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金属基导电(dǎodiàn)复合材料的研究若与传统的金属材料相比,金属基复合材料重量轻、强度和刚度高、耐磨损。但金属基复合材料造价较高,有些制备工艺较为复杂。金属基复合材料分为纤维增强型(包括短纤维和毡)、颗粒和晶须增强型、定向凝固共晶型和层状型(交替叠层(diécénɡ)型)。主流1、纤维(xiānwéi)增强金属基复合材料纤维增强金属基复合材料的性能取决于纤维和基体金属的类型和性能,纤维的含量与分布(fēnbù)、纤维与基体金属间界面的结构和性能,以及制备工艺过程。纤维增强金属基复合材料的制备工艺与性能列于表5-9中。各种纤维增强金属(jīnshǔ)基复合材料具有不同的综合性能,用于不同的领域。铝镁和镁基复合材料主要用于航天、航空领域作为高性能的结构材料。钛基和高温合金基复合材料主要用于发动机零件。铜、铅、基复合材料主要用于电子和能源领域,作为特殊的导体和电极材料。①碳(石墨)/铝、碳(石墨)/镁复合材料具有(jùyǒu)高的比强度和比模量,又具有(jùyǒu)接近于零的热膨胀系数和良好的尺寸稳定性,已成功的用于人造卫星支架、L频带平面天线、空间望远镜和照相机的镜筒、红外反射镜、人造卫星抛物面天线等。②硼/铝复合材料是应用最早的纤维增强金属基复合材料,具有很高的比强度和比模量,可作主承力构间。硼/铝复合材料管柱用于航天飞机(fēijī)机舱框架结构,243根硼/铝组成的航天飞机(fēijī)机舱框架结构比用铝制重量减轻44%。硼/铝复合材料也用于航天和先进武器系统,例如做成B1飞机(fēijī)的垂直尾翼、发动机风扇叶片、导弹构件,还用于核能装置和核燃料的储运设备等。③钨丝增强高温合金、钨丝增强铜、碳化硅纤维增强Ti3Al、TiAl、Ni3Al等金属间化合物在燃气轮机耐热零件、火箭发动机发面的运用是金属基复合材料研究的重要方向之一。这些高温金属基复合材料具有良好的高温强度、抗蠕变性、抗冲击、耐热疲劳等性能,用作燃气轮机叶片、转动轴等高温零件,能明显提高发动机的效率。纤维增强金属基复合材料,由于具有良好的导热、导电性能和低的热膨胀系数,在电子工业中用作大功率大规模集成电路(jíchéng-diànlù)元件基板,热膨胀系数与硅材料相当,可避免热应力造成的硅片损伤和器件失效,提高集成电路(jíchéng-diànlù)元件的可靠性。④碳/铜复合材料具有优良的导电性和耐烧蚀性,做成的单级惯性电极(diànjí)电刷课通过1000A/cm2的大电流,在粒子束武器中有重要作用。碳/铅复合材料可用作核潜艇大型蓄电池极板。纤维增强金属基复合材料在汽车、体育、纺织等工业中应用也正在迅速发展。特别是在汽车工业中用纤维增强金属基复合材料在内燃机活塞、连杆、活塞销等发动机零件,有效地减轻云固定部件的重量,提高发动机的效率和使用寿命。用氧化铝、硅酸铝纤维增强的铝活塞是金属基复合材料在民用工业中应用最成功的实例。由于(yóuyú)在铝合金中加入氧化铝短纤维而有效地提高了合金的高温强度。耐磨性和减少热膨胀系数,使发动机效率提高5%,寿命提高5倍以上。2、颗粒增强(zēngqiáng)金属基复合材料ⅰ、基体材料基体材料是金属基复合材料的主要组成部分,起固结增强颗粒、传递和承受各种(ɡèzhǒnɡ)载荷的作用。金属基体材料的性能对所制备的金属基复合材料的性能起着非常重要的作用,其密度、强度、塑性、耐蚀耐热性能、导电导热性能等均影响复合材料的整体性能。ⅱ、增强颗粒增强颗粒也是金属基复合材料的重要组成部分(zǔchénɡbùfèn)之一,其作用是提高金属基体的强度、刚度、耐磨损等性能。随着颗粒增强复合材料的发展,新的增强颗粒不断现。在了解各种增强颗粒的性能、结构的基础上,根据如下所述的原则选定增强颗粒:最主要①颗粒的硬度、刚度要高,用于增强(zēngqiáng)复合材料耐磨损耐冲击性能。根据Richardon[1]的观点,要提高耐磨材料的耐磨性,必须设法使材料表面硬度Hu与磨料硬度Ha的比值超过转折点,即Hu/Ha>0.8。②增强(zēngqiáng)颗粒与基体材料的高温润湿性应尽可能好一些,根据颗粒间的毛细作用原理[2],润湿角越小,铸渗深度越大,铁液的渗透能力越强,均越有利于形成结合致密、没有气孔和裂纹的优质复合材料。③增强颗粒应具有良好的化学稳定性,在复合材料的制备和使用过程中其组织结构和性能(xìngnéng)不发生明显的变化或退化。④增强颗粒的粒度要适宜,太大或太小都有可能产生不利影响。颗粒粒度太大,影响铸件尺寸精度和表面光洁度;颗粒粒度太小,比表面积大会导致溶解严重下降而降低颗粒体积含量[3]颗粒的增强效果,也不利于形成复合良好、表面完整的复合材料。ⅲ、界面复合材料的性能受界面结合状况的影响很大,界面结合主