金属基复合材料.doc

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1、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-•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耍特征。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

2、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（MetalmatrixComposite,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、银、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

3、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、汽车等丁业。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。1.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

4、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，它乂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。2.金属基复合材料的发展金属基复合材料的实际研究开

5、始于20世纪20年代关于铝和氧化铝的粉末烧结研究，对于弥散强化机理的研究，是利用小颗粒第二相阻碍位错运动，通过存在于金属基体中的微细氧化物或者沉淀相颗粒而获得强化的。在20世纪30年代，又出现了沉淀强化理论，并在以后的几十年中得到了很快地发展。到了20世纪60年代，研究集中在用纤维强化的连续纤维增强金属基复合材料，从这时候开始，金属基复合材料发展成为复合材料的一个新的分支。于20世纪80年代初,日本丰田汽车首次将陶瓷纤维增强铝基复合材料试用于制造发动机活塞以来，发展了非连续强化的金属基复合材料，该种金属基复合材料的基体和增强体的承载比

6、例都介于弥散强化与纤维强化这两种极端情况之间，从此金属基复合材料的研究和开发获得了飞速的发展。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MMCs）市场，年平均增长率为16%,远远高于高性能合金的年增长率。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己占市场份额的80%。随在金属基复合材料应用领域的扩大，最近几年市场对金属基复合材料的需求量越来越大。从这些数据可以看出，金属基复合材料在各个行业的地位越來越重要，显示出了巨大的应用潜力。1.金属基复合材料的制备工艺金属基

7、复合材料的制造方法大致分为三种：1.固态法固态法是在基体金属处于固态情况下与增强材料混合组成新的复合材料的方法。其中包括粉末冶金法、热压法、热等静压法、扎制法、挤压和拉拔法、爆炸焊接法等。1.液态法液态法是基体金属处于熔融状态时与增强材料混合组成新的复合材料的方法。其中包括真空压力浸渍法、挤压铸造法、搅拌铸造法、液态金属浸渍法、共喷沉积法、原位反应生成法等。2.表面复合法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、化学镀法、电镀法及复合镀法等。1.金属基复合材料的研究状况在航天航空工业及民用工业的推动下，金属基复合材料的制

8、备和成形制造工艺有了很大的进展。其研究热点主要围绕在轻金属和重金属合金基体材料方面。5.1金属基复合材料在汽车领域的研究金属基复合材料用于汽车工业主要是颗粒增强和短纤维增强的铝基、镁基、钛合金等有色合金基复合材料。由于铝