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1、,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,Chapter 4,金屬基復合材料,（,Metal Matrix Composite,）,Chapter 3:Metal Matrix Composite,4.1 Introduction to MMC,4.1.1.,定義,金屬基復合材料（,Metal Matrix Composite),簡稱（,MMC),是以金屬及其合金為基體，與一種或幾種非金屬增強相人工結合成的復合材料。,Chapter 3:Metal Matrix Composite,4.1.2,MMC,的沿革與發展,20,世紀,60,年代,硼纖維
2、增強鋁基復合材料用于航天飛機主艙體龍骨桁架和支柱,Chapter 3:Metal Matrix Composite,70,年代中期,C,纖維增強鋁基復合材料,70,年代末,碳化硅纖維、晶須、顆粒,氧化鋁纖維,增強鋁,增強鈦,Al,2,0,3,短纖維,/Al,汽車活塞（活塞環）（豐田汽車公司）（左圖）,SiCp,/Al,連桿，鍛件替代鋼連桿，減重,6Kg,（,福特、通用汽車公司）（中圖）,SiCp,/Al,，,Al,2,0,3,p/Al,汽車剎車盤，減重,60,（豐田、福特和通用汽車公司）（右圖）,Chapter 3:Metal Matrix Composite,80,年代,制備工藝技術的研究,
3、壓鑄成型,半固態成型,噴射沉積,原位金屬直接氧化法,反應生產法,90,年代,界面,(interface),界面穩定性,界面產物及作用,界面結構,界面反應控制,界面與性能的關系,MMC,研究和開發的集中方向：,MMC,的發展特點是：基體的多樣性；品種變化性；技術的復雜性；使用的局限性和長期預研性。因此，,MMC,的研究開發主要集中在以下方向：,不同金屬基與不同種類、形態的增強材料復合,新型增強材料的開發，包括金屬與非金屬、顆,粒、晶須，片晶等,制備工藝的開發和研究,增強相,/,基體界面優化的研究,擴大,MMC,材料的應用范圍和領域,Chapter 3:Metal Matrix Composite
4、,4.1.3 MMC,分類,金屬基復合材料分類圖,Chapter 3:Metal Matrix Composite,4.1.4 MMC,性能特點,金屬基復合材料作為結構材料具有一系列和金屬性能相似的特點，隨著科技的發展，單一的金屬或其合金難以滿足要求，金屬基復合材料通過和高強度、高模量、耐熱性性好的纖維或顆粒晶須等復合后，可以獲得比其基體金屬或合金在比強度、比模量、高溫性能等性能更好的新型工程材料，其主要的性能特點有：,高比強度、比模量,高韌性和高沖擊性能,具有較好的高溫性能,表面耐久性好，表面缺陷敏感性低,良好的,導熱、導電性能,良好的熱匹配性,良好的再加工性能,Chapter 3:Meta
5、l Matrix Composite,高比強度、比模量,與結構陶瓷和聚合物材料,相比，金屬材料的高強度在復,合材料中能得到更好的利用，,右圖為幾種常用的金屬基復合,材料與常用金屬材料（鋁、鈦,合金及鋼）的比強度和比模量,的比較，纖維增強材料的比強,度和比模量明顯優于金屬材料,；而顆粒增強復合材料在比模,量上有顯著提高。,Chapter 3:Metal Matrix Composite,金屬基復合材料的強度與模量分為三個水平：,高性能水平，強度,1200MPa,以上、模量在,200GPa,以上；,中性能水平，強度,600-1000MPa,、,100-150Gpa,之間；,較低性能水平，強度,40
6、0-600MPa,、,模量,95-130Gpa,。,典型的鋁基和鈦基,MMC,的性能,Chapter 3:Metal Matrix Composite,高韌性和高沖擊性能,金屬基復合材料相對與聚合物基、陶瓷基復合材料具有高的高韌性和耐沖擊性能。,如右圖，基體中的裂紋,頂端的最大應力接近基體的,抗拉強度，而低于纖維的斷,裂應力時，裂紋或在界面擴,展鈍化，或因基體的塑性剪,切變形而鈍化，從而改善了,材料的斷裂韌性。,Chapter 3:Metal Matrix Composite,具有在高溫下保持的性能,和聚合物基復合材料相比，,MMC,的物理和機械性能具,有高溫穩定性，即對溫度變化不敏感，具有較
7、好的高溫性能，,可作為在一定高溫下使用的結構材料。,如左圖，硼纖維增強鋁在近,400,溫度下仍有較好的高溫比強度。而硼纖維在增強環氧樹脂復合材料在室溫時具有比,MMC,高的比強度，但在約,150,時，比強已經明顯下降。,Chapter 3:Metal Matrix Composite,表面耐久性好，表面缺陷敏感性低,金屬基復合材料中金屬基體對表面裂紋的敏感性比聚合物或者陶瓷小的多，表面堅實耐久，尤其是顆粒、晶須增強金屬基復合材料?？梢宰鳛楣こ虡嫾心湍ゼ褂谩?導熱、導電性能好,金屬基復合材料導熱、導電性能比聚合物或者陶瓷基結構好的多。它可以使局部高溫熱源和集中電荷很好擴散消除。如碳纖維增強鋁
8、基復合材料可以作為航空航天技術領域中的結構材料，還可以作為空間裝置的熱傳導和散熱器面板應用,Chapter 3:Metal Matrix Composite,良好的熱匹配性,有些增強纖維和基體的熱膨脹系數接近，復合后可以降,低熱應力和熱膨脹系數，如碳纖維增強鋁基復合材料經過設,計，可以使熱膨脹系數接近零。這樣的復合材料，質輕，性,能好且不易因溫差變形。,一些材料的導熱系數和熱膨脹系數,Chapter 3:Metal Matrix Composite,性能再現性好及可加工性,金屬材料的特性之一就是性能再現性好。金屬材料與其它材料相比，金屬材料的力學、物理和化學性能比較穩定，性能可以通過合金化，得
9、到精確的控制。這種特性對要求高強、高模以及高溫性能的復合材料尤為重要。目前，如何提高金屬基體與增強材料之間的結合性能和界面控制，成為提高金屬基復合材料性能穩定性和再現性的關鍵。,MMC,可如其他金屬材料一樣，可以借用金屬材料加工成型的方法來制備，如擴散結合、粉末冶金、鑄造成型等，也可通過軋制、拉拔、擠壓等金屬材料的壓力加工方法進行第二次加工，進一步提高復合材料的性能。甚至可以進行超塑性加工成型。這是,PMC,、,CMC,和,C/C,復合材料所不具備的加工性能。,Chapter 3:Metal Matrix Composite,4.1.5,金屬基復合材料的應用,金屬基復合材料主要應用在以下領域：
10、,空間和宇航中的應用,在軍事領域應用,航空工業（飛機）應用,在核反應工程中應用,在汽車工業中的應用,Chapter 3:Metal Matrix Composite,Chapter 3:Metal Matrix Composite,空間和宇航中的應用,硼纖維增強鋁基復合材料用于航天飛機主艙體龍骨桁架和支柱（減重,142kg,）,Chapter 3:Metal Matrix Composite,哈勃望遠鏡結構,哈勃望遠鏡在空間,Chapter 3:Metal Matrix Composite,航空工業（飛機）應用,DWAs DRA Skin Fins:4:1 Service Life Exten
11、sion,Original 2024 Aluminum Alloy Skin Fins,F,18E/F,的控制舵和副翼液壓汽缸密封蓋（,DRA,用于替代鋁青銅）,Chapter 3:Metal Matrix Composite,在汽車工業中的應用,Al,2,0,3,短纖維,/Al,汽車活塞（活塞環）（豐田汽車公司）（左圖）,SiCp,/Al,連桿，鍛件替代鋼連桿，減重,6Kg,（,福特、通用汽車公司）（中圖）,SiCp,/Al,，,Al,2,0,3,p/Al,汽車剎車盤，減重,60,（豐田、福特和通用汽車公司）（右圖）,Chapter 3:Metal Matrix Composite,Chapter 3:Metal Matrix Composite,用于坦克火炮的反射鏡（,Al,基復合材料）,Chapter 3:Metal Matrix Composite,Chapter 3:Metal Matrix Composite,課外作業,:,舉例說明金屬基復合材料與合金的不同之處,
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