碳纤维、铝、复合材料、复合材料对照

原副标题：碳纤维、铝、复合材料、复合材料对照

随著现代人生活产品品质的提升，对商品审美观和产品品质的明确要求也在急速提升。愈来愈多的消费行业商品选用钛来制做。板材给人中高档、坚固、耐用的产品品质感，而现代的塑胶机壳商品在顾客内心深处渐渐被贴上低成本和低产品品质的条码。

对消费行业商品来说，常见的钛由碳纤维、铝和复合材料。复合材料虽然其微生物融为一体性好，常见在医疗保健应用领域。方工就来扒一扒这三种钛的优点，做个对照。

因而，概括性的归纳放到后面，见下列操控性对照表。

耐热性对照表

这四种钛，复合材料最硬，气压也最合适。延展性各方面，复合材料要远硬与其它四种钛。就抗拉气压来说，复合材料强与铝，其二是复合材料，气压最高的是碳纤维。

气压和延展性对照

但商品结构设计来说，还需要考虑重量，如果将比重考虑进度，铝虽然密度最大，比气压反而最小了。复合材料和复合材料比气压高，但复合材料价格昂贵，加工性不好，因而在要综合考虑重量和气压的结构件种，多选用复合材料。

碳纤维

材料成分直接找度娘，这里不费篇幅罗列。碳纤维的密度为2.63～2.85g/cm，有较高的气压(σb为110～270MPa)，比气压接近高钛钢，比刚度超过钢，有良好的铸造操控性和塑性加工操控性，良好的导电、导热操控性，良好的耐蚀性和可焊性。

压铸碳纤维的流动性比较好，熔点为熔点660℃。

碳纤维在商品结构设计中的工艺应用形式也最丰富，常见加工工艺有：压铸、挤出成型、机加工、冲压、锻造。建筑门窗大量应用碳纤维型材，机械设备也常见铝型材搭建框架。电子商品和生活快消品的机壳也不乏碳纤维，这类商品外观明确要求较高，比较常见的工艺是挤出，机加工，冲压等。

快消品的机壳比较少用压铸铝，因为压铸碳纤维含有较高成分的Si，所以在做Anodizing（阳极氧化）时，直接与药液产生反应，氧化后表面效果比较差。铝铸件常见于内部结构件和对外观明确要求不高的零件，摩托车的发动机机壳需要复杂的结构，明确要求重量轻同时也需要足够的气压，大都旋转碳纤维压铸作为胚料。

铝铸发动机机壳

铝的牌号：

1×××系列为：纯铝（铝含量不小于99.00%），该系列牌号的最后两位数表示为：最高铝含量的百分点。牌号的第二位的字母表示原始纯铝的改型情况。

2×××～8×××系列牌号的最后两位数没有特殊意义，仅用来区分：同一组中不同的碳纤维。牌号的第二位字母表示原始纯铝的改型情况。

2×××系列为：以铜为主要钛元素的碳纤维。2011快削钛，切削性好气压也高。2018 2218 锻造用钛，锻造性良好且高温气压较高。

3×××系列为：以锰为主要钛元素的碳纤维。3105 3105建材、彩色铝板、瓶盖。

4×××系列为：以硅为主要钛元素的碳纤维。4032耐热性、耐摩秏性良好，热膨胀系数小。活塞、汽缸头。

5×××系列为：以镁为主要钛元素的碳纤维。5052为中程度气压之最具代表性钛，一般钣金、船舶、车辆、建筑、瓶盖、蜂巢板。

6×××系列为：以镁为主要钛元素并以Mg2Si相为强化相的碳纤维。6063代表性的挤出用钛，气压比6061低，挤出性良好，可作复杂的断面形状之形材，耐蚀性及表面处理性均佳建筑、公路护栏、高栏、车辆、家具、家电制品、装饰品。

7×××系列为：以锌为主要钛元素的碳纤维。7075碳纤维中具有最高气压的钛之一，但耐蚀性不佳，与7072之覆盖皮材可改善其耐蚀性，但成本提升。航空器、滑雪杖。

8×××系列为：以其它元素为主要钛元素的碳纤维

9×××系列为：备用钛组

抗拉气压大于480MPa的碳纤维称为高气压碳纤维，主要是以Al-Cu-Mg和Al-Zn-Mg-Cu为基的钛，即2XXX（硬碳纤维类）和7XXX（超硬碳纤维类）系钛。前者的静气压略低于后者，但使用温度却比后者高。虽然钛的化学成分、熔炼和凝固方式、加工工艺及热处理制度不同，钛的操控性差异很大。

常见碳纤维操控性表

铝

铝熔点低，流动性好，易熔焊。按制造工艺可分为铸造铝和变形铝。铸造铝流动性和耐腐蚀性较好，适用于压铸仪表，汽车零件机壳等。变形铝有很好的可塑性和延展性，主要用作电池机壳、印刷板、屋面板和日用五金等。铸造钛的产量远大于变形钛，对快消品的结构件，很少用到变形钛。因而下文就仅针对压铸铝了。

铝密度为6.3~6.7g/cm，抗拉气压σb为280~440MPa，熔点低，在385℃熔化，容易压铸成型。

铝比重大，是本文所述的四种钛中比重最大的，流动性也是最合适的，有很好的铸造操控性，可以压铸形状复杂、薄壁的精密件，铸件表面光滑。我设计的商品中，铝压铸件最薄壁厚仅0.4mm。

常温下,铝的气压好。需要注意的是，铝不宜在高温和低温（0℃下列）的工作环境下使用，铝在常温下有较好的机械操控性。但在高温下抗拉气压和低温下冲击操控性都显著下降。铝抗蚀性差，当钛成分中杂质元素铅、镉、锡超过标准时，导致铸件老化而发生变形。铝压铸件存在时效作用，有老化现象，即长时间后气压自然降低，变的易脆。这就是为什么很多人吐槽，更换铝水龙头时往往会发生脆断，导致水龙头螺纹部分残留在水管里无法弄出来。因而，方工还是建议大家装修时尽量选择铜质的水龙头，不要选铝的。

目前国际上用作铸件的标准系列有两大类，—类是ZAMAK钛、一类是ZA系列钛。使用的ZAMAK钛有ZAMAK 2、ZAMAK 3、ZAMAK5及ZAMAK 7。(为简 便起见、统称上述钛为2号、3号、5号及7号钛)。ZA系列有ZA-8、ZA-12、ZA-27及ZA-35。ZA-8主 要用于热室压铸，ZA-12及ZA-27因有特殊熔化明确要求，只能用于冷室压铸。ZA-35一般用于重力铸件。而ZAMAK钛发展要先于ZA系列钛、主要用于压力铸造。应用最广泛的是3号铝。

ZAMAK 2: 用于对机械操控性有特殊明确要求、对延展性明确要求高、耐磨性好、尺寸精度明确要求一般的机械零件。

ZAMAK 3: 良好的流动性和机械操控性。应用于对机械气压明确要求不高的铸件，如玩具、灯具、装饰品、部分电器件。

ZAMAK 5: 良好的流动性和好的机械操控性。应用于对机械气压有一定明确要求的铸件，如汽车配件、机电配件、机械零件、电器元件。

ZA8: 具有良好的冲击气压和尺寸稳定性，但流动性较差。应用于压铸尺寸小、精度和机械气压明确要求很高的工件，如电器件。

Superloy: 流动性最佳，应用于压铸薄壁、大尺寸、精度高、形状复杂的工件，如电器元件及其盒体。

复合材料

复合材料是以镁为基础加入其它元素组成的钛。主要钛元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁碳纤维，其二是镁锰钛和镁铝。复合材料因其优良的铸造、挤压、切削和弯曲加工等操控性，可以广泛地应用于汽车、电子、纺织、建筑和军事应用领域。

复合材料的熔点是650℃，熔点比碳纤维熔点低，压铸成型操控性好。复合材料铸件抗拉气压与碳纤维铸件相当，一般可达250MPa，最高可达600多MPa。

复合材料密度小（1.8g/cm3左右），气压高。复合材料是最轻的金属结构材料，比重只有1.8，分别为铝的2/3和铁的1/4，其比气压高达133，这使得复合材料可用作高气压材料。高气压复合材料的比气压甚至可以和钛相媲美。

复合材料弹性模量大，消震性好，在弹性范围内，复合材料受到冲击载荷时，吸收的能量比碳纤维件大一半，所以复合材料具有良好的抗震减噪操控性。

复合材料具有良好的压铸成型操控性，压铸件壁厚最小可达0.5mm, 适应制造汽车各类压铸件。复合材料件稳定性较高，压铸件的铸造性加工尺寸精度高，可进行高精度机械加工。

复合材料的散热相对与钛来说有绝对的优势，对相同体积与形状的复合材料与碳纤维材料的散热器，某热源生产的热量（温度）复合材料比碳纤维更容易由散热片根部传递到顶部的速度，顶部更容易达到高温。

但复合材料线膨胀系数很大，达到25～26 μm/m℃，而碳纤维则为23 μm/m℃，黄铜约20 μm/m℃，结构钢12 μm/m℃，铸铁约10μm/m℃，岩石（花岗岩、大理石等）仅为5～9 μm/m℃，玻璃5～11 μm/m℃。应用在热源处时一定要考虑温度对结构尺寸的影响。

复合材料的应用举例：一般中中高档及专业数码单反相机都采取复合材料做骨架，使其耐用，手感好；手机电话，笔记本电脑的壳体；在内部产生高温的电脑和投影仪等的机壳和散热部件上使用复合材料；汽车方向盘、转向支架、刹车支架、座椅框架、车镜支架、分配支架等明确要求重量轻而气压大的结构件。

复合材料压铸方向盘骨架

按成型方法分为变形复合材料和铸造复合材料两类。

复合材料牌号以英文字母+数字+英文字母的形式表示。后面的英文字母是其最主要的钛组成元素代号（元素代号如下表规定），其后的数字表示其最主要的钛组成元素上下极限值的平均值。最后面的英文字母为标识代号，用以标识各具体组成元素相异或元素含量有微小差别的不同钛。

复合材料常见牌号有AZ31B、AZ31S、AZ31T、AZ40M、AZ41M、AZ61A、AZ61M、AZ61S、AZ62M、AZ63B、AZ80A、AZ80M、AZ80S、AZ91D、AM60B、AM50A、M1C、M2M、M2S、ZK61M、ZK61S、ME20M、LZ91、LZ61、LZ121、LA141、LA191、LAZ933、LA81、LA91、LAZ931、MA18、MA21、MA14等。

复合材料

复合材料指的是多种用钛与其它金属制成的钛金属，气压高、耐蚀性好、耐热性高。复合材料广泛应用于制做飞机发动机压气机部件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等。复合材料也应用在火箭、导弹和高速飞机的结构件。

钛是同素异构体，熔点为1668℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方晶格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的钛元素而得到不同组织的复合材料。室温下，复合材料有四种基体组织，复合材料也就分为下列三类：α钛,(α+β)钛和β钛。我国分别以TA、TC、TB表示。

复合材料的密度一般在4.51g/cm3左右，仅为钢的60%，一些高气压复合材料超过了许多钛结构刚的气压，因而复合材料的比气压(气压/密度)远大于其它金属结构材料，可制出单位气压高、刚性好、质轻的零部件。

部分钛和复合材料的力学操控性

复合材料商品

钛无毒、质轻、气压高且具有优良的微生物相容性，是非常理想的医用板材，可用作植入人体的植入物等。在美国，已有5种β复合材料被推荐至医学应用领域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti-15Mo，适于作为植入物植入人体，如人造骨骼，血管支架等。

TiNi钛的微生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、血管支架、接骨板、髓内针、人工关节、避孕器、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。

复合材料制品可以通过压铸和机械加工方法得到。复合材料熔化温度很高，对模具钢材明确要求也较高。复合材料机械加工的方法很多，主要包括：车削、铣削、镗孔、钻削、磨削、攻丝、锯削、电火花加工等。

复合材料机械加工操控性同样不佳。复合材料切削加工时切削力只是略高于同等延展性的钢，但大多数复合材料热导率很低，只有钢的1/7，铝的1/16，因而切削产生的热量不会迅速散走，聚集在切削区域，导致刀具刃口迅速磨损，崩塌和生成积屑瘤。

信息来源：知乎方工rich、材子笔记、钛谷之声

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