镁基复合材料2分析.pptx
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1、镁镁镁镁 基基基基 复复复复 合合合合 材材材材 料料料料材材 料料 学学 李李小小强强目目目目 录录录录镁镁镁镁 基基基基 复复复复 合合合合 材材材材 料料料料 研研研研 究究究究 背背背背 景景景景镁镁镁镁 基基基基 复复复复 合合合合 材材材材 料料料料 结结结结 构构构构 与与与与 性性性性 能能能能镁镁镁镁 基基基基 复复复复 合合合合 材材材材 料料料料 制制制制 备备备备 工工工工 艺艺艺艺镁镁镁镁 基基基基 复复复复 合合合合 材材材材 料料料料 研研研研 究究究究 与与与与 展展展展 望望望望52341镁镁镁镁 基基基基 复复复复 合合合合 材材材材 料料料料 的的的的 初
2、初初初 步步步步 认认认认 识识识识1 1 镁基复合材料的初步认识镁基复合材料的初步认识镁基复合材料的初步认识镁基复合材料的初步认识复复 合合 材材 料料 的的 定定 义义 由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的 一种多相固体材料。复复 合合 材材 料料 的的 种种 类类(1)聚合物基复合材料。其中含有热固性树脂基复合材料,热塑性树脂基和橡胶基复合材料。(2)金属基复合材料。其中含有轻金属基,高熔点金属基,金属间化合物基复合材料。(3)无机非金属基复合材料。其中含有陶瓷基,碳基,水泥基复合材料。复合材料的结构复合材料的结构复合材料的结构复合材料的结构复合材料复合材料一次结构二次结构
3、三次结构 镁镁镁镁镁镁 的的的的的的 性性性性性性 能能能能能能vv重量轻重量轻重量轻重量轻:镁合金是最轻的工程结构材料。镁的密度1.74,约为钢的1/4,铝的2/3,为工程塑料的1.5倍。vv比强度、比刚度高比强度、比刚度高:镁合金的比强度明显高于铝合金和钢,比刚度与铝合金和钢相当,而远远高于工程塑料,为一般塑料的10倍。vv减振性好减振性好:相同载荷下,是铝的100倍,钛合金的300500倍。电磁屏蔽性佳。vv散热性好散热性好:金属的热传导性是塑料的数百倍,其热传导性略低于铝合金及铜合金,远高于钛合金,常用合金中比热最高。vv耐蚀性好耐蚀性好:为碳钢的8倍,铝合金的4倍,为塑料材料的10倍
4、以上。vv质感佳质感佳质感佳质感佳:外观及触摸质感极佳,使产品更具豪华感。vv可回收性好可回收性好:花费相当于新料价格的4%,可回收利用镁合金制品及废料。2 2 镁镁镁镁 基基基基 复复复复 合合合合 材材材材 料料料料 研研研研 究究究究 背背背背 景景景景 镁基复合材料密度小,仅为铝或基复合材料的2/3左右,具高的比强度和比刚度以及良好的力学和物理性能,受到航空航天、汽车、机械以及电子等高技术领域的重视,在新兴高新技术领域比传统金属和铝基复合材料的应用潜力更大。因此自20世纪80年代末,镁基复合材料已经成为金属基复合材料领域的研究热点之一。3 3 镁镁镁镁 基基基基 复复复复 合合合合 材
5、材材材 料料料料 结结结结 构构构构基体基体基体基体 镁化合镁化合物物 铸镁铸镁 镁合金镁合金增强相增强相增强相增强相 纤维纤维 晶须晶须 颗粒颗粒v常用的基体镁合金常用的基体镁合金 镁基复合材料要求基体组织细小、均匀,基体合金使用性能良好Mg-Al合金(AZ31、AZ61、AZ91)标准标准标准标准 Mg-Zn-Cu合金(ZC17)Mg-Re-Zr合金Mg-Ni合金高强度高强度高强度高强度耐热耐热耐热耐热 储氢储氢储氢储氢v常用颗粒增强体常用颗粒增强体 根据镁基复合材料的使用性能、基体镁合金的种类和成分来选择所需的颗粒增强体要求增强体与基体物理、化学相容性好,应尽量避免增强体与基体合金之间的
6、有害界面反应,并使其与基体润湿性良好,载荷承受能力强等。取适当的工艺措施使颗粒在基体内分布均匀,减少颗粒间的团聚,以改善材料受载时内部的应力分布,也保证复合材料具有良好性能的关键之一。制备方法可以分为外加颗粒和内位原生颗粒法两种。常用颗粒增强体种类常用颗粒增强体种类v碳化物碳化物 SiC颗粒颗粒 SiC的硬度高,耐磨性能好,并具有抗热冲击、抗氧化等性能。镁没有稳定的碳化物,SiC在镁中热力学上是稳定的,因此,SiC常用作镁基复合材料的增强相,并且来源广泛价格便宜,用其作为增强颗粒制备镁基复合材料具有工业化生产前景。B4C颗粒颗粒 B4C为菱面体站构,高熔点、高硬度,硬度仅次于金刚石与立方氮化硼
7、,是密度最低的陶瓷材料,热膨胀系数相当低,价格也较便宜。TiC颗粒颗粒 TiC为面心立方晶格,具有高熔点、高硬度及高温稳定性好等优点。TiC与镁的润湿性好于与铝的润湿性。且不和镁发生界面反应。因此,TiC是作为镁的增强相的较佳选择。常用颗粒增强体种类常用颗粒增强体种类v硼化物硼化物 TiB2颗粒颗粒 TiB2是一种新型的工业陶瓷原料。具有硬度大,耐磨损,耐酸碱,导电性与稳定性好等优异特性。TiB颗粒颗粒 TiB具有高硬度、高熔点、良好的导电性、抗熔融腐蚀性等,是作为镁基复合材料增强相的较佳选择。但是,遗憾的是对于TiB颗粒增强镁基复合材料的研究报道很少。v氧化物颗粒氧化物颗粒 氧化物弥散强化机
8、制日益受到研究者的重视,过去研究者只限于制备小体积分数的MgO增强镁基复合材料,现在已有研究者制备出大体积分数MgO增强镁基复台材料。常用纤维增强体种类常用纤维增强体种类C纤维纤维 C纤维强度高(7000MPa)、密度小、弹性模量高(900GPa)、低热膨胀、高导热、耐磨、耐高温等优异性能。SiC纤维纤维 碳化硅纤维是以碳和硅为主要成分的一种陶瓷纤维。它具有高强度、高模量、高化学稳定性以及良好的高温性能,主要用于增强金属和陶瓷。B纤维纤维 B纤维是一种将硼通过高温化学气相沉积在钨丝或碳芯表面制成的高性能增强纤维,具有很高的比强度和比模量,也是制造金属基复合材料最早采用的高性能纤维。常用晶须增强
9、体种类常用晶须增强体种类常用晶须增强体种类常用晶须增强体种类vSiC陶瓷晶须 SiC陶瓷晶须通常采用化化学学气气相相法法制造,气体原料在一定的温度下经催化剂作用,生长成晶须。SiC晶须具有强度和模量高、导热性好的优点,并且可以批量生产,价格较低,是目前用于金属基和陶瓷基复合材料的主要增强晶须。SiC晶须生产的工艺流程晶须生产的工艺流程分选分选反应生成反应生成SiCSiC脱碳脱碳净化净化碳(炭黑)等SiO2催化剂催化剂SiCSiC晶须成品晶须成品混合混合焙烧加热反应1500碳(炭黑)碳(炭黑)等等SiOSiO2 2v优良的力学性能优良的力学性能目前,对于颗粒增强金属基包括镁基复合材料的强化机制还
10、没有一个统目前,对于颗粒增强金属基包括镁基复合材料的强化机制还没有一个统一而完善的理论。一而完善的理论。普遍认为,颗粒增强复合材料强化机制主要有以下几点:普遍认为,颗粒增强复合材料强化机制主要有以下几点:由于基体与增强体由于基体与增强体热膨胀系数热膨胀系数不同导致材料内产生热残余应力以及由于不同导致材料内产生热残余应力以及由于热残余应力热残余应力释放导致基体中产生释放导致基体中产生高密度位错;高密度位错;增强体的加入对基体变形的约束以及对基体中位错运动的阻碍产生了强增强体的加入对基体变形的约束以及对基体中位错运动的阻碍产生了强化;化;基体向增强体的载荷传递以及晶粒细化强化等。基体向增强体的载荷
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