金属矩阵复合材料 - 英国趋势

主题涵盖

背景

MMC的优势

MMC在发动机中

宽范围的局限性验收

信息

成本成本

设计考虑因素

前景

Backgroun

英国的主要材料主要供应商已确定金属基质复合材料(MMC)亚博网站下载对所有运输工业的影响产生影响。为应对这一挑战,如Alcan,BP,Cray,ICI和LSM等公司在很大程度上投入了新设备,以适应生产困难材料对高标准的技术性能的需求。app亚博体育亚博网站下载五年来,英国可以通过喷涂沉积,粉末冶金,机械合金化,液态金属压力成形,搅拌铸造,挤压铸造和反应加工来证明金属复合材料的能力。它可以声称成为复合材料的组成材料的主要供应商,包括碳化硅的连续单丝或氧化铝中的细纤维,在航空航天合金的细粉生产中最先进。亚博网站下载

虽然取得了重大的技术进步,但最近大部分大型企业退出了金属基复合材料的生产,这给人们留下了负面的印象。也就是说,今天使用mmc可以获得显著的权重和性能优势。欧洲的MMC行业规模虽小,但发展迅速,注重实际工程应用,该行业具有良好的发展前景。国防研究局(DRA)在增强颗粒增强复合材料(目前由航空航天金属复合材料公司经营)的生产技术以及开发和生产碳化硅单丝和钛合金复合材料方面发挥了作用。

MMC的优势

金属基复合材料在重量和性能方面具有竞争优势。在高速机械中,操作速度提高了50%以上。轻巧、抗疲劳、损伤性能和刚度的独特组合是设计公路自行车和山地自行车的理想选择。各向同性(颗粒)复合材料的刚度增加超过50%,纤维增强系统的刚度增加超过100%,这是很容易实现的,图1。

图1。随着碳化硅含量增加,MMC特定刚度的改进。

MMC在发动机中

采用金属基质复合材料的柴油活塞用于机车发动机,以提高性能并降低生命周期成本。此外,生产高性能汽车部件以实现重大的性能优势。这些经常依赖于刚度,升高的温度疲劳和出色的耐磨性的组合。在这些方面,颗粒增强铝合金在高温下保持强度和疲劳强度的令人惊讶的优点可能尚未完全被剥削,图2.铝合金中的细纤维在钛合金中的铝合金和单丝,用于保持强度和稳定性高温发动机和航空发动机,图3.航空发动机压缩机的选择性圆周纤维增强允许激进的新设计变得可行。已经预测了高达80%的重量节省。材料工程师或航空发动机设计师不能忽视这种性能改善的潜力。亚博网站下载

图2。颗粒加固MMC的热稳定性。2618-T6是用于高温应用的Concorde的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金。AMC 235是铝2124,35 Vol%SiC。

图3。用碳化硅单丝的Ti6Al4V合金的温度强度升高,并加强碳化硅单丝。

尽管衰减压力,但主要基于铝合金的金属基质复合材料可从英国和美国的来源商购,通过几种粉末冶金途径,通过搅拌铸造,通过反应加工和机械合金化生产。纤维和单丝变型,但也许在商业上的较低进步较低,也可用,并通过液态金属成形和扩散键合方法制造。

很明显,早期的MMC工业在经济衰退中幸存下来,人们对这些材料的应用越来越感兴趣,主要是在体育、赛车运动和高速机械工业中。亚博网站下载然而,军事和商业资格认证方案正在进行中,这是一个明确的指标,表明人们对一个技术要求特别高、与之相关的使用提前时间很长的市场真正感兴趣。

宽范围的局限性验收

值得考虑可能妨碍金属复合材料的完整商业化的限制。

备用离子

材料专家对新材料性能的认识与实际工程应用之间的差距必须弥合。亚博网站下载这将包括通过提供包括性能关键方面的性能数据和应用适当的加工技术(如成形、加工、连接等)来帮助工程界设计mmc。示范方案正是在这一领域最有价值。

成本成本

MMCS的缺点是它们提供了更高的性能,但成本提高。必须始终通过相关成本达成福利。但是,这里可能存在误解;也就是说,如果针对常规铝成分提供基于铝的MMC,则如果要合理的成本显着增加,则性能的主要增加至关重要。然而,通常情况下,在替代钛或聚合物复合材料部分,竞争性能和成本是提供铝基MMC的情况。

设计考虑t

MMC组件设计还必须考虑到具有成本效益的处理技术。MMC通常需要具有最小损耗的净形状。选择性强化技术允许在关键区域应用高性能纤维和单丝材料。亚博网站下载然而,主要因素是单丝加固本身的高价格以及其掺入反应性基质的成本。从开发到这些先进材料的生产规模将带来大量节省,但需要从最终用户和生产者获得重大承诺。亚博网站下载

前景

金属矩阵复合材料对未来具有良好的前景,但预期指数增长是指数增长。性能有限市场的稳定增量增长可能是在工程设计中提供竞争优势的利基应用。

初级作者:克里斯皮博士,詹姆斯罗伯特森和安德鲁·塔兰特

资料来源:从材料世界抽象,卷。亚博网站下载1995年1月3日。

有关此来源的更多信息,请访问材料研究所亚博网站下载

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