Composites à matrice métallique, Mmcs

Informations de base

Description du produit

Les composites à matrice métallique (MMC) désignent principalement un type de matériau composite composé de métal et d'alliage comme matériau de matrice et de matériaux à haute résistance tels que les fibres, les moustaches et les particules comme renfort.

Les méthodes de préparation courantes des MMC sont : la métallurgie des poudres, la synthèse in situ, la formation par pulvérisation, la solidification par coulée, etc. Selon les différentes phases de renforcement, ils peuvent être divisés en fibres continues renforcées (principalement fibres de carbone et de graphite, fibres de carbure de silicium, fibres de bore, fibres d'alumine, fils d'acier inoxydable et fils de tungstène), fibres discontinues (y compris SiC, alumine, particules de carbure de bore, carbure de silicium, oxyde d'aluminium, fibres de renfort égales, fibres d'alumine et autres fibres courtes) et matériaux composites laminés.

Four de frittage sous vide (à gauche) et four de pressage à chaud sous vide (à droite) développés indépendamment par Shanghai Haoyue

Parce que l'introduction de la phase de renforcement peut modifier la microstructure et la microstructure du matériau de la matrice dans une certaine mesure, comme la sous-structure, la morphologie des dislocations et la taille des grains, afin d'améliorer et de compenser les défauts de certaines propriétés des matériaux de la matrice, de sorte que les MMC ont une résistance spécifique élevée et un module spécifique, une résistance à haute température, une résistance à la corrosion, un faible coefficient de dilatation thermique, une forte stabilité dimensionnelle, une bonne conductivité et une conductivité thermique Propriétés physiques et mécaniques. Par conséquent, les MMC ont remplacé certains matériaux traditionnels et sont progressivement devenus le centre de la recherche en science des matériaux dans le pays et à l'étranger.

Application des composites à matrice métallique

Le cuivre est l'un des métaux les plus anciens et les plus pratiques découverts par l'homme. En raison de son excellente ductilité, il est le deuxième après l'argent en termes de conductivité électrique et le deuxième après l'or et l'argent en termes de conductivité thermique. Cependant, les propriétés mécaniques (résistance à l'usure, dureté, solidité, résistance au fluage, etc.) du cuivre sont médiocres, ce qui limite l'application du cuivre dans les domaines industriels et militaires. Parmi de nombreux MMC, les composites à matrice de cuivre ont été largement concernés pour leur excellente conductivité, conductivité thermique, résistance à la corrosion et bonne aptitude au traitement. Depuis les années 1960, les recherches sur les composites à matrice cuivre se sont poursuivies progressivement. De nombreux scientifiques ont ajouté différents renforts dans la matrice de cuivre. On constate que le composite conserve non seulement les avantages du cuivre, mais compense également la déficience des propriétés mécaniques du cuivre. Jusqu'à présent, la recherche sur les composites à matrice cuivre a duré plusieurs décennies, formant trois catégories : les composites à matrice cuivre renforcés de particules, les composites à matrice cuivre renforcés de fibres et les composites à matrice cuivre renforcés de whiskers.

Application des composites à matrice cuivre

1. Composites à matrice de cuivre renforcés de particules

Le but des composites à matrice de cuivre renforcés de particules est de disperser uniformément des particules avec d'excellentes propriétés dans la matrice de cuivre et d'améliorer les propriétés globales des composites à matrice de cuivre. L'effet d'épinglage de la phase renforcée de particules peut grandement entraver le mouvement des dislocations, de manière à améliorer la résistance du composite et améliorer considérablement les propriétés mécaniques, la résistance à l'usure et les propriétés à haute température des composites à matrice de cuivre. De plus, en raison de la faible quantité de phase renforcée de particules, la conductivité et la conductivité thermique élevées d'origine du matériau de matrice ne seront pas réduites de manière significative. Les phases communes renforcées de particules sont Al2O3, WC, TiB2, Ti3SiC2, etc. Actuellement, la plus étudiée est Al2O3. En raison de ses propriétés mécaniques élevées, de sa conductivité électrique et de sa conductivité thermique proches du cuivre pur, ainsi que de sa bonne résistance à la corrosion et à l'usure, le composite est entré dans la phase pratique. Les particules de WC sont caractérisées par une résistance élevée, une dureté élevée, un point de fusion élevé et une élasticité élevée, de sorte que les composites à matrice de cuivre renforcés de WC ont également une résistance élevée, une dureté élevée, une conductivité élevée et une conductivité thermique. Les particules de TiB2 se caractérisent par une excellente rigidité, une dureté élevée et une bonne résistance à l'usure, de sorte que les composites à matrice de cuivre renforcés de TiB2 ont une excellente rigidité, dureté et résistance à l'usure. Ti3SiC2 est un nouveau type de matériau, qui possède d'excellentes propriétés de structure, de conductivité et d'autolubrification. Il a les mêmes caractéristiques que les matériaux métalliques en matière de conduction, de conduction et de traitement. En même temps, il présente les caractéristiques de légèreté, de résistance à l'oxydation et de résistance aux hautes températures des matériaux céramiques. Par conséquent, le composite à matrice de cuivre renforcé Ti3SiC2 est un excellent matériau autolubrifiant et ses propriétés mécaniques sont meilleures que celles du composite à matrice de cuivre renforcé SiC.

En raison de la combinaison de propriétés métalliques et non métalliques (résistance et ténacité, résistance à l'usure, résistance à la chaleur, conductivité électrique et résistance aux intempéries), les composites à matrice de cuivre renforcés de particules peuvent être largement utilisés dans les exigences d'ingénierie, et sa résistance spécifique, son module spécifique et sa stabilité à haute température sont meilleurs que les matériaux de matrice, qui jouent un rôle important dans le développement de l'aérospatiale et d'autres domaines de pointe.

2. Composites à matrice de cuivre renforcés de fibres

Le composite à matrice de cuivre renforcé de fibres est une méthode pour renforcer la matrice de cuivre en utilisant un fil ou une fibre métallique à haute résistance (diamètre 3 ~ 5 μm), qui est également la première méthode de renforcement appliquée aux composites à matrice de cuivre. Les composites à matrice de cuivre renforcés de fibres ont été largement utilisés dans l'aérospatiale, l'automobile, l'électronique et d'autres domaines en raison de leur résistance aux températures élevées, de leur excellente conductivité électrique, de leur conductivité thermique, de leur résistance à la fatigue et de leur excellente stabilité dimensionnelle dans un environnement de rayonnement et d'humidité. Les propriétés des composites à matrice de cuivre renforcés de fibres sont déterminées par les propriétés des fibres. La phase renforcée de fibres doit avoir un rapport d'aspect élevé, une résistance spécifique élevée, un module spécifique élevé, une résistance stable à l'oxydation à haute température et une bonne conductivité électrique et thermique. À l'heure actuelle, la fibre B, la fibre C, la fibre SiC et la fibre Al2O3 devraient être largement utilisées. La fibre B a les caractéristiques d'une faible densité, d'un grand rapport d'aspect, d'un module élastique élevé, d'une conductivité thermique élevée et d'une excellente stabilité thermique Par rapport aux fibres B et C, la fibre SiC a de meilleures performances à haute température et une meilleure résistance à l'oxydation que les fibres B et C. Par conséquent, la fibre SiC est principalement utilisée dans la fabrication de diverses pièces structurelles résistantes aux hautes températures et hautes performances d'avions, de missiles et de moteurs.

3. Composites à matrice de cuivre renforcé de moustaches

Le composite à matrice de cuivre renforcé de whiskers est une méthode qui est principalement bénéfique pour les composites à matrice de cuivre renforcé de whiskers. Les cristaux en forme d'aiguilles fines sans défauts (c'est-à-dire qu'il n'y a qu'une seule vis de dislocation sur l'axe de croissance) sont appelés moustaches ; généralement, le rapport d'aspect est supérieur à 10 et la surface de la section transversale est inférieure à 52 × 10-5 cm-2. Désormais, les cristaux dimensionnels à fibres courtes sont également considérés comme une sorte de moustaches. En conséquence, la résistance et le module de la moustache sont proches de la valeur de calcul théorique du matériau de joint de grain complet, de sorte que la phase renforcée de whisker devient une sorte de phase de renforcement et de durcissement avec d'excellentes propriétés mécaniques, ce qui peut améliorer considérablement la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion et la résistance à la fatigue thermique du composite

Le coefficient de dilatation du matériau est réduit. Par conséquent, la synthèse et l'application des moustaches sont devenues un domaine de recherche brûlant en science des matériaux. Après des années de recherche et développement, plus de 100 types de whiskers ont été formés, principalement composés de SiC, Si3N4, K2Ti6O13, Mg2B2O5, al18b4o13, Al2O3 et ZnO. Parmi toutes les moustaches, la moustache SiC est connue comme "le roi des moustaches", qui est le domaine clé de la recherche et de l'application. Parce que les whiskers SiC ont la résistance, le module élastique, la résistance à la traction, la résistance à la chaleur et d'autres propriétés les plus élevés de tous les whiskers synthétisés. Semblables au SiC, les trichites Si3N4 ont une dureté inférieure mais une meilleure usinabilité. Les moustaches K2Ti6O13, al18b4o13 et Mg2B2O5 développées à un stade ultérieur sont non seulement excellentes en termes de performances, mais également moins chères.

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