复合材料的应用.ppt

1、8.复合材料的应用,8.1 金属基复合材料 8.1.1金属基复合材料的工程特性 刚度的增强 避免使用中的过度弹性变形 使用例：主动轴、仪表架、自行车主架、三叉戟导弹的惯性导向球等 双体船“美国之帆”的交叉悬臂，长10m，直径45cm，是迄今MMC的最大零部件,金属基复合材料的工程特性,强度的增强 通过复合使强度提高 抗疲劳能力提高 延性下降 应用例：飞机的降落齿轮、ARALL（铝与高分子长纤维交叉叠层）,金属基复合材料的工程特性,抗蠕变能力的增强 长纤维强化效果好 应用例：喷气式汽轮发动机、以轻质材料取代镍基高温合金叶片和涡轮盘、长纤维强化的钛,金属基复合材料的工程特性,耐磨性能的增加 可使磨

2、损率下降至基体的1/10 表面具有好的耐磨性，其它区域仍有高的韧性、强度和导热性 应用例：喷气式汽轮发动机、以轻质材料取代镍基高温合金叶片和涡轮盘、长线强化的钛,金属基复合材料的工程特性,降低密度 Ni基合金中加入陶瓷纤维或颗粒 强度、抗蠕变、抗腐蚀、韧性 问题：界面反应、脆性 Pb电极 注意污染的影响 碳纤维增强铜电缆,金属基复合材料的工程特性,热膨胀的控制,8.1.2 实例分析,硼/铝 复合材料制品,火箭仪器仓,火箭低温箱,发汗材料,火箭尾喷管喉衬 3000度以上高温、气速1000m/s、经受固体颗粒冲刷,发汗材料,先将高熔点金属（钨：熔点3410）制成骨架，再渗入低熔点金属（铜：熔点10

3、83、沸点2595），制备成复合材料。使用时利用铜的熔化与汽化带走大量的热，使尾喷管喉衬的温度维持在钨骨架所能够承受的温度之下。,温度升高,钨+铜,铜熔化,铜气化,热量,热量,实例分析,柴油机活塞 Al合金/Al2O3短纤维,良好的耐磨性； 高温强度； 有选择增强体的余地； 良好的热稳定性； 良好的导热性。,汽车驱动轴 Al合金/20%Al2O3颗粒,刚度高；密度低；韧性满足要求。,设备架,Al合金/20%SiO2颗粒 刚度高； 密度低； 导电性好。,制动器转盘,Al-Si合金/20%Al2O3颗粒 耐磨性好；密度低；热传导性好。,自行车体,Al基合金/ 10%Al2O3 或20%SiO2颗粒

4、 刚度好； 密度低； 抗疲劳性好。,发动机缸体,Al-Si合金/ 12%Al2O3短纤维 +9%碳短纤维 耐磨性好； 抗热疲劳性； 密度低； 高温稳定性好 减振性好 可铸造薄体。,宇航望远镜,Al合金/20%碳长纤维 轴向刚度好；密度低；超低轴向热膨胀性；导电性好。,微电子器件的基座,Al合金/ 2065%SiO2颗粒 热膨胀系数匹配；导热性好；导热系数高；适于钎焊；密度低；尺寸稳定性好。,飞机发动机部件,钛基合金/ 40%SiC单片纤维 高温性能好；增加强度；密度低；部件简化；增加刚度。,8.2 陶瓷基复合材料的应用,韧性的提高,Al2O3-TiC材料中断裂韧性与TiC含量的关系,Al2O3

5、- ZrO2材料中抗弯强度及断裂韧性与ZrO2含量的关系。,SiC晶须强化Al2O3复合材料断裂韧性与SiC晶须添加量之间的关系,SiC添加Al2O3烧结材料的断裂韧性与颗粒长径比之间的关系,SiC-TiC复合材料的断裂韧性,由17枚这样的部件可以组成外径220mm、内径90mm的静翼喷嘴。切片试验的结果表明，断裂强度为581MPa，断裂韧性为5.7Mpa m1/2，得到了高度均匀的烧结体。,涡轮增压器需要在10几万rpm的高速旋转和900的高温条件下工作，同时承受热应力和机械应力。开发此类产品需要材料开发、成形技术开发、接合技术开发、实体机械及发动机的评价技术的开发等。使用气氛加压烧结Si3N4，采用注射成形制成了转子部分，并用活性金属钎焊的方法制造了涡轮增压器。与金属转子相比，惯性力矩减小34%，加速响应性可以大幅度提高，达到10万rpm的时间缩短了36%。该零件已用于汽车，取得了好的效果。,混合复合材料轴承。用于机床的高速主轴的轴承，充分发挥陶瓷的轻量、低摩擦系数和高弹性模量等优点。还可以减少高速旋转时的温升。现在已经成为要求高速化、高精度化的精密机床中不可缺少的部分。,火焰喷嘴内部的温度达1200，外部空气冷却，在厚度方向温差较大。而且在紧急停止时需用含饱和水蒸气的空气急冷。这一应用体现了该类材料的优异的耐热性和耐热冲击性。,