(包括连续和短切)、晶须增强和颗粒增强等,按金属或合金基体的不同,金属基复合材料可分为铝基、镁基、铜基、钛基、高温合金基、金属间化合物基以及难熔金属基复合材料等。由于这类复合材料加工温度高、工艺复杂、界面反应控制困难、成本相对高,应用的成熟程度远不如树脂基复合材料应用范围较小。

应用

树脂基复合材料通常只能在350℃以下的不同温度范围内使用。近些年来正在迅速开发研究适用于350℃~1200℃使用的各种金属基复合材料。金属基复合材料 是以金属或合金为基体与各种增强材料复合而制得的复合材料。增强材料可为纤维状、颗粒状晶须状的碳化硅、硼、氧化铝碳纤维。金属基体除金属铝、镁外,还发展有色金属钛、铜、锌、铅、铍超合金金属间化合物,及黑色金属作为金属基体。金属基复合材料除了和树脂基复合材料同样具有高强度、高模量外,它能耐高温,同时不燃、不吸潮、导热导电性好、抗辐射。是令人注目的航空航天高温材料,可用作飞机涡轮发动机火箭发动机热区和超音速飞机的表面材料。不断发展和完善的金属基复合材料以碳化硅颗粒铝合金发展最快。这种金属基复合材料的比重只有钢的1/3,为钛合金的2/3,与铝合金相近。它的强度比中碳钢好,与钛合金相近而又比铝合金略高。其耐磨性也比钛合金、铝合金好。已小批量应用于汽车工业机械工业。在5~15年内有商业应用前景的是汽车活塞、制动机部件、连杆、机器人部件、计算机部件运动器材等。

问题

金属基复合材料存在的主要问题是金属复合材料制造工艺复杂、造价昂贵,尚未能在工业规模生产中应用。

研究进展

2015年,美国科学家研发了一种全新的金属材料,能够漂浮在水面上。这种新轻型材料被称之为“金属基复合材料”,由美军和科学家共同研发,可用帮助战舰避免在遭受结构损伤情况下沉没。

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