復合材料是應現代科學發展需求而涌現出的具有強大生命力的材料，它由兩種或兩種以上性質不同的材料通過各種工藝手段復合而成。復合材料可分為三類：聚合物基復合材料（PMCs）、金屬基復合材料（MMCs）、陶瓷基復合材料（CMCs）。金屬基復合材料基體主要是鋁、鎳、鎂、鈦等。鋁在制作復合材料上有許多特點,如質量輕、密度小、可塑性好,鋁基復合技術容易掌握,易于加工等。此外,鋁基復合材料比強度和比剛度高,高溫性能好,更耐疲勞和更耐磨,阻尼性能好,熱膨脹系數低。同其他復合材料一樣,它能組合特定的力學和物理性能,以滿足產品的需要。因此,鋁基復合材料已成為金屬基復合材料中最常用的、最重要的材料之一。按照增強體的不同,鋁基復合材料可分為纖維增強鋁基復合材料和顆粒增強鋁基復合材料。纖維增強鋁基復合材料具有比強度、比模量高,尺寸穩定性好等一系列優異性能,但價格昂貴,目前主要用于航天領域,作為航天飛機、人造衛星、空間站等的結構材料。顆粒增強鋁基復合材料可用來制造衛星及航天用結構材料、飛機零部件、金屬鏡光學系統、汽車零部件;此外還可以用來制造微波電路插件、慣性導航系統的精密零件、渦輪增壓推進器、電子封裝器件等。
鋁基復合材料的概況
鋁基復合材料的基本成分
鋁及其合金都適于作金屬基復合材料的基體，鋁基復合材料的增強物可以是連續的纖維，也可以是短纖維，也可以是從球形到不規則形狀的顆粒。目前鋁基復合材料增強顆粒材料有SiC、AL2O3、BN等，金屬間化合物如Ni-Al，Fe-Al和Ti-Al也被用工作增強顆粒。
鋁基復合材料的性能
鋁基復合材料的性能取決于基體合金和增強物的特性、含量、分布等。與基體合金相比,鋁基復合材料具有許多優良的性能。
1 低密度
2 良好的尺寸穩定性
3強度、模量與塑性
增強體的加入在提高鋁基復合材料強度和模量的同時,降低了塑性。
4耐磨性
高的耐磨性是鋁基復合材料(SiC 、Al2O3 增強)的特點之一。
5疲勞與斷裂韌性
鋁基復合材料的疲勞強度一般比基體金屬高,而斷裂韌性卻下降。影響鋁基復合材料疲勞性能和斷裂的主要因素有:增強物與基體的界面結合狀態、基體與增強物本身的特性和增強物在基體中的分布等。
6熱性能
增強體和基體之間的熱膨脹失配在任何復合材料中都難以避免,為了有效降低復合材料的熱膨脹系數,使其與半導體材料或陶瓷基片保持熱匹配,常選用低膨脹的 合金作為基體和采用不同粒徑的顆粒制備高體積分數的復合材料。
鋁基復合材料的應用
1 在汽車領域的應用
鋁基復合材料在汽車工業的應用研究起步最早。上個世紀 年代,日本豐田公司成功地用 復合材料制備了發動機活塞。美國的 研制出用 顆粒增強鋁基復合材料制造汽車制動盤,使其重量減輕了,而且提高了耐磨性能,噪音明顯減小,摩擦散熱快;同時該公司還用 顆粒增強鋁基復合材料制造了汽車發動機活塞和齒輪箱等汽車零部件。用 復合材料制成的汽車齒輪箱在強度和耐磨性方面均比鋁合金齒輪箱有明顯的提高。鋁合金復合材料也可以用來制造剎車轉子、剎車活塞、剎車墊板、卡鉗等剎車系統元件。鋁基復合材料還可用來制造汽車驅動軸、搖臂等汽車零件。
2 在航空航天領域的應用
現代科學技術的發展,對材料性能提出了越來越高的要求,特別是航空航天領域要制造輕便靈活、性能優良的飛機、衛星等，鋁基復合材料恰能滿足這方面的要求。公司采用熔模鑄造工藝研制成 復合材料,用該材料代替鈦合金制造直徑達 、重 的飛機攝相鏡方向架,使其成本和重量明顯降低,導熱性提高。同時該復合材料還可用來制造衛星反動輪和方向架的支撐架。
3 在電子和光學儀器中的應用
鋁基復合材料,特別是 增強鋁基復合材料,由于具有熱膨脹系數小、密度低、導熱性能好等優點,適合于制造電子器材的襯裝材料、散熱片等電子器件。 顆粒增強鋁基復合材料的熱膨脹系數完全可以與電子器件材料的熱膨脹相匹配,而且導電、導熱性能也非常好。在精密儀器和光學儀器的應用研究方面,鋁基復合材料用于制造望遠鏡的支架和副鏡等部件。另外鋁基復合材料還可以制造慣性導航系統的精密零件、旋轉掃描鏡、紅外觀測鏡、激光鏡、激光陀螺儀、反射鏡、鏡子底座和光學儀器托架等許多精密儀器和光學儀器。
4 在體育用品上的應用
鋁基復合材料可以代替木材及金屬材料來制作網球拍、釣魚竿、高爾夫球桿和滑雪板等。用 顆粒增強鋁基復合材料制作的自行車鏈齒輪重量輕、剛度高、不易撓曲變形,性能優于鋁合金鏈齒輪。
