抗磨复合材料都的分类及特点

发布时间 | 2023-04-13 17:12 分类 | 粉体入门 点击量 | 1627
石墨
导读:​复合材料是由两种或两种以上不同化学性质或不同组织结构的物质,通过不同的工艺方法以微观或宏观的形式人工合成的多相材料。复合材料既保持组成材料各自的最佳特性,又具有组合后的新特性,其...

复合材料是由两种或两种以上不同化学性质或不同组织结构的物质,通过不同的工艺方法以微观或宏观的形式人工合成的多相材料。复合材料既保持组成材料各自的最佳特性,又具有组合后的新特性,其性能明显优于原材料。

由于分散材料(增强相)和基体不同,形态不同,复合方式及复合效果不同,复合材料的分类方法很多,如按性能不同可分为结构复合材料和功能复合材料。增强材料的种类和形状,又可分为颗粒、晶须、层状及纤维增强复合材料。按增强基体不同,还可分为金属基复合材料和非金属基复合材料,如铝(铝合金)基复合材料、钛(钛合金)基复合材料、铜(铜合金)基复合材料、钢(铁)基复合材料、塑料(树脂)基复合材料、橡胶基复合材料、陶瓷基复合材料等。

双金属复合材料、陶瓷/金属复合材料、通过添加陶瓷纤维(或颗粒的)有机基复合材料在机械、冶金、矿山、建材、电力等磨损、摩擦、腐蚀工况都有较多较好的应用。

复合材料的组织与结构

复合材料的组织组成主要为分散材料(增强相)和基体,有时也有中间相和新生相,特别是界面易产生新生反应物。由两个或多个不同的相(基体相和分散相)组成的材料,其本体性质与任何一种成分的材料都显著不同。复合材料的结构在很大程度上决定了其性能,影响复合材料性能的结构因素如下:

1、分散相与基体界面的结合强度;

2、分散相的形状(颗粒、纤维、层压板);

3、分散相的取向(随机或取向)。

复合材料的界面特性

复合材料中界面的作用是关键的。复合材料的硬化和强化依赖于跨过界面的载荷传递,韧性受裂纹偏转/纤维拔出的影响,塑性则受靠近界面的峰值应力的松弛的影响。在复合材料的研究过程中,如何最好地表征并优化界面区域由外加载荷引起的应力所反映的力学行为的问题,仍然是研究、分析工作的重点和难点。

由于复合材料是两种或两种以上材料组成的新型材料,界面的存在就具有必然性,而且它也是复合材料的关键。首先界面是基体和增强体材料的结合处,即二者的分子在界面形成原子作用力。其次,界面又作为基体和增强体材料之间传递载荷的媒介或过渡带,硬化和强化依赖于跨越界面的载荷传递,韧性受到裂纹偏转/纤维拔出的影响,塑性则受靠近界面的峰值应力松弛的影响。由于界面的结构和物理、化学等性能既不同于基体,又不同于增强体材料,使得对它的研究又具有特殊性。界面问题是复合材料的核心问题,它牵涉到表面物理、表面化学、力学等多个学科。

复合材料中存在的界面可分为五类:

1、机械结合。基体与增强体材料之间没有发生化学反应,纯粹靠机械连结。它是靠纤维的粗糙表面与基体产生的摩擦力而实现的。

2、溶解和润湿结合。基体润温增强体材料,相互之间发生原子扩散和溶解形成结合,界面是溶质原子的过渡带。

3、反应结合。基体与增强体材料间发生化学反应,在界面上生成化合物,使基体和增强体材料结合在一起0

4、交换反应结合。基体与增强体材料间发生化学反应,生成化合物,并且还通过扩散发生元素交换,形成固溶体而使两者结合。

5、混合结合。这种结合较普遍,是最重要的一种结合方式。

双金属复合材料

随着工业的发展,对材料的要求日益提高,单一材料的零件难以满足生产过程中多力一面的要求。在实际生产中,有些部件常要求材料既有良好的韧性,以抵抗工作过程中物料的冲击作用,防止部件发生意外断裂,同时又要求其具有高的硬度及优良的磨损性能。对于单一成分的材料,难以同时具有高韧性、高硬度和高抗磨性。为此,生产中常采用复合铸造工艺进行生产。

目前双金属复合材料抗磨件的主要制造方法有:①熔铸工艺,即在铸型型腔内预先放入预制块,然后再向型腔内浇注另一种金属液体的工艺方法。②双液水平浇注工艺,即在一定工艺条件下,将两种不同金属液体先后浇注入同一铸型中。③双液平做立浇工艺,即在铸型中放入中间隔板,然后在隔板两侧分别同时浇注入不同金属液体。

双金属复合铸件不仅同时拥有良好的力学性能和高的使用寿命,而且适用面广、生产成本低廉。目前常用的复合铸造工艺分为液-液和液-固两大类,其中又因液-固复合铸造几乎不受铸件形状的限制和制造工艺简单,而越来越受到人们的重视。

双金属复合管

双金属复合管

金属基复合材料

金属基复合材料(MMCs)是以金属及其合金为基体,与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料。其增强材料大多为无机非金属,如陶瓷、碳、石墨及硼等,也可以用金属丝。它与聚合物基复合材料(PMCs)、陶瓷基复合材料(CMCs)以及碳/碳复合材料一起构成现代复合材料体系。

金属基复合材料具有以下的优势特点:

1)高比强度、高比模量

2)导电、导热性能

3)热膨胀系数小、尺寸稳定好

4)良好地高温性能

5)耐磨性好

6)疲劳性能和断裂韧度好

7)性能再现性及可加工性好

8)不吸潮、不老化、气密性好

碳纤维增强铝基复合材料

碳纤维增强铝基复合材料

陶瓷基复合材料

作为结构材料的陶瓷基复合材料按基体可以分为玻璃陶瓷基复合材料、氧化物基复合材料、非氧化物(碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等)基复合材料、碳/碳复合材料等。这些陶瓷基复合材料(涂层)的实际应用与材料的最高使用温度和气氛密切相关。与陶瓷单体相比,陶瓷基复合材料的原材料和加工的成本都比较高,所以其在民用领域的应用还有一定的困难。

另一方面,在航空、航天、军事等领域对突破传统工业材料界限的新材料的需求日益增长,促进了陶瓷基复合材料的研究和开发,如航空航天、热能、电力工业装备中许多在高温腐蚀性气氛条件下工作的摩擦运动副零部件,不仅要求材料具有优异的高温耐磨性与抗氧化性,同时由于高温条件下无法实现外加润滑而必须具有优异的高温自润滑性能。釆用先进的表面工程手段,在高温结构材料工件表面制备具有优良高温自润滑性能的先进氧化物陶瓷基高温自润滑耐磨复合材料涂层,是解决上述问题的有效方法之一。

航空航天用烧结超高温陶瓷基复合材料

航空航天用烧结超高温陶瓷基复合材料


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作者:粉体圈

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