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铝基复合材料及其应用 铝基复合材料之 Ⅰ、综述 Ⅱ、基体与增强体 Ⅲ、种类及分类 IV、生产工艺 V、结构与性能 VI、应用及发展趋势 基复合材料的综述 复合材料是应现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命力的材料，它由两种或两种以上性质不同的材料通过各种工艺手段复合而成。 复合材料可分为三类： 聚合物基复合材料（PMCs） 金属基复合材料（MMCs） 陶瓷基复合材料（CMCs）。 金属基复合材料常用基体有铝、镍、镁、钛及其合金。 铝基复合材料基体 铝有许多特点,如质量轻、密度小、可塑性好,熔点低制备工艺简单。 铝基复合技术容易掌握,易于加工，比强度和比刚度高,高温性能好,更耐疲劳和更耐磨,阻尼性能好,热膨胀系数低。 同其他复合材料一样,它能组合特定的力学和物理性能,以满足产品的需要。因此,铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。 常见铝基体 工业纯铝 铸造冶金变形铝合金（2014、2024、2124等，且不选含Mn Cr的铝合金，因其产生脆性相 ） 粉末冶金变形铝合金 铸造铝合金 新型铝合金 复合材料增强基 分类： 连续的和非连续的纤维、晶须、颗粒。 特性： 高强度、高模量、高刚度、抗疲劳、耐热、耐磨、抗腐蚀、热膨胀系数小、导电、导热以及润湿性、化学相容性、易加工等。 铝基复合材料的增强纤维有硼纤维，碳纤维，碳化硅纤维等。 铝复合材料的种类与分类 铝合金材料可按增强相，铝基体及材料特性三方面进行分类。 按增强体分类： 长纤维增强复合材料 短纤维增强复合材料 颗粒增强复合材料 混合增强复合材料 纳米复合材料 层合复合材料 倾泻复合材料 表面复合材料 铸造铝合金基复合材料 变形铝合金基复合材料 以铝基体分类 工业纯铝基复合材料 新型铝合金基复合材料 结构复合材料 以特性分类 功能复合材料 智能复合材料 铝基复合材料的制造工艺 连续纤维增强铝基复合材料的制造 1 粉末冶金法 2 高能-高速固结工艺 3 压力浸渗铸造工艺 4 液态金属搅拌铸造法 粉末冶金法 粉末冶金法是最早用来制造铝基复合材料的方法,是一种比较成熟的工艺方法。采用粉末冶金法时,首先将颗粒增强物和铝合金粉末用机械手段均匀混合,进行冷压实,然后加热除气,在液相线与固相线之间进行真空热压烧结,得到复合材料的坯料,在将坯料进行挤压、轧制、锻造、拉拔等二次加工就可制成所要的型材零件。 优点: 可将增强物颗粒和铝合金粉按任意比例混合,而且混合均匀性好,不会出现偏析和偏聚,制备的复合材料机械性能较高。 缺点： 粉末冶金法制造工艺及装备复杂,生产成本高,图1是粉末冶金法制备颗粒增强铝基复合材料的工艺流程图。 高能-高速固结工艺 这种工艺是在短时间内使陶瓷颗粒和铝合金粉末的混合物受到高脉冲电流的放电作用后,迅速提高能量,并在较小外力作用下,使之固结成复合材料的工艺。 优点： 高能量高速度脉冲有利于将冷模中的导电粉体快速加热到指定温度,从而控制相变和组织粗化,这是常规粉末冶金工艺无法实现的。高能-高速固结工艺可使复合材料的相对密度达95%以上。 压力浸渗工艺 压力浸渗工艺是先将增强体制成预制件,再将预制件放入模具后,以惰性气体或机械装置为压力媒体将铝液压入预制件的间隙,凝固后即形成复合材料。 这种工艺简单,但预制件中的气体不易在凝固前排出而造成气孔与疏松,同时预制件也易产生变形和偏移。 液态金属搅拌铸造法 液态金属搅拌铸造法的基本原理是将颗粒增强物直接加入到熔融的铝合金中,通过一定方式的搅拌使颗粒均匀地分散在基体熔体中,复合成颗粒增强铝基复合材料。复合好的熔体可浇铸成锭坯、铸件等使用。这种工艺简单、生产效率高、制造成本低廉。复合好的铸锭经重熔后,可精密压成各种型材、管材、棒材等。它是目前最成熟、最具竞争力、也是工业化规模生产铝基复合材料的最主要的方法。 铝合金复合材料的结构与性能 碳纤维增强铝基复合材料结构 Ⅰ、用液态浸渍法制备