金属基导电复合材料的研究

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1、一、金属基导电复合材料金属基复合材料特点：用纤维、颗粒、晶须增强的金属、合金或金属间化合物，是当前复合材料研究开发的重要领域，80年代以来发展快速。树脂基复合材料由于本身的特性通常只能在350℃以下使用。金属基复合材料除了和树脂基复合材料同样具有高强度、高模量和低膨胀系数的特点外，它能耐300~1200℃的温度，同时还具有不燃性、高的导电性和导热性、不放气、不吸湿和耐老化等性能。若与传统的金属材料相比，金属基复合材料重量轻、强度和刚度高、耐磨损。但金属基复合材料造价较高，有些制备工艺较为复杂。金属基复合材料分为纤维增强型（包括短纤维和毡）、颗粒和晶须增强型、

2、定向凝固共晶型和层状型（交替叠层型）。主流1、纤维增强金属基复合材料由纤维增强的金属、合金或金属间化合物。它是在50年代末开始研究和发展起来的一种金属基复合材料。在纤维增强金属基复合材料中常用的增强基有：硼纤维、碳（石墨）纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、钨丝、钼丝、钢丝等。常用的基体有：铝、镁、钛、铜、铅及其合金与高温合金。其中以铝基复合材料的研究与发展最为迅速，技术比较成熟，应用也较广泛。纤维增强金属基复合材料的性能取决于纤维和基体金属的类型和性能，纤维的含量与分布、纤维与基体金属间界面的结构和性能，以及制备工艺过程。纤维增强金属基复合材料的制备工艺与性能列

3、于表5-9中。各种纤维增强金属基复合材料具有不同的综合性能，用于不同的领域。铝镁和镁基复合材料主要用于航天、航空领域作为高性能的结构材料。钛基和高温合金基复合材料主要用于发动机零件。铜、铅、基复合材料主要用于电子和能源领域，作为特殊的导体和电极材料。①碳（石墨）/铝、碳（石墨）/镁复合材料具有高的比强度和比模量，又具有接近于零的热膨胀系数和良好的尺寸稳定性，已成功的用于人造卫星支架、L频带平面天线、空间望远镜和照相机的镜筒、红外反射镜、人造卫星抛物面天线等。②硼/铝复合材料是应用最早的纤维增强金属基复合材料，具有很高的比强度和比模量，可作主承力构间。硼/铝复

4、合材料管柱用于航天飞机机舱框架结构，243根硼/铝组成的航天飞机机舱框架结构比用铝制重量减轻44%。硼/铝复合材料也用于航天和先进武器系统，例如做成B1飞机的垂直尾翼、发动机风扇叶片、导弹构件，还用于核能装置和核燃料的储运设备等。③钨丝增强高温合金、钨丝增强铜、碳化硅纤维增强Ti3Al、TiAl、Ni3Al等金属间化合物在燃气轮机耐热零件、火箭发动机发面的运用是金属基复合材料研究的重要方向之一。这些高温金属基复合材料具有良好的高温强度、抗蠕变性、抗冲击、耐热疲劳等性能，用作燃气轮机叶片、转动轴等高温零件，能明显提高发动机的效率。纤维增强金属基复合材料，由于具

5、有良好的导热、导电性能和低的热膨胀系数，在电子工业中用作大功率大规模集成电路元件基板，热膨胀系数与硅材料相当，可避免热应力造成的硅片损伤和器件失效，提高集成电路元件的可靠性。④碳/铜复合材料具有优良的导电性和耐烧蚀性，做成的单级惯性电极电刷课通过1000A/cm2的大电流，在粒子束武器中有重要作用。碳/铅复合材料可用作核潜艇大型蓄电池极板。纤维增强金属基复合材料在汽车、体育、纺织等工业中应用也正在迅速发展。特别是在汽车工业中用纤维增强金属基复合材料在内燃机活塞、连杆、活塞销等发动机零件，有效地减轻云固定部件的重量，提高发动机的效率和使用寿命。用氧化铝、硅酸铝

6、纤维增强的铝活塞是金属基复合材料在民用工业中应用最成功的实例。由于在铝合金中加入氧化铝短纤维而有效地提高了合金的高温强度。耐磨性和减少热膨胀系数，使发动机效率提高5%，寿命提高5倍以上。2、颗粒增强金属基复合材料定义：以一种或多种金属、非金属或陶瓷的颗粒作增强体，弥散于金属基体中所制成的一种金属基复合材料。特点：制备工艺比较容易，成本低，并可用热压、热挤压、热轧等常规热加工工艺加工成型，增强相在基体内弥散分布具有各向同性，适于复杂应力状态下使用。ⅰ、基体材料基体材料是金属基复合材料的主要组成部分，起固结增强颗粒、传递和承受各种载荷的作用。金属基体材料的性能对

7、所制备的金属基复合材料的性能起着非常重要的作用，其密度、强度、塑性、耐蚀耐热性能、导电导热性能等均影响复合材料的整体性能。ⅱ、增强颗粒增强颗粒也是金属基复合材料的重要组成部分之一，其作用是提高金属基体的强度、刚度、耐磨损等性能。随着颗粒增强复合材料的发展，新的增强颗粒不断现。在了解各种增强颗粒的性能、结构的基础上，根据如下所述的原则选定增强颗粒：最主要①颗粒的硬度、刚度要高，用于增强复合材料耐磨损耐冲击性能。根据Richardon[1]的观点，要提高耐磨材料的耐磨性，必须设法使材料表面硬度Hu与磨料硬度Ha的比值超过转折点，即Hu/Ha＞0.8。②增强颗粒与

8、基体材料的高温润湿性应尽可能好一些，根据颗粒间的毛细