复合材料综述

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1、金属基陶瓷复合材料制备技术研究进展与应用*付鹏，郝旭暖，高亚红，谷玉丹，陈焕铭（宁夏大学物理电气信息工程学院，银川750021）摘要综述了国内外在金属基陶瓷复合材料制备技术方面的最新研究进展与应用现状，展望了国内金属基陶瓷复合材料的未来发展。关键词金属基陶瓷复合材料制备技术应用DevelopmentandFutureApplicationsofMetalMatrixCompositesFabricationTechniqueFUPeng,HAOXunuan,GAOYahong,GUYudan,CHENHuan

2、ming(SchoolofPhysics&ElectricalInformationEngineering,NingxiaUniversity,Yinchuan750021)AbstractRecentdevelopmentandfutureapplicationsofmetalmatrixcompositesfabricationtechniquearereviewedandsomeprospectsofthedevelopmentinmetalmatrixcompositesathomeareputfor

3、ward.Keywordsmetal-basedceramiccomposites,fabricationtechnique,applications前言：现代高技术的发展对材料的性能日益提高，单料已很难满足对性能的综合要求，材料的复合化是材料发展的必然趋势之一。陶瓷的高强度、高硬度、高弹性模量以及热化学性稳定等优异性能是其主要特点，但陶瓷所固有的脆性限制着其应用范围及使用可靠性[1—3]。因此，改善陶瓷的室温韧性与断裂韧性，提高其在实际应用中的可靠性一直是现代陶瓷研究的热点。与陶瓷基复合材料相比，通常金属基

4、复合材料兼有陶瓷的高强度、耐高温、抗氧化特性，又具有金属的塑性和抗冲击性能，应用范围更广，诸如摩擦磨损类材料、航空航天结构件、耐高温结构件、汽车构件、抗弹防护材料等。1金属基陶瓷复合材料的制备金属基陶瓷复合材料是20世纪60年代末发展起来的，目前金属基陶瓷复合材料按增强体的形式可分为非连续体增强（如颗粒增强、短纤维与晶须增强）、连续纤维增强(如石墨纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维等)[4—6]。实际制备过程中除了要考虑基体金属与增强体陶瓷之间的物性参数匹配之外，液态金属与陶瓷间的浸润性能则往往限制了金属基陶瓷复合

5、材料的品种。目前，金属基陶瓷复合材料的制备方法主要有以下几种。1.1粉末冶金法粉末冶金法制备金属基陶瓷复合材料即把陶瓷增强体粉末与金属粉末充分混合均匀后进行冷压烧结、热压烧结或者热等静压，对于一些易于氧化的金属，烧结时通入惰性保护气体进行气氛烧结。颗粒增强、短纤维及晶须增强的金属基陶瓷复合材料通常采用此种方法，其主要优点是可以通过控制粉末颗粒的尺寸来实现相应的力学性能，而且，粉末冶金法制造机械零件是一种终成型工艺，可以大量减少机加工量，节约原材料，但粉末冶金法的生产成本并不比熔炼法低[7]。1.2熔体搅拌法熔

6、体搅拌法是将制备好的陶瓷增强体颗粒或晶须逐步混合入机械或电磁搅拌的液态或半固态金属熔体中冷却形成坯锭的过程，制备过程对设备的要求较低，生产制备工艺相对简单。由于伴随搅拌过程，材料中容易形成气孔和夹杂而影响产品的质量，同时基体和增强体之间的密度差往往造成增强体分布不均匀的现象。熔体搅拌法制备的工件通常需要进一步的热处理和二次机加工来达到使用性能的要求[8]。1.3金属陶瓷共沉积法在喷射沉积制备金属材料的基础上发展的金属陶瓷共沉积法是将液态金属通过氩气等惰性气体雾化成金属液滴，金属液滴在喷射途中与增强体陶瓷颗粒碰

7、撞会合，共同沉积于水冷衬底上复合形成金属基陶瓷复合材料。由于金属液滴尺寸小，凝固冷却速率快，无宏观偏析等快速凝固材料的优越特性，抑制了界面的高温反应，材料微观组织均匀性高，但金属陶瓷共沉积法工艺优化条件复杂，容易出现不够密实的组织疏松等冶金缺陷[9,10]。1.4叠层复合法叠层式金属基复合材料是先将不同金属板用扩散方法结合，然后用离子溅射或分子束外延将金属层/陶瓷层叠合成复合材料。这种复合材料性能好，已经少量应用于航空航天及军用设备上，如航天飞机中部的货舱桁架、卫星上的天线结构件、波导管、运输机货舱地板等，但

8、叠层复合法工艺复杂，材料有明显的各向异性[11—13]。1.5浸渗法浸渗法分为压力浸渗和无压浸渗，首先需要把增强体做成多孔预制件，然后在压力或无压条件下将液态金属渗入多孔预制件。对于液态金属与陶瓷浸润性能差的复合体系采用压力浸渗法将液态金属压入多孔预制件，对于浸润性能好、预制件孔径小的复合体系可利用熔体的毛细力无压浸渗。无论是压力浸渗还是无压浸渗，多孔预制件的互连通性对复合材料的密实度及力学性能等有