鋁基碳化硅復(fù)合材料可以用在哪些領(lǐng)域

顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料和纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料已經(jīng)進(jìn)入商品化應(yīng)用階段。鈞杰陶瓷是一家專門開發(fā)、設(shè)計(jì)、成型，燒結(jié)、生產(chǎn)、銷售先進(jìn)(氧化鋯陶瓷，氧化鋁陶瓷，氮化硅陶瓷)精密陶瓷產(chǎn)品的公司。經(jīng)過10多年的努力發(fā)展，在同行業(yè)擁有較高的知名度和較好的口碑。鈞杰陶瓷歡迎各位朋友前來參觀考察、洽談業(yè)務(wù)。咨詢鈞杰陶瓷聯(lián)系電話：134 128 56568。為您大致介紹鋁基碳化硅復(fù)合材料可以用在哪些領(lǐng)域

1在交通運(yùn)輸工具中的應(yīng)用
交通運(yùn)輸工具始終是鋁基復(fù)合材料重要的民用領(lǐng)域之一?？紤]到成本以及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等相關(guān)因素，連續(xù)纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料以及成本偏高的非連續(xù)增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料就被排除在這一領(lǐng)域之外，廉價(jià)的顆粒及短纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料尚有大規(guī)模應(yīng)用的可能。

鋁基復(fù)合材料在汽車工業(yè)的研究起步較早。20世紀(jì)80年代，日本豐田公司就已經(jīng)用硅酸鋁纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，成功地制造了汽車發(fā)動機(jī)活塞抗磨環(huán)和汽車連桿等汽車零部件。美國的Duralean公司研制出用SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造汽車制動盤，使其質(zhì)量減輕了40%——60%，而且提高了耐磨性能，噪聲明顯減小，摩擦散熱快；同時(shí)該公司還用SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造了汽車發(fā)動機(jī)活塞和齒輪箱等汽車零部件。這種汽車活塞比鋁合金活塞具有較高的耐磨性、良好的耐高溫性能和抗咬合性能，同時(shí)熱膨脹系數(shù)更小，導(dǎo)熱性更好。用SiCp/Al復(fù)合材料制成的汽車齒輪箱，在強(qiáng)度和耐磨性方面均比鋁合金齒輪箱有明顯的提高。鋁合金復(fù)合材料也可以用來制造剎車轉(zhuǎn)子、剎車活塞、剎車墊板和卡鉗等剎車系統(tǒng)元件，還可用來制造汽車驅(qū)動軸和搖臂等汽車零件。上海交通大學(xué)及兵器科學(xué)研究院等單位，也針對鋁基復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用方面進(jìn)行了大量的實(shí)踐工作。

2在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用
鋁基復(fù)合材料的發(fā)展使得現(xiàn)代航空航天領(lǐng)域制造輕便靈活、性能優(yōu)良的飛機(jī)和衛(wèi)星等成為可能。Cereast公司采用熔模鑄造工藝研制成20%Vo1+A357SIC復(fù)合材料，用該材料代替鈦合金制造直徑達(dá)180mm、質(zhì)量為17.3kg的飛機(jī)攝像鏡方向架，使其成本和質(zhì)量明顯降低，導(dǎo)熱性提高。同時(shí)該復(fù)合材料還可以用來制造衛(wèi)星反動輪和方向架的支撐架。美國DWA公司用25%SiCp/6061鋁基復(fù)合材料代替7075制造航空結(jié)構(gòu)的導(dǎo)槽、角材，使其密度下降了17%，模量提高了65%。鑄造SiC顆粒增強(qiáng)A356和A357復(fù)合材料可以制造飛機(jī)液壓管、直升機(jī)的起落架和閥體等。

鋁基復(fù)合材料由于自身的一些特殊優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天和軍事部門備受青睞，應(yīng)用十分廣泛。例如，DWC特種復(fù)合材料公司制造的Cr/A1復(fù)合材料應(yīng)用于NASA公司的衛(wèi)星導(dǎo)波管上，其導(dǎo)電性好，熱脹系數(shù)小，比原來使用的石墨/環(huán)氧樹脂導(dǎo)波管要輕30%左右。俄羅斯航空材料研究所將B/Al復(fù)合材料用于安-28飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)上，零件質(zhì)量減少25%左右。此外，A1基復(fù)合材料還用于制造光學(xué)和電子零件，美國亞利桑那大學(xué)研制了一種超輕空間望遠(yuǎn)鏡，采用SiC/A1復(fù)合材料制造行架、支架和副鏡等，使質(zhì)量大大減輕。美國DWA公司和英國AMC公司將SiC/Al批量用于EC-120和EC-135直升機(jī)旋翼系統(tǒng)，大幅提高構(gòu)件剛度和壽命。這些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的成功應(yīng)用說明美國和英國對這種材料的應(yīng)用研究已相當(dāng)成熟。

SiC顆粒增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料薄板未來將應(yīng)用于先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)的蒙皮以及機(jī)尾的加強(qiáng)筋，美國航天航空局采用石墨/鋁復(fù)合材料作為航天飛機(jī)中部長20m的貨艙架。

3在兵器武裝中的應(yīng)用
近10年來，纖維價(jià)格的降低和擠壓鑄造、真空吸鑄及真空壓滲等復(fù)合工藝的出現(xiàn)，使復(fù)合材料有可能用于大批量的常規(guī)兵器中。纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料因其良好的綜合性能，在兵器中的應(yīng)用已越來越廣，各先進(jìn)國家投入了大量研究工作，試制了發(fā)動機(jī)中的連桿、活塞、戰(zhàn)術(shù)發(fā)動機(jī)殼體、制導(dǎo)舵板、戰(zhàn)斗部支撐架、軍用作戰(zhàn)橋梁的拉力弦、架橋坦克橋體和長桿式穿甲彈彈托等。美國陸軍早在20世紀(jì)70年代末期就對Al2O3/A206復(fù)合材料制造履帶板進(jìn)行了研究，通過采用復(fù)合材料制造履帶板可使其質(zhì)量從鑄鋼的544——680kg下降到272——362kg，減輕近50%。美國海軍地面武器中心把SiC/A1復(fù)合材料用于船舶結(jié)構(gòu)體和艙板，還打算將這種材料用于多種水下工程以及魚雷、水雷的外殼。用碳化硅纖維增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料制成的跨度為30m的舟橋，質(zhì)量只有5t，剛度比鋁合金的高30%。隨著價(jià)格和技術(shù)問題的不斷解決，此類材料在兵器領(lǐng)域中的應(yīng)用將會更加廣闊。
圖1

4在電子和光學(xué)儀器中的應(yīng)用

鋁基復(fù)合材料，特別是SiC增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，由于具有熱膨脹系數(shù)小、密度低及導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，適合于制造電子器材的襯裝材料及散熱片等電子器件。SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)完全可以與電子器件材料的熱膨脹相匹配，而且導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能也非常好。

在精密儀器和光學(xué)儀器的應(yīng)用研究方面，鋁基復(fù)合材料用于制造望遠(yuǎn)鏡的支架和副鏡等部件。另外，鋁基復(fù)合材料還可以制造慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精密零件、旋轉(zhuǎn)掃描鏡、紅外觀測鏡、激光鏡、激光陀螺儀、反射鏡、鏡子底座和光學(xué)儀器托架等許多精密儀器和光學(xué)儀器。

在電子封裝領(lǐng)域中應(yīng)用。自20世紀(jì)90年代以來，發(fā)達(dá)國家的一些公司大力發(fā)展用于電子封裝的高含量SiCp/Al復(fù)合材料。研制電子器件封裝用高導(dǎo)熱、低熱膨脹金屬基復(fù)合材料是新材料的研究發(fā)展動態(tài)之一。美國已研制成功SiCp/Al、Sip/Al、C/Al等高性能電子封裝用復(fù)合材料，成為解決電子器件迅速傳熱和散熱問題的關(guān)鍵。研制的電子封裝復(fù)合材料是SiCp含量為60%——75%的鋁基復(fù)合材料。

5其他應(yīng)用

(1)低膨脹鋁基復(fù)合材料在星載大功率多工器中的應(yīng)用。

(2)在核工業(yè)中的應(yīng)用。B4C具有吸收中子的特性，因此B4C顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在核廢料存貯方面有良好的應(yīng)用前景。DWA公司采用41%B4Cp/Al復(fù)合材料制作核廢料干法存貯桶，已經(jīng)取得了規(guī)模應(yīng)用。

(3)復(fù)合材料電線。ElectriPlast材料有著廣泛的市場前景，在航空航天領(lǐng)域，有望應(yīng)用于電線電纜和除冰系統(tǒng)。因?yàn)樵摬牧系钠骄|(zhì)量比銅輕20%，數(shù)英里長度的電纜質(zhì)量可減輕數(shù)噸。

(4)納微米混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其應(yīng)用。

該材料可廣泛推廣應(yīng)用在民用和軍用機(jī)動車輛發(fā)動機(jī)活塞、缸體、缸蓋、搖臂、剎車盤、輪箍、履帶板、輕型裝甲板以及高穩(wěn)定性光電儀器和精密儀器儀表零部件制造上，也可在船舶、航空和電子器件上應(yīng)用。目前，運(yùn)用該材料生產(chǎn)的軍用高功率增壓柴油機(jī)活塞已通過了發(fā)動機(jī)800h臺架試驗(yàn)和1.0×104km跑車試驗(yàn)，其綜合性能優(yōu)于德國馬勒公司產(chǎn)品，完全達(dá)到進(jìn)口活塞的材質(zhì)要求。

(5)石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在空間遙感器鏡筒結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

20世紀(jì)60年代，美國就采用B/Al復(fù)合材料管材制造航天飛機(jī)軌道器主骨架，較原設(shè)計(jì)的鋁合金框架減重45%。采用42.2%P100石墨纖維增強(qiáng)6061鋁制成的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡天線懸架是石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在航天器上的典型應(yīng)用。

加拿大航天局分別應(yīng)用碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料和鈹鋁合金制成的超輕激光掃描鏡將用于新一代的空間視覺系統(tǒng)(SpaceVision System)。其他多種復(fù)合材料在衛(wèi)星的展開式天線和空間相機(jī)的反射鏡上也有所應(yīng)用。

北京空間機(jī)電研究所曾經(jīng)采用非連續(xù)碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料(SiCp/Al)制造空間相機(jī)的鏡盒和鏡身。北京航空材料研究院采用無壓浸滲復(fù)合方法制備了用作空間光機(jī)結(jié)構(gòu)件的高體份SiC/Al復(fù)合材料。另外，多種樹脂基碳纖維復(fù)合材料還被用來制造空間相機(jī)的遮光罩、鏡筒和底板。

(6)纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在輸電導(dǎo)線中的應(yīng)用。

連續(xù)氧化鋁纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合芯輸電導(dǎo)線以其重量輕、強(qiáng)度大、蠕變小及線膨脹系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，逐漸被研究人員重視。連續(xù)氧化鋁纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是首次應(yīng)用于輸電導(dǎo)線，作為導(dǎo)線的承力部分。

鋁基復(fù)合材料具有的特性使其在民用領(lǐng)域中得到較為廣泛的應(yīng)用。日本豐田公司1983年首次成功地用Al2O3/Al復(fù)合材料制備了發(fā)動機(jī)活塞，與原來的鑄鐵發(fā)動機(jī)活塞相比，質(zhì)量減輕了5%——10%，熱導(dǎo)性提高了4倍。

鋁基復(fù)合材料在制造自行車、醫(yī)療器具及運(yùn)動器械等其他高性能要求的零部件中也得到廣泛應(yīng)用，如電子封裝復(fù)合材料、計(jì)算機(jī)光盤及汽車剎車盤等，促進(jìn)這些工業(yè)成為新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。其作為功能材料，可望在機(jī)械、冶金及建材等工業(yè)部門得到更廣泛的應(yīng)用。