纤维增强金属基复合材料的主要应用领域是航天、航空、先进武器和汽车等领域。选用不同类型的增强纤维和基体金属所复合成具有各种特性的金属基复合材料,运用于不同领域的特殊工作要求和环境。应用最广、技术上比较成熟的是铝基金属复合材料。
碳(石墨)/铝、碳(石墨)镁复合材料具有高的比强度和比模量,同时又具有接近于零的膨胀系数和良好的尺寸稳定性,已成功地用于人造卫星支架、L频带平面天线、空间望远镜和照相机波导和镜筒、红外反射镜、人造卫星抛物面天线等。
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,可作主承力构件。硼/铝复合材料管柱用于航天飞机机舱框架结构,243根硼/铝组成的航天飞机机舱框架结构比用铝制的要节重44%。硼/铬复合材料也用于航空、先进武器系统,做成B1飞机垂直尾翼、发动机风扇叶片、导弹构件等。硼纤维还具有高的中子吸收性,硼/铝复合材料可望在核能装置和核燃料储运设备应用。
钨丝增强镍基、铁基耐热合金,钨丝增强铜,碳化硅纤维增强Ti3Al、TiAl、Ni3Al等金属间化合物的高温金属基复合材料在燃汽轮机耐热零件、火箭发动机方面的应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、挤冲击、耐热疲劳等优良的高温性能,用于制造燃气轮机叶片、转动轴等高温零件,可明显提高发动机的效率。
金属基复合材料在电子工业中的应用也有广阔的前景,由于具有良好的导热、导电性和低热膨胀系数,金属基复合材料用作大功率大规模集成电路元件基板与硅材料热膨胀系数相当,可避免热应力造成的硅片损伤和器件失效,提高了集成电路元件的可靠性。(www.daowen.com)
碳/铜复合材料具有良好的导电性和耐烧蚀性,做成的单极惯性电机电刷可通过1000A/cm2的大电流,在粒子束武器中有重要作用。碳/铅复合材料可用作大型蓄电池极板用于核潜艇。
纤维增强金属复合材料在体育、纺织、汽车等民用工业中的应用也正在迅速发展,特别是在汽车工业中的应用。用纤维增强金属基复合材料制造内燃机活塞、连杆、活塞销等发动机零件有效地减轻运动部件的重量,提高发动机的效率和零件的使用寿命。用氧化铝、硅酸铝短纤维增强铝合金活塞是金属基复合材料在民用工业中应用最成功的实例。由于在铝合金中加入氧化铝短纤维有效地提高了合金的高温强度、耐磨性和减小热膨胀系数。使发动机效率提高约5%,寿命提高5倍以上。
纤维增强金属基复合材料尽管已显示出巨大的应用潜力,但制造技术的复杂和高昂的成本,使它的应用绝大部分局限在航天等高技术领域,预计今后一段时期内,制造方法和工艺仍将是研究的一个重点。为满足航天、航空等高技术领域的需要,高温纤维增强金属基复合材料,特别是纤维增强高温金属间化合物基复合材料的研究将进一步加强,主要研究发展用于新型发动机高温部件的复合材料。
民用工业,特别是汽车工业中所需的金属基复合材料,以及采用常规的铸造、锻压、挤压、轧制等成熟的冶金加工方法,批量生产金属基复合材料零件的研究,将受到越来越多的重视。预计短纤维增强金属基复合材料的发展将会十分迅速。
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