金属基复合材料的分类及制造技术研究进展

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金属基复合材料制备工艺的研究进展

金属基复合材料制备工艺的研究进展一、本文概述随着科技的飞速发展和工业的不断进步，金属材料在各个领域的应用日益广泛。

然而，单一金属材料往往难以满足复杂多变的应用需求，特别是在高温、高压、高腐蚀等极端环境下，金属材料的性能瓶颈日益凸显。

为了突破这一限制，金属基复合材料应运而生，它们通过结合两种或多种不同性质的材料，旨在实现性能的优化和提升。

金属基复合材料不仅继承了金属基体的高强度、高导热性等优点，还通过引入第二相材料，如陶瓷颗粒、纤维或聚合物等，显著提升了材料的硬度、耐磨性、抗腐蚀性以及高温性能。

本文旨在全面综述金属基复合材料制备工艺的最新研究进展。

我们将对金属基复合材料的分类、性能特点和应用领域进行简要介绍。

随后，重点讨论各种制备工艺的原理、优缺点及其在金属基复合材料制备中的应用实例。

在此基础上，分析当前制备工艺面临的挑战和未来的发展趋势。

展望金属基复合材料在航空航天、汽车制造、电子信息等领域的应用前景。

通过本文的综述，旨在为相关领域的科研工作者和工程技术人员提供有益的参考和启示。

二、金属基复合材料的分类金属基复合材料（Metal Matrix Composites, MMCs）是一类由金属或合金作为基体，与一种或多种增强体组合而成的先进材料。

这些增强体可以是颗粒、纤维、晶须或纳米尺度的强化相等。

根据其增强体的不同形态和性质，金属基复合材料可分为以下几类：颗粒增强金属基复合材料（Particle Reinforced Metal Matrix Composites, PRMMCs）：这类复合材料中，增强体为颗粒形态，如氧化铝（Al₂O₃）、碳化硅（SiC）、氮化硅（Si₃N₄）等陶瓷颗粒，或者碳黑、石墨等碳质颗粒。

这些颗粒均匀分布在金属基体中，能够有效地提高材料的硬度、耐磨性和高温性能。

纤维增强金属基复合材料（Fiber Reinforced Metal Matrix Composites, FRMMCs）：纤维增强体包括碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、氧化铝纤维等。

陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法及研究进展

陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法及研究进展陶瓷颗粒增强金属基复合材料是一类具有优良性能的新型材料，它不仅具有金属材料的优良导热性和导电性，还具有陶瓷材料的高硬度、耐磨性和耐腐蚀性，因此在航空航天、汽车、机械制造等领域具有广泛的应用前景。

本文旨在探讨陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法及研究进展，为该类材料的进一步研究和应用提供参考。

1. 粉末冶金法粉末冶金法是制备陶瓷颗粒增强金属基复合材料的常用方法之一。

选取合适的金属基体粉末和陶瓷颗粒进行混合，并添加适量的增强剂和成型剂进行混合压制，然后通过烧结、热压等工艺最终制备成复合材料。

粉末冶金法可以制备出具有较高密度和良好界面结合的复合材料，但制备工艺复杂、成本较高。

2. 溶液浸渗法溶液浸渗法是一种在金属基体表面形成陶瓷涂层的方法，通过浸渗、烧结等工艺将陶瓷颗粒固定在金属基体表面，形成陶瓷颗粒增强的金属基复合材料。

这种方法制备的复合材料具有优良的耐磨性和耐腐蚀性，但陶瓷颗粒与金属基体的结合强度较低。

1. 界面改性技术界面是陶瓷颗粒增强金属基复合材料中的关键问题，在材料的性能和稳定性方面起着至关重要的作用。

近年来，界面改性技术成为了该领域的研究热点之一，主要包括化学镀法、溶液法、电沉积法等，通过在界面上形成一层化学反应层或添加一层助熔金属来改善陶瓷颗粒与金属基体之间的结合强度，从而提高复合材料的性能。

2. 热处理工艺热处理工艺是影响陶瓷颗粒增强金属基复合材料性能的重要因素之一。

通过热处理工艺可以调控材料的组织结构和晶粒尺寸，进而影响材料的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性能。

研究表明，适当的热处理工艺可以明显提高复合材料的性能，成为目前研究的重点之一。

3. 新型复合材料随着纳米科技的发展，纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料成为了当前研究的热点之一。

纳米材料具有尺寸效应、表面效应和量子效应等特点，可以显著改善复合材料的力学性能和耐磨性能，因此备受关注。

除了纳米材料，纤维增强复合材料、层状复合材料等新型复合材料也在不断涌现，为陶瓷颗粒增强金属基复合材料的研究和应用带来了新的发展机遇。

难熔金属基复合材料的研究进展

难熔金属基复合材料的研究进展难熔金属基复合材料是一种具有卓越性能和广泛应用潜力的材料。

它由高熔点金属基体和分散相组成，具有高温强度、耐腐蚀性、耐磨损性和导电性等优点。

难熔金属基复合材料的研究已经取得了显著的进展，并在航空航天、能源、汽车和冶金等领域得到广泛应用。

难熔金属基复合材料的研究主要涉及材料的制备技术、性能优化和应用研究。

目前，常用的制备技术包括粉末冶金、熔融混合、机械合金化和表面改性等方法。

其中，粉末冶金是一种常用的制备难熔金属基复合材料的方法。

通过粉末冶金技术可以得到具有均匀分散相的复合材料，从而提高材料的力学性能和耐热性能。

难熔金属基复合材料的性能优化主要通过合金化和微结构控制实现。

通过合金化可以改变金属基体的组成，调整材料的力学性能和导热性能。

通过微结构控制可以调控分散相的尺寸、形状和分布，进一步提高材料的力学性能和耐热性能。

此外，难熔金属基复合材料的表面改性也是一种常用的性能优化手段。

通过在金属基体的表面引入功能性涂层，可以提高材料的表面硬度、耐磨损性和耐腐蚀性。

难熔金属基复合材料在航空航天领域具有广泛的应用前景。

在航空发动机中，难熔金属基复合材料可以作为高温结构材料使用，用于制造涡轮叶片、燃烧室和燃气轮机等部件。

难熔金属基复合材料具有出色的高温强度和耐热性能，可以提高发动机的工作效率和可靠性。

此外，在航天航空热保护系统中，难熔金属基复合材料也可以作为热隔断材料使用，有效减少空气动力热、压力热和辐射热对航天器的影响。

在能源领域，难熔金属基复合材料可以用于制造高温燃料电池和核能反应堆等设备。

难熔金属基复合材料具有优异的导电性能和耐腐蚀性，可以提高燃料电池和核能反应堆的运行效率和安全性。

此外，难熔金属基复合材料还可以用于制造高温储能设备，用于储存太阳能和风能等可再生能源。

在汽车领域，难熔金属基复合材料可以用于制造发动机和制动系统等关键部件。

难熔金属基复合材料具有出色的耐磨损性和耐高温性能，可以提高发动机和制动系统的性能和寿命。

金属基复合材料的研究进展

金属基复合材料，是在各金属材料基体内用多种不同复合工艺，加进增强体，以改进特定所需的机械物理性能。

金属基复合材料在比强度、比钢度、导电性、耐磨性、减震性、热膨胀等多种机械物理性能方面比同性材料优异得多。

因此，金属基复合材料在新兴高科技领域，宇航、航空、能源及民用机电工业、汽车、电机、电刷、仪器仪表中日益广泛应用。

１金属基复合材料发展史近代金属基复合材料的研究始于１９２４年Ｓｃｈｍｉｔ［１］关于铝／氧化铝粉末烧结的研究工作。

在３０年代，又出现了沉淀强化理论［２，３］，并在以后的几十年中得到了很快地发展。

到了６０年代，金属基复合材料已经发展成为复合材料的一个新的分支。

到了８０年代，日本丰田公司首次将陶瓷纤维增强铝基复合材料用于制造柴油发动机活塞，从此金属基复合材料的研制与开发工作得到了飞快地发展。

土耳其的Ｓ．Ｅｒｏｇｌｕ等用离子喷涂技术制得了ＮｉＣｒ－Ａｌ／ＭｇＯ－ＺｒＯ２功能梯度涂层。

目前，金属基复合材料已经引起有关部门的高度重视，特别是航空航天部门推进系统使用的材料，其性能已经接近了极限。

因此，研制工作温度更高、比钢度、比强度大幅度增加的金属基复合材料，已经成为发展高性能材料的一个重要方向。

１９９０年美国在航天推进系统中形成了３２５０万美元的高级复合材料（主要为ＭＭＣ）市场，年平均增长率为１６％，远远高于高性能合金的年增长率［４］。

到２０００年，金属基复合材料的市场价值达到了１．５亿美元，国防／航空用金属基复合材料已占市场份额的８０％［５］。

预计到２００５年市场对金属基复合材料的需求量将达１６１ｔ，平均年增长率为４．４％。

２金属基复合材料的制造方法金属基复合材料的种类繁多，制造方法多样，但总体上可以归纳为４种生产方法。

２．１扩散法扩散法是将作为基本的金属粉末与裸露或有包覆层的纤维在一起压型和烧结，或在基体金属的薄箔之间置入增强剂进行冷压或热压制成金属基复合材料的方法［６］。

２．１．１扩散粘结法这种方法常用于粉末冶金工业。

陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法及研究进展

陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法及研究进展陶瓷颗粒增强金属基复合材料在工业制造和应用中有着广泛的应用前景，如航空航天、汽车工业、船舶工业、新型能源等领域。

其制备方法主要有粉末冶金法、熔盐电解法、液相共沉淀法等。

本文将就陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法和研究进展进行论述。

一、制备方法1. 粉末冶金法粉末冶金法是制备金属基复合材料的一种常见方法。

该方法的主要步骤为：先将金属粉末和陶瓷颗粒混合，并在高温下进行烧结，形成复合材料。

其优点是适用范围广，可以制备不同材料的复合材料，且制备成本较低。

但其缺点也十分明显，即金属基体与陶瓷颗粒之间的化学反应和物理反应较少，导致复合材料的力学性能和接触性能较差。

2. 熔盐电解法3. 液相共沉淀法液相共沉淀法是一种简单易行的制备方法。

该方法的主要步骤为：先将金属离子和陶瓷颗粒分别溶于溶液中，然后将两种溶液混合，并进行共沉淀。

其优点是制备条件简单，设备要求不高，制备成本低。

但其缺点是在制备过程中易出现杂质，导致复合材料的性能受到影响，且制备过程容易出现分散性差的问题。

总结起来，不同的制备方法都有其独特的优点和缺点。

在实际应用中，需要根据具体的情况选择合适的制备方法。

同时也需要在制备过程中注重控制和调整参数，以获得更好的制备效果。

二、研究进展1. 高温高压力下的合成方法高温高压力下是制备陶瓷颗粒增强金属基复合材料的新趋势。

在这种制备方法中，需要通过高温高压力的条件来促进金属基体和陶瓷颗粒之间的物理反应和化学反应，以实现复合材料的均匀分布和高强度性能。

当前，利用高温高压力合成方法来研究陶瓷颗粒增强金属基复合材料的工作仍在不断进行，具有很大的开发潜力。

2. 金属基复合材料在新型能源领域的应用随着新型能源技术的不断推进，金属基复合材料在这个领域中也具有广泛的应用前景。

例如，金属基复合材料可以作为制备高效储能材料的基础材料，并可应用于太阳能光电器件、氢燃料电池等领域。

这些应用领域的不断拓展，为金属基复合材料的制备和研究提供了新的发展机遇。

金属基复合材料的研究及其应用

金属基复合材料的研究及其应用一、介绍金属基复合材料是指由金属基质和其它加强相（包括金属相和非金属相）组成的复合材料。

其概念最早出现在20世纪60年代末，在材料科学领域引起了广泛关注。

金属基复合材料具有很好的综合性能，被广泛应用于航空、汽车、船舶、电子、机械等重要领域。

二、分类根据加强相的种类和形状，金属基复合材料可以分为以下几种类型：（1）颗粒增强型金属基复合材料：由金属基质中添加颗粒状的非金属相组成，具有良好的耐磨性和热稳定性。

（2）纤维增强型金属基复合材料：由金属基质中添加纤维状的非金属相组成，具有很高的拉伸强度和模量。

（3）片层增强型金属基复合材料：由金属基质中添加片层状的非金属相组成，具有很好的自润滑性和耐蚀性。

三、制备方法金属基复合材料的制备方法有以下几种：（1）熔融浸渍法：将非金属相与金属基质混合后，进行熔融浸渍处理，利用熔体的表面张力将非金属相吸附至金属基质表面。

（2）热压法：将非金属相与金属基质一起放入加热压模中，在高温高压下进行热压处理，使其在金属基质内部形成均匀分散的结构。

（3）冲击法：将非金属相加入到金属基质中，然后进行高速撞击，使非金属相与金属基质发生化学反应，形成复合材料。

四、应用金属基复合材料具有高强度、高模量、抗疲劳性良好、耐磨损、耐腐蚀、耐高温等优秀性能，因此在许多领域得到了广泛应用。

（1）汽车领域：大量使用金属基复合材料替代传统的铸铁材料和钢材，以减轻汽车的自重并提高汽车的性能。

（2）航空航天领域：金属基复合材料被广泛应用于航空发动机、机翼、舵面等部位，以提高航空器的性能和降低其重量。

（3）电子领域：金属基复合材料被广泛应用于电子设备的散热板、封装壳体等材料上，以提高设备的散热性能。

（4）机械领域：金属基复合材料被广泛应用于制造高速列车的轮毂、高速机床的转子等零部件。

五、结论金属基复合材料具有很好的综合性能和广泛的应用前景，将在人类的工业生产和科学研究中发挥更重要和更广泛的作用。

高导热金属基复合材料的制备与研究进展

高导热金属基复合材料的制备与研究进展摘要：随着电子器件芯片功率的不断提高，对散热材料的热物理性能提出了更高的要求。

将高导热、低膨胀的增强相和高导热的金属进行复合得到的金属基复合材料，能够兼顾高的热导率和可调控的热膨胀系数，是理想的散热材料。

本文对以 Si、 SiCp、金刚石、鳞片石墨为增强相的铜基及铝基复合材料的研究进展进行了总结，并就金属基复合材料目前存在的问题及未来的研究方向进行了展望。

关键词：制备；研究进展；金属复合材料提升相和基体原材料的润滑性对复合材料的热性能有很大影响。

除此之外，基体中加强相的趋向和分布、复合材料的相组成和微观结构也会影响到原材料的导热系数。

为了防止复合材料中加强相分别不匀、趋向不匀等问题造成导热系数降低，在挑选复合材料制备方式时，应充分考虑各种方法的优缺点，并完善相关工艺指标，就可以获得导热系数最理想的金属基复合材料。

现阶段，铜基和铝基复合材料的制备技术大概可以分为固相法和液相法两类。

固相法有热压烧结法、高温高压烧结法和等离子放电烧结法等，液相法有搅拌铸造法和熔渗法等。

一、热压烧结法热压是制备复合材料传统的方式，主要加工工艺是将基体与加强相粉末混合匀称，然后放入磨具中增加工作压力，除气后升温至固相线环境温度下，在空气、真空泵及保护气中致密化，产生复合材料。

热压烧结法是金属基复合材料的重要制备方式，此方法的优势是生产出的复合金属质量稳定，加强相和金属粉占比可调。

可是，缺陷非常明显，烧结必须使用磨具，无法制备外观繁杂、尺寸大的金属基复合材料，且工艺成本高。

Goryuk 研发了电子元件基材使用于SiC/Al复合材料的压合工艺流程之中，通过隔热保温时间与压力对SiC/Al复合材料相对密度和导热系数产生的影响。

通过Goryuk的研究最佳的制备参数为：烧结环境温度700摄氏度、烧结工作压力20 MPa、隔热保温时长1 h、保护气为N2。

选用该加工工艺所得到的复合材料导热系数为240 W m-1K-1。

金属基复合材料

（3）表面复合法
包括：物理气相沉积法、化学气相沉积法、热喷涂法、化学镀和电镀法、复合镀法等。
一、固态制备技术
1.1粉末冶金技术粉末冶金法是一种用于制备与成形颗粒增强(非连续
增强型)金属基复合材料的传统固态工艺法。
工艺过程：
粉末冶金生产工艺
1.2热压技术
扩散黏结：在较长时间、较高温度和压力下，通过固态焊接工艺，使同类或不同类金属在高温下互扩散而黏结在一起的工艺方法。
常用的热喷涂的主要方法如下：
1)火焰喷涂 2)电弧喷涂 3)等离子喷涂(气体导电（或放电）所产生的等离
子电弧作为高温热源 )
讲完了~
性、良好的抗粘着能力和优越的耐蚀性。
化学气相沉积的装置如图,以在钢件表面沉积TiC涂层为例，将反应气体TiCl4与气态或蒸发状态的碳氢化合物一起导入真空、高温的反应室内，用氢作为载体和稀释剂，就会发生化学反应生成TiC沉积在基体表面。
3.3热喷涂技术
指以某种热源，将基体材料加热到熔化或熔融状态后，用高压高速气流将其雾化成细小的颗粒喷射到增强材料上，形成一层覆盖层的过程。
三阶段： ➢粘结表面之间最初接触 ➢增强材料与合金粉末发生界面扩散和体扩散→接触面粘结 ➢结合界面最终消失，粘结过程完成
热压技术：
1.3热轧、热挤压和热拉拔技术（变形法）
形变法就是利用金属具
轧制
有塑性成型的工艺特点，
通过热轧、热拉、热挤压
等加工手段，使已复合好
的颗粒、晶须、短纤维增
强金属基复合材料进一步
加工成板材。
挤压拉拔
1.4爆炸焊接技术
二、液态制备技术
2.1真空压力浸渍技术真空压力浸渍法是在真
空和高压惰性气体的共同作用下，使熔融金属浸渗入预制件中制造金属基复合材料的方法。

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外大量学者采用复合技术将不同性能的材料复合
击著提高，疲并具有特殊的热膨胀性能。复合材料的种类繁多，其基体材按
料不同可分为金属基、脂基和陶瓷基复合材料。树
目前，金属基复合材料是我国应用较为广泛、发
ＣＥｕｌｇＳＮＸｅｊＨＮＳ－ｎ，Ｕｕ－ｅｉｉ（ｅａｔｎｆｔａＳｉｃｎｎｉｅｒｇＳｃｕｎＥｇｅｒｇＴｃｎｃｏｅｅＤｙｎ１００，ｈｎ）ＤｐｒｔｅｌｃｅｅａｄＥｇｎｅｎ，ｉａｎｉｅｎｅｈｉＣｌｇ，ｅａｇ６８０ＣｉａｍｅｏＭａｒｎｉｉｈｎｉｌａｌ
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０前言
随着科学技术的大力发展，对材料性能的要求也越来越高，有高强度、现高模量、高温、密度耐低的单一材料已远远不能满足使用要求。为此，内国
第４１卷
第７期
蹙珲俄
ＥｅｔｃＷｅｄｎｃｉｅｌｃｒ］ｉＥＭａｈｎｉ
Ｖ０．１ｏ７１Ｎ．４
２１０１年７月
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金属基复替材料曲类及分制造接米研究展进
陈素玲，学杰孙
￣：ｔｄｉｇｏｔｔｘｃｍｏｉｓｏｅｏｅｉｏｔｔａｋｎｔｅｍｏｅｎｆｌｆｅｔａｓｔｈｏｏｙＩｈｓＳｕｙｎｎｍｅｌｒｏｐｓｅｉｎｆｈａｍａｉｔｔｍｐｒｎｓｓｉｈｄｒｅｄｏｗｍａｒｃｎｌｇ．ｔｉａｔｉｎｅｌｅｉｎ
ｐｏｅｔｓｍａｕａｔｒｎｔｏｓａｄａｐｉａｉｎｏｔｔｘｃｍｐｓｔ．ｄｔｅｍａｕａｔｒｇｔｃｎｌｇｅｎｅｅｔｗｒｒｐｒｅ，ｎｃｕｇｍｅｈｄｎｐｌｔｆｍｅａｍａｒｏｏｉＡｎｈｎｆｃｕｎｅｈｏｏｉｓａｄｄｆｃｓｅｅｉｆｉｃｏｌｉｅｉｍａｎｙｃｍｍｅｔｄｍｅｎｈｌ，ｈｕｒｅｅｒｈｎｃｐｆｈｔｔｘｃｍｐｓｅａｉｃｓｅ．ｉｌｏｎｅ，ａｗｉｔｅｆｔｅｒｓａｃｉｇｓｏｅｏｅｍｅａｍａｒｏｏｉｓＷｄｓｕｓｄｅｕｔｌｉｔｓ
（四川工程职业技术学院材料工程系，川德阳６８０）四１００
Ｃｌｓｉｃｔｏａａｆｃｕｉｇｔｃｎｏｏｉｓｏｅａａｒｘｃｍｐｏｉｅａｓｆａｉｎｎｄｍｎｕａｔｒｎｅｈｌｇｅｆｍｔｌｍｔｉｏｉｓｔｓ
维、晶须、粒等为增强体，过合理的设计和良好颗通的复合工艺，使基体和增强体之间取长补短，挥了发各自的性能及工艺优势。与传统的金属材料相比，金属基复合材料往往具有更高的比强度（度和密强