金属基复合材料的研究进展及发展趋势
金属基复合材料界面的研究进展及发展趋势
周奎
（佳木斯大学材料科学与工程学院 佳木斯 154007）
摘要 本文介绍了目前金属基复合材料界面的研究现状，存在的问题及优化的有效途径。重点阐述了金属基复合材料在各个领域的应用情况。最后在综述金属基复合材料界面的研究进展与应用现状的基础上,对学者未来研究呈现的趋势进行了简述并对其发展趋势进行了展望。
关键词 金属基复合材料 界面特性 应用 发展趋势
The research progress of metal matrix composites
interface and development trend
ZHOU Kui
(jiamusi university school of materials science and engineering jiamusi 154007)
Abstract：Interface of metal matrix composites are introduced in this paper the current research status, existing
problems and the effective ways to optimize. Expounds the metal matrix composites and its application in various
fields. Finally in this paper the research progress and application of metal matrix composites interface status quo,
on the basis of research for scholars in the future the trend of the present carried on the description and its
development trend is prospected.
Keywords: metal matrix composites application Interface features the development trend
1前言
金属基复合材料(MMCS)是以金属、合金或金属间化合物为基体,含有增强成分的复合材
料。
研究金属基复合新材料是当代新材料技术领域中的重要内容之一。金属基复合材料的品种繁多,有碳(石墨)、硼、碳化硅、氧化铝等高性能连续纤维增强铝基、镁基、钦基等复合材料,碳化硅晶须、碳化硅、氧化铝颗粒、氧化铝短纤维增强铝基、镁基复合材料,以及牡钨丝增强超合金等高温金属基复合材料等.但它们的发展和应用并不迅速。主要原因是存在界面问题,制备方法较复杂,成本高。学者们在金属基复合材料的有效制备方法、金属基体与增强体之间的界面反应规律、控制界面反应的途径、界面结构、性能对材料性能的影响、界面结构与制备工艺过程的关系等进行了大量的研究工作,取得了许多重要成果,推动了金属基复合材料的发展和应用。但随着金属基复合材料要求的使用性能和制备技术的发展,界面问题仍然是金属基复合材料研究发展中的重要研究方向。特别是界面精细结构及性质、界面优化设计、界面反应的控制以及界面对性能的影响规律等。尚需结合材料类型、使用性能要求深入研究。 2金属基复合材料的界面
随着金属基复合材料要求的使用性能和制备技术的发展,金属基复合材料的界面结构研究乃是近年来研究重点之一,复合材料界面特性在很大程度上决定复合材料的性能。通过分析界面特性,可以发现和推出界面特性与MMCS力学性能的内在规律。一般来说,金属基复合材料的力学性能很大程度上是由基体与增强相之间的界面结构与属性来决定的。
2.1 金属基复合材料界面存在的问题
金属基体通常是合金,含有性质不同的合金元素和相,熔化温度较高.在凝固、冷却、热
处理过程中还可能发生元素偏聚和扩散、固溶、相变等.在高温下元素化学活性增加,易与
增强体发生不同程度的界面反应,形成各种界面结构.金属基体与增强体物理、化学性质又
有较大差别。这些因素使金属基复合材料的界面间题显得十分复杂.
主要问题有:界面反应及其控制途径:界面反应规律、界面反应与制备工艺过程、界面反应对界面结构、界面性能增强体损伤的影响.控制界面反应的有效途径.,界面结构、性能对增强和断裂以及导热、导电性的影响。
界面结构与复合材料组分的关系:基体、增强体对应的界面结构特性,基体成分、相组
成与界面微结构,增强体及表面涂层与界面微结构及性能的关系。界面稳定性:在不同环境(温度、湿度、应力状态、化学等)条件下界面结构和性能的稳定性,环境因素对界面结构和特性的影响。界面的优化设计和优化界面的有效途径:针对不同性能要求的界面结构的优化设计,最佳界面结构的获取途径。
界面问题的研究解决需与所选择的金属基复合材料的类型、使用工况条件、制备过程密
切结合,方能取得实际效果。
2.2金属基复合材料的界面反应
金属基复合材料的制备一般在高温下进行的，基体合金和增强体不可避免地发生程度不同的界面反应及元素扩散、偏聚等.界面反应程度决定了界面结构和性能。
2.2.1界面反应的结果
有利的方面：促进增强体与金属液的浸润，增强金属基体与增强体的界面结合.提高界面结合强度.较严重的界面反应将造成强界面结合.界面结合强度对复合材料内残余应力、应力分布、断裂过程有重要的影响,直接影响复合材料的性能。界面反应也可能形成各种类型的化合物,如AL4C3、AIBZ,A12MgO4、TIC等。
不利的方面：造成增强体损伤和改变基体成份，严重的界面反应使高性能纤维损伤.如：石墨/铝基复合材料严重损伤的石墨纤维表面形貌,被浸蚀的纤维的性能明显下降.界面反应还可能改变基体的成份,降低了基体的性能。
2.2.2界面反应程度对形成合适界面结构和性能的影响 可将它分为三类:
第一类一有利于基体与增强体浸润、复合和形成最佳界面结合.如SIC颗粒增强铝基复
合材料.铝基体中的Mg与SIC表面的SIO2作用适度时、可明显改善了SICP与Al的浸润性。这类界面反应轻微,纤维、晶须、颗粒等增强体无损伤和性能下降,不生成大量界面反应产物,界面结合强度适中.能有效传递载荷和阻止裂纹向增强体内部扩展.界面能起调节复合材料内应力分布的作用。
第二类一有界面反应产物,增强体虽有损伤但性能不下降.形成强界面结合、在应力作用
下不发生界面脱粘,裂纹易向纤维等增强体内部扩展,呈现脆性破坏.结果造成纤维增强金属
的低应力破坏。但对晶须、颗粒增强复合材料,这类反应则是有利的. 第三类一严重界面反应.有大量反应产物,形成聚集的脆性相和脆性层,造成增强体严重
损伤和基体成份改变,强度下降.同时形成强界面结合.复合材料的性能急剧下降,甚至低于
基体性能这类反应必须避免。
对于制备高性能金属基复合材料、控制界面反应程度到形成合适的界面结合强度极为重
要.即使界面反应未造成增强体的损伤和形成明显的界面脆性相,只造成强界面结合也是十
分有害的,这对连续纤维增强复合材料尤为重要.
2.3金属基复合材料界面特性对性能的影响
在金属基复合材料中，界面对材料内载荷的传递，微区应力和应变分析以及导电，导热等有着极为重要的作用和影响。界面结合强度、界面脆性相以及界面区的微结构对材料的宏观性能起着重要的作用.界面脱粘可有效地调节材料内应力分布,减缓裂纹端部的应力集中,阻止裂纹向纤维内部扩展,使每根纤维承载均匀、充分发挥出纤维的性能，适中的界面结合具有最高的抗拉、抗弯、冲击强度。
2.4界面的优化和有效控制途径
改善基体与增强体的浸润性、控制界面反应以形成最佳的界面结构是金属基复合材料生
产的关键技术问题.界面优化的目标是形成可有效传递载荷、能调节应力分布、阻止裂纹扩
展、稳定的界面结构.途径主要有纤维等增强体的表面涂层处理、金属基体合金化。
2.4.1纤维颗粒等增强体的表面涂层处理
增强体的表面改性及涂层处理可以有效地改善浸润性和阻止过度的界面反应。特别是用化学气相沉积法,能获得界面结构最佳的梯度复合涂层可制备出高性能的碳/铝、硼/铝、碳化硅/钦等复合材料。
SIC颗粒的氧化处理是一种经济又有效的增强体表面处理方法.合适的氧化处理可以获得连续致密的SIO2层.明显改善SICP与Al基体的浸润性,它与铝合金中的Mg元素作用形成颗粒界面层，可获得高性能SICP/Al复合材料。
2.4.2金属基体合金化
在液态基体中加入适当的合金元素,是改善基体熔体与增强体的浸润性、阻止有害的界
面反应、形成稳定的界面结构的一种有效、经济的优化界面及控制界面反应的方法.例如在硼酸铝晶须增强铝基复合材料加入某些稀有元素,可有效阻止铝合金中M只与ABO晶须的界面反应,获得高性能材料.现有的基体多数是选用现成的金属合金,由于复合材料增强机制与合金的强化机制不同,合金中形成时效强化相的合金元素对界面结构有影响,有些是有害的，如Cu,铝合金中的强化相CuAI2易在增强纤维之间形成连接纤维的脆性相,引起脆性破坏.现有的金属合金是否适于作为金属基复合材料的基体、需认真考虑。
3金属基复合材料的应用
金属基复合材料自进入工业应用发展阶段以来，逐步拓宽了应用领域。它具有良好的综合性能，例如：高比强度、比模量 导热、导电性能 热膨胀系数小,尺寸稳定性好 良好的高温性能 耐磨性好 良好的疲劳性能和断裂韧性 不吸潮、不老化、气密性好等。由于金属基复合材料具有这些良好的综合性能而赋予它在各个领域都有应用。
3.1MMCS在陆上运输领域的应用
随着能源和环境问题日益严峻,世界各国实行越来越严格的燃油效率标准和尾气排放标准,这迫使各汽车生产商采用轻质的MMCS取代目前的铸铁和钢,实现汽车轻量化的目的。
在汽车工业中,金属基复合材料的应用对于提高汽车零部件的使用性能已发挥了重要作用。本田公司研制了一种不锈钢长纤维增强的铝合金汽车发动机连杆,较之锻钢连杆,其刚度高、耐疲劳性好,而且其往复运动件质量减小27%,使得发动机摩擦力降低。汽车采用铝基MMCS刹车盘(如图1所示)，例如通用在2000年发布的混合动力车Precept前后轮均装配采用Alan公司铝基MMCS制造的通风式刹车盘,该刹车盘质量不到原来铸铁刹车盘的一半。
图 1 SICP/Al复合材料刹车盘
世界范围内,建设了许多高速铁路和列车。其中德国ICE(Inter City Express)列车尤其以第一次应用MMCS刹车盘而著称。优点就是带来重大的减重效益。
3.2MMCS电子及光学领域的应用
21世纪将是以信息为主的时代，信息技术领域中的一个趋势。是集成度不断提高的集成电路。而制约集成度提高的关键因素是散热问题。由于铝基复合材料具有密度低热膨胀系数低，导热性能好等优点。因此适用于制造电子器材的衬装材料，散热片，基板等电子部件及旋转扫描镜，激光镜，反射镜，镜子底座等许多电子光学仪器。尤其是碳化硅颗粒增强铝基复合材料物理性能优良，制造工艺技术较为成熟。价格相对较低，得到了较为广泛的应用。
产业报告铝基新材料
产业报告铝基新材料
铝基新材料产业报告
一、引言
近年来，随着科技的不断进步和工业的快速发展，铝基新材料作为一种重要的材料，逐渐受到人们的关注。铝基新材料以其轻质、高强度、耐腐蚀等特性，在各个领域得到了广泛应用。本文将重点介绍铝基新材料的发展现状、应用领域以及未来的发展趋势。
二、铝基新材料的发展现状
铝基新材料是以铝为基础的合金材料，通过添加其他金属或非金属元素来改变其性能。目前，铝基新材料的发展已经取得了显著的进展。例如，铝-锂合金具有较低的密度和较高的比强度，被广泛应用于航空航天领域。铝基复合材料则具有优异的机械性能和耐腐蚀性能，被广泛应用于汽车、船舶等领域。此外，铝基纳米材料、铝基粉末冶金材料等也是当前研究的热点。
三、铝基新材料的应用领域
铝基新材料由于其独特的性能，广泛应用于各个领域。首先，航空航天是铝基新材料的重要应用领域之一。铝-锂合金的低密度和高比强度使其成为飞机结构材料的理想选择。其次，汽车制造也是铝基新材料的重要应用领域。铝基复合材料具有较高的强度和优异的耐腐蚀性能，可用于汽车车身、发动机部件等。此外，铝基新材料还广泛应用于电子、建筑、船舶等领域。
四、铝基新材料的发展趋势
随着科技的不断进步，铝基新材料的研究和应用将迎来新的发展机遇。首先，研究人员将继续改进铝基新材料的性能，以满足不同领域的需求。其次，铝基新材料的制备技术将不断创新，以提高生产效率和降低成本。此外，铝基新材料与其他新材料的复合应用也将成为未来的发展趋势。综上所述，铝基新材料在未来将有更广阔的应用前景。
五、结论
铝基新材料作为一种重要的材料，具有许多优异的性能和广泛的应用领域。目前，铝基新材料的发展已经取得了显著的进展，并且未来仍有很大的发展空间。我们相信，在科技的推动下，铝基新材料将为各个领域的发展做出更大的贡献。
颗粒增强金属基复合材料的研究现状及展望
第20卷第1期Vol.20No.1 硬 质 合 金CEMENTEDCARBIDE 2003年3月Mar.2003
综合评述
颗粒增强金属基复合材料的研究现状及展望
王基才Ξ 尤显卿 郑玉春 程娟文
(合肥工业大学材料学院,合肥,230009)摘 要 从材料的选择、制备技术和性能等方面对颗粒增强金属基复合材料的研究现
状进行综合评述。分析了颗粒增强金属基复合材料发展过程中存在的一些问题及改进
措施,指出了颗粒增强金属基复合材料的几个重要发展方向:制备技术的改进、应用范
围向特色应用领域的拓宽和再生回收的重视。
关键词 复合材料 碳化物粒子 制备技术 性能 生产应用
1 引 言
自1965年AKelly,GJdavies和DCratchley
等[1]首先总结和提出了金属基复合材料(Metal
MatrixComposites,简称MMCs)的资料以来,
MMCs就以其高的比强度、比刚度及良好的热稳定
性、耐磨性、尺寸稳定性及成分可设等优点[2-4]吸引
了各国学者和科研人员的关注,成为材料研究和开
发的热点。
按增强体的形式MMCs可分为连续纤维增强、
短纤维或晶须增强、颗粒增强等。由于连续纤维增强
的MMCs必须先制成复合丝,工艺成本高而复杂,
因此其应用范围有很大的局限性,只应用于少数有
特殊性能要求的零件。颗粒增强金属基复合材料
(ParticulateReinforcedMetalMatrixComposites,
简称PRMMC)是将陶瓷颗粒增强相外加或自生进
入金属基体中得到兼有金属优点(韧性和塑性)和增
强颗粒优点(高硬度和高模量)的复合材料。
PRMMC具有增强体成本低,微观结构均匀,材料
各向同性,可采用热压、热轧等传统金属加工工艺进
行加工等优点[5-8],因而与纤维增强、晶须增强金属
基复合材料相比倍受关注[9-10]。2 PRMMC材料的选择
基体材料是MMCs的主要组成部分,起着固结
增强相、传递和承受各种载荷(力、热、电)的作用。最
金属基复合材料
现代科学的发展和技术的进步，对材料性能提出了更高的要求，往往希望材料具有某些特殊性能的同时，又具备良好的综合性能。传统的单一材料已经很难满足这种需要。因此，人们将注意力转向复合材料，复合材料是指由两种或两种以上成分不同，性质不同，有时形状也不同的相容性材料以物理方式合理的进行复合而制成的一种材料。其以最大限度的发挥各种材料的特长，并赋予单一材料所不具备的优良性能，复合材料的性能还具有可设计性的重要特征。
作为复合材料重要分支的金属基复合材料（MMCs），发展于20世纪50年代末期或60年代初期。现代材料方面不但要求强度高，还要求其重量要轻，尤其是在航空航天领域。金属基复合材料正是为了满足上述要求而诞生的。
1.金属基复合材料的分类
金属基复合材料（Metal matrix Composite，简称MMCs）是以陶瓷（连续长纤维、短纤维、晶须及颗粒）为增强材料，金属（如铝、镁、钛、镍、铁、桐等）为基体材料而制备的。金属基复合材料分为宏观组合型和微观强化型两大类。前者指其组分能用肉眼识别和具备两组分性能的材料(如双金属、包履板等)；后者需显微观察分辨组分以改善成分来提高强度为主要目标的材料。根据用途分类：（1）结构复合材料：高比强度、高比模量、尺才稳定性、耐热性等是其主要性能特点。用于制造各种航天、航空、汽车、先进武器系统等高性能结构件。（2）功能复合材料：高导热、导电性、低膨胀、高阻尼、高耐磨性等物理性能的优化组合是其主要特性，用于电子、仪器、汽车等工业。强调具有电、热、磁等功能特性。（3）智能复合材料：强调具有感觉、反应、自监测、自修复等特性。根据复合材料基体可划分为铝基、镁基、钢基、钛基、高温合金基、金属间化合物基及耐热金属基复合材料等。按按增强体分类划分为颗粒增强金属基复合材料、层状增强金属基复合材料和纤维增强金属基复合材料。
2.金属基复合材料的性能特点
与传统的金属材料相比，金属基复合材料具有较高的比强度与比刚度，而与高分子基复合材料相比，它又具有优良的导电性而耐热性，与陶瓷材料相比，它又具有较高的韧性和较高的抗冲击性能。金属基复合材料性能特点有:高比强度、高模量、高韧性、高导热导电性、膨胀系数小、耐磨性好、高温强度高、表面稳定性好等。金属基复合材料具有强大的综合性能，在外层空间结构以及一些工业领域中有广泛应用前景，因而继树脂基复合材料之后，掀起了对其研究开发的热潮。目前，金属基复合材料（MMCs）作为材料的一个新兴领域已在航空航天系统，汽车系统及建筑等各个系统中得到广泛应用。
粉末冶金法制备铝基复合材料的研究
粉末冶金法制备铝基复合材料的研究
粉末冶金法是一种制备金属基复合材料的有效方法，具有制备的复合材料成分均匀、性能优异、成本低廉等优点。铝基复合材料作为一种高性能的金属基复合材料，在航空、汽车、机械等领域得到了广泛应用。本文将围绕粉末冶金法制备铝基复合材料展开，探讨其制备工艺、性能评价、应用领域及未来发展趋势。
粉末冶金法制备铝基复合材料的工艺流程主要包括以下几个步骤：
原材料准备：选用纯度较高的铝粉、增强相（如SiC、Al2O3等）及适量的粘结剂。
混合与压制：将原材料按照一定的比例混合，加入适量的润滑剂，然后压制成型。
烧结：将压制成型后的生坯在高温下进行烧结，使得铝粉与增强相充分融合。
热处理：对烧结后的材料进行热处理，以进一步优化材料的性能。
通过以上步骤，制备出具有特定形状和性能的铝基复合材料。与传统的铸造方法相比，粉末冶金法具有更高的成分均匀性、更细的晶粒结构和更好的力学性能。
铝基复合材料因其具有优异的力学性能、耐腐蚀性和抗高温性能，在航空、汽车、机械等领域得到了广泛应用。
在航空领域，铝基复合材料主要用于制造飞机发动机零部件、机身结构件等。其轻质高强的特点使得飞机能够减轻重量，提高飞行效率。
在汽车领域，铝基复合材料主要用于制造汽车零部件，如发动机缸体、活塞、齿轮等。其高强度和抗疲劳性能能够提高汽车的安全性和使用寿命。
在机械领域，铝基复合材料可用于制造各种高强度、轻质的机械零件，如传动轴、支架、齿轮等。其优良的耐腐蚀性和高温稳定性使得铝基复合材料成为理想的机械零件材料。
铝基复合材料的性能取决于其组成和制备工艺。在力学方面，粉末冶金法制备的铝基复合材料具有高强度、高硬度、低塑性等特点，其力学性能优于传统铸造铝材。耐腐蚀性方面，由于增强相的加入，铝基复合材料的耐腐蚀性能得到显著提高。抗高温性能方面，通过选用合适的增强相和热处理工艺，可以使得铝基复合材料在高温下保持优良的性能。 随着科技的不断发展，粉末冶金法制备铝基复合材料在未来将面临新的挑战和机遇。一方面，随着环保意识的提高和对轻量化的需求，铝基复合材料的市场需求将不断增长。另一方面，随着新材料的不断涌现，铝基复合材料需要不断进行创新和改进，以适应新的应用领域和环境要求。随着制备技术的进步，粉末冶金法制备铝基复合材料的成本将进一步降低，使得其在更多领域得到广泛应用。
金属基复合材料的分类及制造技术研究进展
第４１卷第７期 ２０１１年７月 蹙珲俄 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅ］ｄｉｎＥ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｖ０１．４１ Ｎｏ．７ Ｊｕ１．２Ｏ１ ｌ 金属基复替材料曲 分类及 制造接米研究 进展
陈素玲，孙学杰 （四川工程职业技术学院材料工程系，四川德阳６１８０００）
Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ＣＨＥＮ Ｓｕ－ｌｉｎｇ，ＳＵＮ Ｘｕｅ－ｊｉｅ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｉｃｈｕａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｄｅｙａｎｇ ６１８０００，Ｃｈｉｎａ） ￣：Ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｏｎ ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔａｓｋｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍｏｄｅｒｎ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｎｅｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｗｅａｋｎｅｓｓｅｓ ｏｆ ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｆｏｒｍｉｎｇ ａｎｄ ｌｏｗ－ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｓｐｅｃ￣ｃ ｍｏｄｕｌｕｓ，ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｈｅａｔ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ Ｏｉｌ ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ， ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ ｄｅｆｅｃｔｓ ｗｅｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｍｍｅｎｔｅｄ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｓｃｏｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ Ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｅｔａｌ ｍａｒｘ ｃ０ｍｐｏｓｉｔｅｓ；ｃｌａｓｓｉ６ｃａｔｉ０ｎ；ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ 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，现有高强度、高模量、耐高温、低密度 的单一材料已远远不能满足使用要求。为此，国内 外大量学者采用复合技术将不同性能的材料复合 起来，取长补短，得到单一材料无法比拟的、综合性 能优越的新型复合材料［１－－３１。复合材料是以一种材料 为基体，另一种材料为增强体，通过复合工艺形成 的材料。它克服了单一材料的某些弱点，产生协同效 应，使之综合性能优于原组成材料，从而满足各种 不同的要求 。与普通单增强相复合材料相比，其冲 收稿日期：２０１１－０２—２２ 作者简介：陈素玲（１９８１－－），女，河南洛阳人，硕士，主要从事 焊接工艺制订等工作。 ・９０・ 击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特 殊的热膨胀性能。复合材料的种类繁多，按其基体材 料不同可分为金属基、树脂基和陶瓷基复合材料。 目前，金属基复合材料是我国应用较为广泛、发 展迅速的复合材料。它采用金属或合金为基体，以纤 维、晶须、颗粒等为增强体，通过合理的设计和良好 的复合工艺，使基体和增强体之间取长补短，发挥了 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（强度和密 度之比）、比模量（模量和密度之比），更好的耐热性 以及更低的热膨胀系数。迄今为止，由于金属基复合 材料的制备工艺不完善、成本高等因素，导致难以大 规模生产［９－ Ｏｌ。基于此，本研究结合国内外相关的研 究状况，总结分析了金属基复合材料的分类、
金属基复合材料的制备方法及发展现状
金属基复合材料的制备方法及发展现状
赵鹏鹏;谭建波
【摘 要】金属基复合材料具有较高的比强度和比刚度,广泛用于军事、航天等领域,其研究和发展受到了各行各业,尤其是重工业产业的密切关注.介绍了金属基复合材料的研究历史和发展现状,根据基体类型和增强相形态对其进行了分类.常见的金属基复合材料制备方法包括粉末冶金法、铸造凝固成型法(搅拌铸造法和挤压铸造法)、喷射成型法和原位复合法,重点介绍了粉末冶金法和铸造凝固成型法.指出了现阶段金属基复合材料发展需解决成本偏高、工艺复杂、分布不均匀、高温下易发生界面反应及偏聚等问题.%Due to their high specific strength and high specific
stiffness,metal matrix composites are widely used in
military,spaceflight,etc.,and the research and development of which has
been widely concentrated,especially in heavy industry.The research history
and development status of metal matrix composites are introduced,and
the classification of metal matrix composites is given according to the
types of the matrix and the morphology of the reinforcing phase.The
common methods for the preparation of metal matrix composites include
powder metallurgy,casting solidification molding (stir casting and squeeze
热双金属复合材料的研究现状与展望
材料研究与应用 2024，18（2）：261‐269Materials Research and ApplicationEmail：clyjyyy@http：//
热双金属复合材料的研究现状与展望
黄念成1,2,冯波2*,冯晓伟2,李达2,陈天来3,李国烽3,黎小辉1*,郑开宏2
（1.佛山科学技术学院机电工程与自动化学院，广东 佛山528225； 2.广东省科学院新材料研究所/广东省金属强韧化技术与应用重点实验室，广东 广州 510650； 3.佛山通宝精密合金股份有限公司，广东 佛山 528131）
摘要： 热双金属复合材料是一种利用先进复合技术，使两种及以上具有不同热膨胀系数的金属复合形成冶金结合的层状复合材料。该材料可发挥不同金属的自身性能优势，实现复合材料的性能互补，同时因其形状可随环境温度改变而调控的特性，被广泛应用于电子电器领域。随着电子科学技术飞速发展，对热双金属产品品质的要求也日益提高，总结并展望该材料在该领域的研究现状与前景意义重大。围绕电子电器领域的热双金属复合材料，综述了其制备原理、特性、组元构成、主要性能指标和制造技术。热双金属复合材料的工作原理是通过复合技术将两种及以上的金属层交替叠加并紧密结合，由于不同金属各异的热膨胀系数，当通过环境传导或自我发热方式受到热力刺激时，整个材料发生弹性弯曲变形而发生形状变化。热双金属的组元构成是影响其性能的重要因素，选择合适的金属组元可以使其具备更优异的性能。常见的组元包括钢-铝、铜-铝等，高膨胀层一般为锰铜合金，低膨胀层一般为铁镍合金。通过合理设计不同金属的层厚比例和堆叠顺序，可以调控材料的热膨胀性能和机械强度，主要性能指标包括材料的热膨胀系数、电导率和机械强度等，其中热膨胀系数决定了材料在不同温度下的形状变化程度，电导率影响了材料在电子电器中的导电性能，而机械强度则直接关系到材料的使用寿命和稳定性。制造技术是影响热双金属复合材料品质的关键因素之一，常见的制造技术包括爆炸复合、轧制复合和粉末冶金等。不同的制造技术会影响材料的结合程度、微观结构及性能稳定性，因此在选择制造技术时需要考虑到具体的应用场景和要求。最后，对热双金属复合材料未来的主要发展方向进行了展望。关键词： 热双金属复合材料；电子电器；热膨胀系数；电导率；机械强度；先进复合技术；研究进展中图分类号：TM582.2 文献标志码： A 文章编号：1673-9981（2024）02-0261-09
金属基复合材料 2
金属基复合材料耐蚀性能研究现状
现代科学的发展和技术的进步，对材料性能提出了更高的要求，往往希望材料具有某些特殊性能的同时，又具备良好的综合性能。传统的单一材料已经很难满足这种需要。因此，人们将注意力转向复合材料，复合材料是指由两种或两种以上成分不同，性质不同，有时形状也不同的相容性材料以物理方式合理的进行复合而制成的一种材料。其以最大限度的发挥各种材料的特长，并赋予单一材料所不具备的优良性能，复合材料的性能还具有可设计性的重要特征[1]。
作为复合材料重要分支的金属基复合材料（MMCs），发展于20世纪50年代末期或60年代初期。金属基复合材料是由连续的金属或者合金基体和增强体构成，具有一系列与金属性能相似的优点。当今，作为金属基复合材料的基体有铝基、镁基、铜基、铁基、钛基、镍基、高温合金基、金属间化合物及难熔金属基等，目前，国内外学者研究的金属基复合材料基体主要集中在铝和镁两个合金系上。增强体的选择要求与复合材料基体结合时的润湿性较好，并且增强体的物理、化学相容性好，载荷承受能力强，尽量避免增强体与基体合金之间产生界面反应等。常用的增强体主要有C纤维、Ti纤维、B纤维、Al2O3短纤维、SiC晶须、BC颗粒、SiC颗粒、Si3N4颗粒、WC颗粒、Mo2C颗粒、ZrO2颗粒、ZrB2颗粒、A12O3颗粒、碳纳米管和石墨等。增强相的选择并不是随意的，选择一个合适的增强体需要从复合材料应用情况、制备方法以及增强体的成本等诸多方面综合考虑[2]。
与合金和聚合物相比，金属基复合材料性能特点有:高比强度、高模量、高韧性、高导热导电性、膨胀系数小、耐磨性好、高温强度高、表面稳定性好等[3]。金属基复合材料具有强大的综合性能，在外层空间结构以及一些工业领域中有广泛应用前景，因而继树脂基复合材料之后，掀起了对其研究开发的热潮[4]。目前，金属基复合材料（MMC）作为材料的一个新兴领域已在航空航天系统，汽车系统及建筑等各个系统中得。
复合材料发展现状分析
复合材料发展现状分析
复合材料指将多种材料通过特殊工艺和制造方法复合而成的新型材料。本文首先对复合材料进行概述，然后对树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料的发展现状进行分析，并对其发展趋势展开讨论。
标签：复合材料；发展现状；发展趋势；陶瓷基
引言：
《国家“十二五”科学和技术发展规划》为我国科技发展提出明确目标：到2020年，自主创新能力要得到显著提高，用科技促进经济社会发展和保障国家安全，取得能够对世界产生影响的科学技术成果。特别是在信息、生物、材料和航天等领域达到世界先进水平。复合材料作为新型材料中的重要部分，在我国的发展现状及发展趋势有待研究。
1 复合材料概述
复合材料是由两种及两种以上性质不同的物质复合而成的多相固体材料。材料主要分为金属材料、无机非金属材料和高分子材料。其中密度最大的是金属材料，化学性质稳定，脆性最大的是无机非金属材料，高分子材料易老化不耐高温。随着我国科技水平的快速提高，对材料提出了“高强度、高模量、耐高温、低密度”的要求，普通材料的性能已满足不了科技时代的要求，因此由多种材料复合而成的高性能复合材料被迅速推广。
复合材料按照基体材料种类被分为树脂基复合材料、金属基复合材料及陶瓷基复合材料；按照增强形态被分为纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料及层状增强复合材料；按照增强形态复合而成的复合材料具有高强度、高模量、耐高温及断裂安全系数高等特性。
2 复合材料发展现状分析
2.1树脂基复合材料发展
2.1.1发展现状
树脂基复合材料除了高强度、高模量的特点，还具有非常高的可设计性，问世至今已经成为一项重要的技术产业。树脂基复合材料主要应用于武器装备制造业，对武器装备的轻量化、微型化和提高武器性能起到重要作用。由于树脂基复合材料密度较低，也在航空航天工业领域被广泛应用，能够降低飞机近30%自重。据统计，树脂基复合材料制品共有40000多种，截止2017年，全世界树脂基复合材料产量近千万吨。全球树脂基复合材料的年总产值在逐年提升，预计在2019年达到11046百万美元，其中亚洲市场的容量最大，预计2019年达到7044百万
铝基复合材料研究进展
铝基复合材料研究进展
文章将从铝基复合材料强化机理等方面，介绍铝基复合材料的在目前阶段的研究进展，及铝基复合材料强化方面的研究与应用。希望通过文章的介绍，对相关工作提供参考。
标签：铝基复合材料；强化；基体
前言
随着现代科技水平的迅速发展，在航空航天、军用以及其它高科技领域传统材料已经很难满足其需要。复合材料以其综合性能优异的特点逐步开始代替传统单一材料。然而一些纤维增强树脂基在某些特定的空间环境下使用时容易产生老化。在此方面，铝基复合材料具有高比强度、比模量、低热膨胀系数，较高的高温力学性能以及抗疲劳、耐磨损等优良性能，特别是颗粒、短纤维、晶须等非连续增强的铝基复合材料，因其良好的可再加工性及尺寸稳定性备受关注，成为近年来研究最多的复合材料。
1 金属基复合材料强化机理
由于材料的强度是一个极度结构敏感性质，金属基复合材料的变形过程极具复杂性，其所具有的强化机制在现有的模型只能在一定程度上较好地诠释金属基复合材料时的强化规律，不能完全得出具体的强化数值。金属基复合材料的强化机理主要有以下方面：
1.1 增强体承载与载荷传递
金属基复合材料的主要强化机制是载荷从基体向增强体传递的一个过程，增强体是主要起的是一个承担者作用。目前相关的模型举例很多，最简单的是混合定律，该模型未考虑增强体形状、分布等其他因素对材料的影响，因此预测强度与实际相比相差较大。Nardone和Prewo的改进剪切套模型是根据载荷在基体与增强体界面上传递的机制建立的，从该模型计算出的所得的屈服强度值可确认比实验所得屈服强度值约高10%。
1.2 基体中的位错强化
金属的热膨胀系数一般要比增强相的热膨胀系数大很多，因此在金属基复合材料的制作生产和热处理过程中，在基体材料中会形成高密度的位错，导致强化。位错模型主要包括：Orowan模型；林位错硬化模型；弹性栓模型；冲孔模型，且 Orowan机制可以较好的预测材料的强度值，对材料强度的预判有着明显的帮助。