铝基复合材料电子束焊工艺与界面性能(2)

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参考文献 26

1概述

1.1 铝基复合材料概述

铝基复合材料（Aluminium Metal Matrix Composites，Al-MMCs）是以工业上常用的工业纯铝、锻铝、硬铝、超硬铝和铸铝等为基体，以一些具有高强度、高模量、耐磨和耐高温等特性的颗粒、晶须或纤维如SiC、Al2O3等作为增强相复合而成的一种新型材料。根据增强方式的不同，铝基复合材料可分为连续纤维增强型和非连续增强型两大类。其中因颗粒增强铝基复合材料具有重量轻、比强度高、比刚度高、热膨胀系数低、良好的热稳定性和导热、导电性能等一系列优点，同时又可用常规设备、工艺成型和处理，因此，对颗粒增强铝基复合材料尤其是SiCp/Al等复合材料的研究在国内外受到普遍重视，已成为当前金属基复合材料研究和发展的热点[1-4]。

据研究表明[5]，颗粒增强铝基复合材料的比强度高于传统的铝合金，比模量甚至超过钛合金，用作高性能结构材料，可提高结构安全性，或优化结构设计。同时，颗粒增强铝基复合材料的物理性能优异，在某些特殊环境下可作为功能材料使用。因此，铝基复合材料在20世纪70年代得到了迅速发展和广泛应用。Locheed公司采用SiC颗粒体积分数为25%的SiCp/6061Al复合材料制造飞机上用以承放电器设备的支架，其刚度比所替代的7075Al合金约高65%，正是利用SiCp/Al金属基复合材料具有刚度高、密度低、导电性好的性能特点；美国福特公司和日本丰田公司也利用SiCp/Al复合材料具有耐磨性好、密度低、热传导性高的性能特点，采用DURALCAN公司铸造生产的SiC颗粒体积分数为20%的SiCp/Al-Si合金基复合材料大量生产汽车制动器转盘，与传统铸铁制动盘相比，可减轻重量40%，而且制动时摩擦系数稳定，制动平稳，磨耗低，噪音小；英国BP金属基复合材料公司还利用SiCp/A1复合材料具有刚度高、密度低、抗疲劳性能好的性能特点，用SiC颗粒体积分数为20%的SiCp/Z124Al复合材料制作Raleigh’s比赛自行车的车体；Lanxide公司利用Al2O3p/Al复合材料具有热膨胀系数低、热稳定性高和导热性良好的特点，采用55%~60%Vol.Al2O3p/Al-(3~10)wt%Mg复合材料制造汽车工业中用的燃料喷射管。目前，采用颗粒增强铝基复合材料还成功地制造了发动机活塞、连杆、摇臂和齿轮箱等零件，使用结果表明，其耐磨性能、降噪性能、散热性能均比原用材料有很大改善。

此外，颗粒增强铝基复合材料还可用于制造体育用品，诸如自行车链、齿轮、高尔夫球头以及医疗上用的假体等[6-11]。

近年来，世界上各工业发达国家都纷纷对颗粒增强铝基复合材料在航空航天及军事领域的应用予以重点研究和开发，研究进展非常迅速。DWA复合材料公司与洛克希德·马丁公司及空军合作，将采用粉末冶金法制备的SiCp/6092Al复合材料用于F-16战斗机的腹鳍。采用SiCp/Al复合材料生产的燃油检查口盖被用于F-16战斗机上部机身；F-18“大黄蜂”战斗机上采用SiCp/Al复合材料制作液压制动器缸体。采用高能球磨粉末冶金法制备出的高刚度、耐疲劳SiCp/2009Al复合材料被用于制造直升机旋翼系统连接用模锻件，并且已经在N4、EC-120直升机上得到了应用。另外，在兵器上用SiCp/Al复合材料成功地制成了导弹壳体、轻型坦克履带板、雷达天线、穿甲弹弹托、导弹镶嵌结构等军工用品；美国海军水下武器发展规划中也用SiCp/Al制造MK46鱼雷壳体。SiCp/Al复合材料还因其具有热膨胀系数低的性能特点，可用于制作微电子领域中微电子器件的基座和封装材料。例如，在F-22“猛禽”战斗机的遥控自动驾驶仪、发电单元、飞行员头部上方显示器、电子计数测量阵列等关键电子系统上，采用碳化硅颗粒增强铝基复合材料替代包铜的钼及包铜的锻钢制造印刷电路板的板芯，取得了减重70%的显著效果。该类材料在航空航天中的应用还包括：制造惯性导航系统中的精密零件、旋转扫描镜、红外观测镜、激光镜、激光陀螺仪、反射镜镜子底座和各种光学仪器托架等精密仪器，以及与光学仪器有关的零部件等[12-15]。