Compuestos de matriz metálica, Mmcs

Información básica

Descripción del Producto

Los compuestos de matriz metálica (MMC) se refieren principalmente a un tipo de material compuesto que está hecho de metal y aleación como material de matriz y materiales de alta resistencia como fibra, fibra y partículas como refuerzo.

Los métodos comunes de preparación de MMC son: pulvimetalurgia, síntesis in situ, formación por pulverización, solidificación por colada, etc. Según las diferentes fases de refuerzo, se pueden dividir en reforzados con fibra continua (principalmente fibra de carbono y grafito, fibra de carburo de silicio, fibra de boro, fibra de alúmina, alambre de acero inoxidable y alambre de tungsteno), refuerzo de fibra discontinua (incluyendo SiC, alúmina, boro refuerzo de partículas de carburo, carburo de silicio, óxido de aluminio, refuerzo de bigotes iguales, fibra de alúmina y otro refuerzo de fibra corta) y materiales compuestos laminados.

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Debido a que la introducción de la fase de refuerzo puede cambiar la microestructura y la microestructura del material de matriz hasta cierto punto, como la subestructura, la morfología de dislocación y el tamaño de grano, para mejorar y compensar los defectos en algunas propiedades de los materiales de matriz, entonces que los MMC tienen alta resistencia específica y módulo específico, alta resistencia a la temperatura, resistencia a la corrosión, pequeño coeficiente de expansión térmica, fuerte estabilidad dimensional, buena conductividad y conductividad térmica Propiedades físicas y mecánicas. Por lo tanto, los MMC han reemplazado algunos materiales tradicionales y gradualmente se han convertido en el foco de la investigación de la ciencia de los materiales en el país y en el extranjero.

Aplicación de composites de matriz metálica

El cobre es uno de los metales más antiguos y prácticos descubiertos por los seres humanos. Debido a su excelente ductilidad, solo es superado por la plata en conductividad eléctrica y solo superado por el oro y la plata en conductividad térmica. Sin embargo, las propiedades mecánicas (resistencia al desgaste, dureza, resistencia, resistencia a la fluencia, etc.) del cobre son malas, lo que limita la aplicación del cobre en los campos industriales y militares. Entre muchos MMC, los compuestos de matriz de cobre han sido objeto de gran preocupación por su excelente conductividad, conductividad térmica, resistencia a la corrosión y buena procesabilidad. Desde la década de 1960, la investigación en materiales compuestos de matriz de cobre se ha ido realizando de forma paulatina. Muchos científicos han agregado diferentes refuerzos a la matriz de cobre. Se encuentra que el material compuesto no solo mantiene las ventajas del cobre, sino que también compensa la deficiencia de las propiedades mecánicas del cobre. Hasta ahora, la investigación de los compuestos de matriz de cobre ha durado varias décadas, formando tres categorías: compuestos de matriz de cobre reforzados con partículas, compuestos de matriz de cobre reforzados con fibras y compuestos de matriz de cobre reforzados con bigotes.

Aplicación de composites de matriz de cobre

1. Compuestos de matriz de cobre reforzados con partículas

El propósito de los compuestos de matriz de cobre reforzados con partículas es dispersar partículas con excelentes propiedades de manera uniforme en la matriz de cobre y mejorar las propiedades integrales de los compuestos de matriz de cobre. El efecto de fijación de la fase reforzada con partículas puede dificultar en gran medida el movimiento de las dislocaciones, para mejorar la resistencia del compuesto y mejorar en gran medida las propiedades mecánicas, la resistencia al desgaste y las propiedades a alta temperatura de los compuestos de matriz de cobre. Además, debido a la pequeña cantidad de fase reforzada con partículas, la alta conductividad original y la conductividad térmica del material de la matriz no se reducirán significativamente. Las fases comunes reforzadas con partículas son Al2O3, WC, TiB2, Ti3SiC2, etc. En la actualidad, la más estudiada es Al2O3. Debido a sus altas propiedades mecánicas, conductividad eléctrica y conductividad térmica cercanas al cobre puro, y también tiene buena resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste, el compuesto ha entrado en la etapa práctica. Las partículas de WC se caracterizan por su alta resistencia, alta dureza, alto punto de fusión y alta elasticidad, por lo que los compuestos de matriz de cobre reforzado con WC también tienen alta resistencia, alta dureza, alta conductividad y conductividad térmica. Las partículas de TiB2 se caracterizan por una excelente rigidez, alta dureza y buena resistencia al desgaste, por lo que los compuestos de matriz de cobre reforzados con TiB2 tienen una excelente rigidez, dureza y resistencia al desgaste. Ti3SiC2 es un nuevo tipo de material, que tiene una excelente estructura, conductividad y propiedades autolubricantes. Tiene las mismas características que los materiales metálicos en conducción, conducción y procesamiento. Al mismo tiempo, tiene las características de peso ligero, resistencia a la oxidación y resistencia a altas temperaturas de los materiales cerámicos. Por lo tanto, el compuesto de matriz de cobre reforzado con Ti3SiC2 es un excelente material autolubricante y sus propiedades mecánicas son mejores que las del compuesto de matriz de cobre reforzado con SiC.

Debido a la combinación de propiedades metálicas y no metálicas (resistencia y tenacidad, resistencia al desgaste, resistencia al calor, conductividad eléctrica y resistencia a la intemperie), los compuestos de matriz de cobre reforzados con partículas pueden usarse ampliamente en los requisitos de ingeniería, y su resistencia específica, módulo específico y alta temperatura la estabilidad es mejor que los materiales de la matriz, que juega un papel importante en el desarrollo de la industria aeroespacial y otros campos de vanguardia.

2. Compuestos de matriz de cobre reforzados con fibra

El compuesto de matriz de cobre reforzado con fibra es un método para fortalecer la matriz de cobre mediante el uso de alambre o fibra de metal de alta resistencia (diámetro 3 ~ 5 μ m), que también es el primer método de fortalecimiento aplicado a los compuestos de matriz de cobre. Los compuestos de matriz de cobre reforzados con fibra se han utilizado ampliamente en los campos aeroespacial, automotriz, electrónico y otros debido a su resistencia a altas temperaturas, excelente conductividad eléctrica, conductividad térmica, resistencia a la fatiga y excelente estabilidad dimensional en ambientes de radiación y humedad. Las propiedades de los compuestos de matriz de cobre reforzados con fibra están determinadas por las propiedades de las fibras. Se requiere que la fase reforzada con fibra tenga una alta relación de aspecto, alta resistencia específica, alto módulo específico, resistencia estable a la oxidación a alta temperatura y buena conductividad eléctrica y térmica. En la actualidad, la fibra B, la fibra C, la fibra SiC y la fibra Al2O3 deberían ser ampliamente utilizadas. La fibra B tiene las características de baja densidad, gran relación de aspecto, alto módulo elástico, alta conductividad térmica y excelente estabilidad térmica. En comparación con las fibras B y C, la fibra SiC tiene un mejor rendimiento a altas temperaturas y una mejor resistencia a la oxidación que las fibras B y C. Por lo tanto, la fibra de SiC se utiliza principalmente en la fabricación de diversas piezas estructurales de aeronaves, misiles y motores resistentes a altas temperaturas y de alto rendimiento.

3. Compuestos de matriz de cobre reforzados con bigotes

El compuesto de matriz de cobre reforzado con bigotes es un método que es principalmente beneficioso para los compuestos de matriz de cobre reforzado con bigotes. Los cristales en forma de agujas finas sin defectos (es decir, solo hay una dislocación de tornillo en el eje de crecimiento) se denominan bigotes; generalmente, la relación de aspecto es superior a 10 y el área de la sección transversal es inferior a 52 × 10-5 cm-2. Ahora, los cristales dimensionales de fibra corta también se consideran como una especie de bigotes. Como resultado, la resistencia y el módulo de la fibra están cerca del valor de cálculo teórico del material de límite de grano completo, por lo que la fase reforzada con fibra se convierte en una especie de fase de refuerzo y endurecimiento con excelentes propiedades mecánicas, que pueden mejorar significativamente la resistencia al desgaste. , resistencia a la corrosión y resistencia a la fatiga térmica del material compuesto

El coeficiente de dilatación del material se reduce. Por lo tanto, la síntesis y la aplicación de bigotes se han convertido en un campo de investigación candente en la ciencia de los materiales. Después de años de investigación y desarrollo, se han formado más de 100 tipos de bigotes, compuestos principalmente de SiC, Si3N4, K2Ti6O13, Mg2B2O5, al18b4o13, Al2O3 y ZnO. Entre todos los bigotes, el bigote de SiC se conoce como "el rey de los bigotes", que es el campo clave de investigación y aplicación. Porque los bigotes de SiC tienen la mayor resistencia, módulo elástico, resistencia a la tracción, resistencia al calor y otras propiedades de todos los bigotes sintetizados. Al igual que el SiC, los bigotes de Si3N4 tienen menor dureza pero mejor maquinabilidad. Los filamentos de K2Ti6O13, al18b4o13 y Mg2B2O5 desarrollados en la etapa posterior no solo tienen un rendimiento excelente, sino que también son más económicos.

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