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金属基石墨复合材料的应用

供稿:工控网 2006/10/9 9:18:00

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金属基石墨复合材料是在金属基体中均匀地弥散一定量的石墨。在金属或合金中加入石墨,所得复合材料不仅具有基体材料的性能,而且还具有石墨的特性,如自润滑性、小的线膨胀系数、良好的减震性、导热性等,最主要还是能显著提高材料的耐磨性和抗擦伤性,非常适用于制造活塞、轴承、缸套等耐磨减震零件。材料科学研究工作者对该复合材料已进行了多年的研究工作.部分复合材料已进入商品或商品试制阶段, 日益引起人们的重视。
在金属基体中均匀弥散一定量的石墨粒子.就使得金属基复合材料 不仅具有基体的强度、硬度等金属特性.而且综合了石墨的自润滑性、良好的减震性和导热性、较小的线膨胀系数等,克服了金属基体耐磨性差、抗咬合性差的缺点,因此,适用于制造轴承、活塞、机体等汽车零件和其它减震材料 。另外.石墨粒子的加入还可以减少合金的密度,对于进一步使汽车轻型化,节省能源有较大影响,因此,它也可以在航空工业及消除公害、降低噪音方面发挥作用。由于其优良的性能.近几十年来,金属基石墨复合材料引起了各国的重视和研究,迄今为止.已在许多方面取得成功应用,特别是在航空航天、舰船和汽车工业领域应用较广。如汽车和机械上的平面轴承;传动轴、驱动轴承 ;螺旋运输机、辊式输送器和滚动轴承;电动机、架空铁路、水坝和水门的滑槽;电触点和电剁等,二冲程和四冲程客车和赛车发动机的活塞和衬套,汽缸壁、滑动轴承、连杆和栓、鼓风机轴衬和内燃机活塞、宇航中的结构应用,电触点和电刷、金属衬套,中等载荷、中等速度应用的旋转密封环、止推机垫片等。
在铜基石墨复合材料中,铜能保证传导性,而石墨提高耐磨性和接触电阻.主要用于制造固定接触的径向密封材料和电刷:它以高强度及良好的经济性而被广泛应用于集成电路的引线框架、电焊电极、电触头、发动机的集电环、电枢、转子、电力火车空架导线、以及冶金工业中的高炉风口、连铸结晶器,氧枪喷头等要求高的导电导热环境中㈣;在氧化性气氛条件下.铜石墨复合材料可在370℃下应用:浸没或无氧条件下.铜石墨复合材料可在925℃ 的高温下应用,因此.该复合材料特别适用于高载荷、低速度环境下的产品。如干燥炉运输机衬套、高温搅拌棒和搅拌器等。
银基石墨复合材料电刷以低噪音、低且稳的接触电阻、低摩擦和高导热率而出名。银基石墨复合材料是一类比铜基石墨复合材料具有更高导电性的电接触材料。它主要用于雷达汇流环、控制微电机等,对接触电讯号要求十分灵敏的设备中做滑动触点和电刷,起传输电讯号作用。
铁基石墨复合材料是应用最普遍的铁基材料。具有珠光体一铁素体组织。广泛地用于内燃机制造、农机、缝纫机的摩擦部件;用来制造煤炭输送机、录音机、汽车的前悬挂臂及其它部件和钻床上用的衬套等。
MCI公司已生产出了石墨纤维增强镁合金复合材料的无缝管材,并用这种材料为NASA设计和制造空间动力回收系统的构件;Lewis研究中心还开发了石墨/镁复合材料铸件,用于转缸式飞机发动机,这种复合材料铸件比传统的铸件具有更优越的性能,该材料拉拔的无缝管已用于制造民用飞机的天线支架 。
美国Gould公司在海军部门的资助下,将为大型核潜艇研制新型蓄电池。在这种蓄电池中,采用了Gr/Pb复合材料电池板,与铝一酸蓄电池相比,不仅电池寿命长而且在等容量的情况下,还可减轻重量,缩小体积。
DWA公司用石墨纤维增强铝复合材料为NASA和Lockheed公司制造卫星上的波导管,不但轴向刚度高、膨胀系数低、导电性能好,而且比原用石墨/环氧一铝层复合材料制成的波导管轻30%。20世纪70年代国际镍公司研制铝基石墨复合材料以代替铸铁缸套,在一定程度上提高了耐磨性、抗咬合性、自润滑性和功率。
铝基石墨轴承已成功替代用在机械工具、电风扇、水泵和连杆末端柴油机中的青铜和泡沫轴承,另外,还替代铜合金轴承成功地应用在舰船柴油机上:铝石墨颗粒复合材料活塞在3.7 kW 柴油机中试验时,活塞和活塞环的磨损降低,摩擦马力损失减少,减少了燃料消耗。美国航天航空局已采用石墨/铝复合材料作为航天飞机中部长20 m的货舱架。
金属基石墨复合材料在基础理论、制备工艺、性能水平、质量检测等方面有了很大的发展,且在宇航、航空和汽车工业中得到应用。目前在民用工业中应用还很少,但是,因其优异的性能,它无疑是一种很有发展前途的材料,在未来的实际中,必将在各个领域发挥重要作用。而我国对该复合材料的研究和应用还没有达到一定的规模,随着我国材料学者的努力,金属基石墨复合材料必将为社会的发展做出贡献.

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