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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
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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。
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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
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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。
硼纤维增强铝基复合材料用于航天飞机主舱体龙骨桁架和支柱
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二、短纤维增强铝基复合材料 特点：在室温和高温下的弹性模量有较大的提高，但线膨胀
系数由所下降，耐磨性改善，并具有良好的的导热性。
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2、碳—铝复合材料 特点：碳纤维的长度与直径比例对碳—铝复合材料的性能有很大
的影响（当长径比增大时，抗拉强度增大，增大到一定值时， 抗拉强度又开始减少）
金属基复合材料常用基体有铝、镍、镁、钛及其合 金。
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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。
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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 其铝基中 无方向性，表
明具有各向异性 Ⅱ、 用固态热压法制备 其铝基中含有纤维 表明具
有较高拉伸强度。
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—、长纤维增强铝基复合材料性能 1、硼—铝复合材料 特点：有优异的疲劳强度，比强度和比模量高，尺寸稳定性好， 线膨胀系数与半导体芯片非常接近。
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：
粉末冶金法制法制备颗粒增强铝基复合材料的工艺流程图。
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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。
铝基复合材料的增强纤维有硼纤维，碳 纤维，碳化硅纤维等。
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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
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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
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2 、在航空航天领域的应用
Cercast公司采用熔模铸造工艺研制成 A357SiC20%Vol+复合材料,用该材料代替钛合金制 造直径达180mm、重17.3kg的飞机摄相镜方向架, 使其成本和重量明显降低, 同时该复合材料还可用 来制造卫星反动轮和方向架的支撑架。 美国DWA公司用/6061SiC 25%p铝基复合材料代替 7075制造航空结构的导槽、角材，使其密度下降 了17%，模量提高了65%。
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三、晶须和颗粒增强铝基复合材料 特点：优异的性能，制造方法简单，增强体主要是碳化硅和氧化铝。
碳化硅：随它的含量增加，抗拉强度和弹性模量都增加 氧化铝：比强度和比刚度高。
碳化硅
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铝基复合材料的应用
1 、在汽车领域的应用
美国的Duralcan研制出用SiC颗粒增强铝基复合材料制造汽车 制动盘,用其代替传统铸铁制动盘，使其重量减轻了60%~40%, 而且提高了耐磨性能,噪音明显减小,摩擦散热快; 同时该公司还用SiC颗粒增强铝基复合材料制造 了汽车发动机活塞和齿轮箱等汽车零部件,这种 汽车活塞比铝合金活塞具有较高的耐磨性、良 好的耐高温性能和抗咬合性能,同时热膨胀系数 更小,导热性更好。
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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。
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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。
铝基复合材料及其应用
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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
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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）。
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用SiCp/Al复合材料制成的汽车齿轮箱在强度 和耐磨性方面均比铝合金齿轮箱有明显的 提高。铝合金复合材料也可以用来制造刹 车转子、刹车活塞、刹车垫板、卡钳等刹 车系统元件.
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上个世纪80年代,日本丰 田公司成功地用/AlO
Al32复合材料制备了发动 机活塞,与原来的铸铁 发动
机活塞相比,重量减轻了 10%~5%,导热性提高了 4倍。