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铝基复合材料

/aluminum matrix composites/
条目作者李沛勇唐鹏钧
条目作者李沛勇

李沛勇

唐鹏钧

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最后更新 2022-12-23
浏览 206
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以纯铝或铝合金为基体,通过外加或内生其他金属、非金属或金属间化合物的颗粒、晶须或纤维增强体制备而成的复合材料

英文名称
aluminum matrix composites
所属学科
航空宇航科学与技术

铝基复合材料具有良好的可设计性,可通过选择增强体(种类、尺寸、形状及体积分数)、基体成分和制备工艺而获得不同的性能。与纯铝和铝合金相比,铝基复合材料具有高比强度、高比刚度、良好的抗疲劳性能、良好的耐磨性、较低的线膨胀系数等特点,已成为一种重要的航空航天材料。

20世纪60年代,美国等国家于率先开展了纤维增强铝基复合材料的研究。80年代,开展了颗粒和晶须增强铝基复合材料研究。90年代至21世纪初,实现了以铝-铜-镁系和铝-镁-硅系合金为基体的铝基复合材料在航空航天领域的应用。中国自80年代开展颗粒、晶须和纤维增强铝基复合材料研究,至21世纪10年代实现了铝基复合材料在航空航天领域的应用。

按增强体的形状,铝基复合材料可分为连续增强铝基复合材料和非连续增强铝基复合材料两大类。①连续增强铝基复合材料。连续增强铝基复合材料的增强体分为束丝纤维和单丝纤维。②非连续增强铝基复合材料。非连续增强铝基复合材料的增强体分为颗粒、晶须、短纤维和纳米管等。航空航天常用作铝基复合材料的增强体包括碳纤维、硼纤维、氧化铝纤维、碳化硅颗粒、碳化硅晶须、碳纳米管等。

按制备温度的不同,铝基复合材料的制备方法分为固态法、液态法和半固态法。①固态法。指制备温度低于用作基体的铝或铝合金固相线的方法,如热压扩散黏结法、粉末冶金法等。②液态法。指制备温度高于用作基体的铝或铝合金液相线的方法,如搅拌铸造法和熔体浸渗法等。③半固态法。指制备温度介于用作基体的纯铝或铝合金固相线-液相线之间的方法,如喷射成形法等。航空航天用的纤维增强铝基复合材料主要采用热压扩散黏结法和熔体浸渗法制备,颗粒增强铝基复合材料主要采用粉末冶金法制备。采用这些方法可实现纤维或颗粒在基体中均匀分布,同时降低增强体与铝的界面反应,制备的铝基复合材料综合性能最佳,但制备成本较高。

铝基复合材料已在航空航天领域获得应用。如硼纤维增强铝基复合材料已用于航天飞机货舱桁架,碳化硅颗粒增强铝基复合材料已应用于直升机的连接件和动环等、战斗机的腹鳍和燃油检查口盖、航空发动机的风扇出口导流叶片、航电设备支架等。铝基复合材料的这些应用获得了减重、延长服役寿命和降低成本等效果。

铝基复合材料未来将向高性能(如高比强度、高比刚度、高抗疲劳、低膨胀系数、高热导率等)、高可靠性(改善组织性能均匀性和质量稳定性)、大规格、多品种和低成本等方向发展。其中,碳纳米管、纳米和微米颗粒或纤维混杂增强铝基复合材料是一个重要的发展方向。可以预见,未来新型铝基复合材料将会不断出现,同时高性能铝基复合材料在航空航天领域的应用也会越来越广泛。

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