颗粒增强金属基复合材料的研究(一)

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北京石油化工学院学报

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A19?!""#颗粒增强金属基复合材料的研究（一）

郝保红喻强万汉城

（北京石油化工学院机械工程系，北京’"!B’C）

摘要金属基复合材料是由陶瓷颗粒或纤维（比如D2E，F.

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G#，<2E，<20等）增强金属或者合金基体而得到的，具有高的比刚度、比强度、耐磨性和高温性能，且具有可设计性，是一类高性能先进材料，在航空、航天、汽车等领域具有良好的应用前景。综述了金属基复合材料的类型、成型方法及主要强化性能指标，阐述了颗粒强化金属基体的机理，提出了用纳米颗粒强化金属基体的新思路，简要介绍了实验方法，预测了性能改善程度，并阐述了其发展前景。

关键词颗粒增强；金属基；复合材料

中图法分类号

金属基复合材料，按增强材料的形态来分，可分为颗粒增强金属基复合材料、晶须增强金属基复合材料、纤维增强金属基复合材料。

颗粒增强一般是指’"!;以下的颗粒。常用的强化颗粒为碳化物、氧化物、氮化物和硼化物。目前研究较多的有J碳化硅、氧化铝、氧化钛等。成型方法一般采用粉末冶金法、液相合成法及喷射合成法。主要目的是提高强度、弹性模量及断裂韧性。

强化纤维包括晶须、短纤维和连续纤维（即长纤维）。晶须一般是指直径在"K’L!!;，长径比在’"以上的单晶体短纤维。短纤维一般是指直径为’""L!""!;的纤维。常用强化纤维为碳化物、硼化物和氧化物，目前研究较多有碳化硅、硼酸铝等。成型方法有粉未冶金法，液相复合法，压力浸渗法等。主要目的是提高材料的延伸性。

!颗粒增强金属基体的机理

颗粒增强金属基体实际上就是弥散强化，是将所需增强的强化相以弥散的形态分布于金属基体中，实现颗粒强化相与金属基体的优势互补，从而提高金属基体的性能。当常规的热处理及表面处理方式不足以满足使用要求时，就必须采用复合的方式，添加适当的增强剂，以弥补原金属材料性能的不足。

金属材料具有优良的延展性和可加工性，但强度相对较低，耐热、耐磨、耐腐蚀性能较差。而陶瓷材料具有耐磨、耐蚀性好等优点，但通常情况下很脆，加工性能极差。在铝合金中加入适量的陶瓷颗粒（如D2E、F2@等），则可在保持铝合金低密度、良好的加工性的同时，大幅度地提高其弹性模量、强度、耐磨和耐热性能。

由此可见，颗粒强化金属基体制备功能性或增强性结构复合材料。已成为一门独立的学科，在材料和相关的工程领域具有十分重要的地位［’］。

"纳米颗粒增强金属基体的思路颗粒增强金属基复合材料由于其具有较高的比刚度、比模量、低热膨胀系数以及低成本而在精密和光学仪器中获得了广泛的应用。由于以往的研究中使用的增强颗粒存在尺寸偏大的问题（往往都在几个微米甚至于几十个微米以上），给增强的幅度带来一定的局限性。纳米颗粒具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特性，呈现出一系列奇异的物理、化学性质，目前已有不少人在纳米技术方面做了可贵的探索，在国防、电子、化工、轻工、核技术、航空航天、医学和生物工程等领域

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