矿物材料作为金属基复合材料填料的研究进展

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1、科研训练报告非金属材料作为金属基复合材料填料的研究进展非金属材料作为金属基复合材料填料的研究进展李杰（中国矿业大学材料科学与工程学院江苏徐州）摘要：介绍了金属基复合材料研究及应用的现状，介绍了哪些非金属被用作金属基复合材料的填料，填充的是哪些金属，填充工艺有哪些关键词：非金属填料金属基复合材料填充工艺金属基复合材料具有高比强度、高比模量、耐磨、耐热、导电、导热、不吸潮、抗辐射、低热膨胀系数等优良性能，并作为先进复合材料将逐步取代部分传统的金属材料而应用于航天航空、汽车工业、电子工业等领域，以满足特殊场合对材料的比强度、比刚度、比模量、高温性能、低热膨胀系数等性能的要求。金属基复合材料（Met

2、alMatrixComposite），简称MMC，是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工合成的复合材料。它与聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料以及碳/碳复合材料一起构成现代复合材料体系。其品种繁多，按增强体类型可分为连续纤维增强和非连续增强两大类，后一类又分为颗粒增强、晶须增强、短纤维增强等。按基体可分为铝基、镁基、铜基、钛基复合材料等，其中铝基复合材料的研究和应用最为广泛。现代科学技术对现代新型材料的强韧性，导电、导热性，耐高温性，耐磨性等性能都提出了越来越高的要求。为了保证构件具有一定的强度与刚度，同时减轻重量，就要求材料具有更高的比强度与比模量。纤维增强聚合物基复合材

3、料具有比强度、比模量高等优良性能，但由于聚合物本身的性质所决定，他们不能在300℃以上的温度下工作，且耐磨性差，不导电、不导热，在使用期间逐渐老化、变质，尺寸不够稳定。而金属基复合材料则不存在这些缺点，作为结构材料不但具有一系列与其基体金属或合金相似的特点，而且在比强度、比模量及耐高温性能方面甚至超过其基体金属及合金。1．研究及应用现状现代金属基复合材料是从20世纪60年代初发展起来的。60年代初分别以美苏为首的两大阵营在宇宙空间开展的竞争推动了航空航天技术的发展，促进了定向凝固复合材料、难熔金属丝增强高温合金材料的研究与开发。由于硼纤维的研制成功，并应用于环氧树脂基复合材料，因此出现了硼纤

4、维增强铝基复合材料，并得到成功的应用。在70年代中期，由于价格低于硼纤维的碳纤维的开发和迅速发展，使金属基复合材料的研究工作主要集中于碳纤维增强铝基复合材料，虽然碳或石墨纤维与铝的润湿性不好，但由于在碳或石墨纤维表面涂覆与浸渍涂层的液钠法和Ti-B工艺的研究成功，解决了纤维与铝液的浸润问题，从而使纤维增强铝基复合材料的研制及应用取得了较大进展。自70年代末开始，对金属基和增强材料的研究不断深化，先后出现了碳化硅单根粗纤维（CVDSiC纤维）、束丝细纤维（NicalonSiC纤维）、晶须、颗粒和氧化铝长纤维（FPAl2O3纤维）、短纤维（Saffil纤维）增强铝、增强钛等多种金属基复合材料，并

5、且开始向不同金属基体与不同类型的形态的增强材料与增强形式的多样化发展，也促进了金属基复材料向多品种发展，逐渐形成了金属基复合材料体系。中国矿业大学材料科学与工程学院材料05-4班李杰学号140555546科研训练报告非金属材料作为金属基复合材料填料的研究进展由于金属基复合材料制备成本高，除航空航天等高技术领域之外不易得到广泛应用，因此人们自80年代初开始重视对其制备工艺技术的研究。各种液态法制备颗粒和晶须增强金属基复合材料工艺相继问世，促进了颗粒、晶须增强金属基复合材料的发展，使复合材料的成本不断下降，从而使金属基复合材料从面向航空航天工业与军工逐渐也转向民用，如在汽车工业的应用，进而又促进

6、了金属基复合材料的发展。近年来，由于材料成本的降低，制备工艺的逐步完善，金属基复合材料尤其是颗粒增强铝基复合材料呈现出非常乐观的商业前景。毫无疑问，复合材料已经成为当代材料领域中一个重要发展方向，地位越来越重要。到20世纪90年代初，先进复合材料的世界总产量已经达到300万吨，在许多领域特别是航空航天领域显示了极其重要的地位。西方国家把先进复合材料列为战略材料列入为数有限的国家重点研究和发展项目，列入不准许输出的新材料。2.复合体系和性质金属基复合材料使用金属或者非金属为增强组分，最主要的基体材料是铝、钛、镁及其合金。当前最常见到的复合体系包括用硼、碳化硅、石墨和氧化铝等连续纤维增强的铝基和

7、钛基材料，及用不连续的碳化硅晶须曾强的铝基材料2大类。对于颗粒增强金属基复合材料目前应用最广泛的增强材料有：碳化物，如SiC、TiC、B4C；氮化物，如Si3N4、AlN；氧化物，如Al2O3、SiO2；以及C、Si等。对目前国内外的大多数金属基复合材料制造公司和研究机构来说，以SiC颗粒增强的金属基复合材料占绝大多数。国外硼纤维增强铝复合材料的研究工作始于60年代初，是历史最长、最成熟的一种金属基复合材料。