先进金属基复合材料制备科学基础
原位金属基复合材料的合成与制备
原位金属基复合材料的合成与制备摘要：金属基复合材料(MMCs), 由于融合了金属与陶瓷的特性，因此既具有优异的力学性能，又具有导电、导热、耐磨损、不吸湿、不放气、尺寸稳定、不老化等一系列金属特性，是一种优良的结构材料。
常规的MMCs的制造方法有DIMOX TM直接氧化法、PRIMEM TM法、DX TM法和共晶自生法。
关键词:合成，制备，DIMOX TM直接氧化法，PRIMEM TM法，DX TM法，共晶自生法1.前言原位复合材料制备技术的基本思想是依靠合金设计，通过合金内部反应生成增强体。
由于原位生成的增强体表面未受污染，且避免了与基体浸润不良的问题，因而与基体的结合良好。
较之陶瓷颗粒或晶须表面处理后再与基体结合的传统工艺，在相同的增强体百分含量情况下，可得到更高的强度和弹性模量，同时能得到较好的韧性。
根据热力学基本原理，好的合金设计应使生成增强体反应的吉布斯自由能变化为绝对值较大的负值，并使有害相的生成反应吉布斯自由能变化为绝对值较小的负值，且最好为正值。
这就要求首先从理论上解决在反应合金体设计方面有益增强体相能够形成、有害相不能形成的问题。
常规的金属基复合材料的制造方法有粉末冶金法、铸造法和共喷法。
①粉末冶金法是制造颗粒增强金属基复合材料的主要方法之一，粉末冶金法制备过程如图3所示。
其中压实过程包括冷压、除气、热等静压或真空热压等过程，经压实后的毛坯复合材料通常能达到98%的理论密度。
然后再采用二次加工方法优化力学性能。
该法制成的MMCs具有颗粒均匀、成型能力好、力学性能较高的点，但制备成本高。
②铸造法又可分为复合铸造法、压铸法、压力浸渍法和真空压力浸渍法等，其中真空压力浸渍法制造的MMCs力学性能较好，且制备过程也较科学合理。
③共喷法的实验装置示意图见图 4 。
共喷或喷射沉积法是使增强体粉末与液态金属短时间接触即凝固成固体复合材料的方法，这种工艺方法可避免基体和增强体的剧烈反应，且基体的选择范围也比较大。
先进金属基复合材料制备科学基础
先进金属基复合材料制备科学基础首先，复合材料的制备工艺对于获得优良性能的材料至关重要。
常用的制备工艺包括热压烧结、熔体浸渗、溶胶凝胶方法等。
热压烧结是一种常用的方法，通过在高温和高压下使金属基体和强化相结合。
熔体浸渗则是将强化相浸渍金属基体，并通过固相反应形成复合材料。
溶胶凝胶方法则是通过化学反应制备有机/无机前驱体，并通过热处理形成复合材料。
制备工艺的选择应根据需求，综合考虑成本、性能和生产工艺等因素。
其次，金属基体和强化相的选择对于制备优良的AMMCs至关重要。
金属基体常常选择高强度、高刚度和良好的导热性的金属，如铝合金、镁合金和钛合金。
强化相的选择要考虑到其高耐磨性、高耐腐蚀性和高温稳定性。
常用的强化相有陶瓷颗粒、碳纤维、硼纤维等。
金属基体和强化相的选择应根据复合材料的应用环境和要求，以及制备工艺的适应性来确定。
最后，复合界面的控制对于制备高性能的AMMCs也是至关重要的。
复合界面是金属基体和强化相之间的界面，其结构和性能直接影响到复合材料的力学性能和耐腐蚀性能。
为了得到良好的复合界面，可以通过表面处理、界面改性和界面设计等手段来实现。
表面处理包括机械研磨、酸洗、阳极氧化等，可以清除金属表面的氧化膜和污染物，增加界面的亲和力。
界面改性则通过在金属基体和强化相之间引入中间层或采用界面反应法来增强界面的结合力。
界面设计则通过优化复合材料的成分和结构来控制复合界面。
综上所述，先进金属基复合材料制备的科学基础包括制备工艺、金属基体和强化相的选择，以及复合界面的控制等方面。
通过优化这些方面的研究和探索，可以开发出具有优异性能的AMMCs，为航空航天、汽车、能源和电子等领域的应用提供新的材料解决方案。
金属基复合材料的制备及应用
金属基复合材料的制备及应用一、引言金属基复合材料，是指金属基体中添加其他高性能材料，形成的一种新型复合材料。
金属基复合材料具有高强度、高耐磨性、高温性能和导电性能好等优点。
本文将从制备及其应用两个方面分别进行阐述。
二、制备方法目前，金属基复合材料的制备方法主要分为机械法、粉末冶金法、热等静压法及热处理法等几种方法。
1.机械法机械法是把高性能材料加入到金属水泥（搪瓷）中，将其剪切和挤出，形成具有高强度和高导热性的复合材料。
这种方法操作简单，但是强度相对较低。
现在已经很少应用。
2.粉末冶金法粉末冶金法是将高性能材料的粉末与金属粉末混合，进而放入压制模具内进行压制，最后通过热处理得到金属基复合材料。
其精度高、性能稳定，但制备周期较长。
3.热等静压法热等静压法是将高性能陶瓷、纳米粒子及金属混合制粉末分布于金属粉末中，然后通过等静压加工形成复合材料。
其优点是即使是对一些易反应的材料也能热压成型，并且制品光整度好。
但采用这种方法制备的复合材料的强度与轻便型材相比还存在差距。
4.热处理法热处理法是指将高温稳定性好的有色金属及其合金经过热处理后，再经过冷加工以及添加高强度材料，如 SiC，WC 等制成复合材料。
这种方法制备出的复合材料强度较高，且成本较低。
三、应用领域金属基复合材料在工业生产中占有着重要的地位。
下面列举几个常见的应用领域：1.航空领域金属基复合材料在航空领域中应用最为广泛。
由于其高强度、高温性能以及耐腐蚀性，使得它不仅可以制造一个很轻的结构，还可以提高发动机的效率。
2.制造业金属基复合材料广泛应用于制造业生产中，例如汽车制造、机械制造等。
这是因为它可以提高产品的强度及抗性能，同时减少产品重量，节约原材料。
3.核能领域金属基复合材料在核反应堆内作为结构材料，成为了当前研究的重点方向之一。
它的高温性能以及良好的耐辐射性能为核能领域的发展提供了广阔的空间。
4.电子领域金属基复合材料电导率高，散热性能优良，因此广泛用于电子产品的外壳材料、散热片等方面的制造。
4金属基复合材料制备方法及应用
4金属基复合材料制备方法及应用金属基复合材料是由金属基体和其它非金属材料（如陶瓷、纤维增强材料等）组成的材料。
它继承了金属的高强度和导电性能，同时又具有非金属材料的轻质和耐高温性能，使其在航空航天、汽车、电子等领域有着广泛的应用。
本文将介绍金属基复合材料的制备方法及其应用。
金属基复合材料的制备方法主要有机械合金化、化学合成、渗透法和粉末冶金等。
1.机械合金化：将金属粉末与其它非金属粉末混合，通过高能球磨、振动球磨等机械运动使粉末发生冶金反应，从而形成金属基复合材料。
这种方法简单易行，适用于制备高强度、高导电性能的金属基复合材料。
2.化学合成：利用化学反应直接合成金属基复合材料。
这种方法适用于制备高温耐腐蚀性能要求较高的金属基复合材料。
3.渗透法：将金属与陶瓷、纤维增强材料等组合，通过渗透作用来制备金属基复合材料。
这种方法可以制备大型复合材料，适用于制备具有良好耐磨性能和强度的金属基复合材料。
4.粉末冶金：将金属粉末与其它非金属粉末按一定的比例混合，并通过压制和加热使其烧结成型。
这种方法适用于制备金属基复合材料的小型零件和复杂形状的材料。
金属基复合材料具有优异的性能，广泛应用于航空航天、汽车、电子、机械制造等领域。
1.航空航天领域：金属基复合材料在航空航天领域的应用非常广泛，例如制造飞机发动机中的涡轮叶片、飞机机身和结构件等。
金属基复合材料的高强度、轻质和高温耐腐蚀性能使其成为制造航空航天器件的理想材料。
2.汽车领域：金属基复合材料在汽车制造中的应用可以降低整车质量，提高燃油效率。
例如利用金属基复合材料制造汽车发动机的缸体和活塞，使其更轻、更坚固，提高发动机的性能。
3.电子领域：金属基复合材料具有良好的导电性能和散热性能，可以用于制造电子器件的散热片、导热材料等。
金属基复合材料还可以用于制造电子器件的连接器和封装材料，提高电子器件的可靠性和稳定性。
4.机械制造领域：金属基复合材料可以制造轻质、高硬度的零件和工具，例如航空发动机的叶轮和涡轮轴等。
金属基复合材料制原位反应制备
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2. 固相反应生成法 局部引燃粉末体，燃烧波通过粉体自蔓延合成； 局部引燃粉末体，燃烧波通过粉体自蔓延合成； 迅速加热粉末体，合成反应在整个粉末体内同时发生。 迅速加热粉末体，合成反应在整个粉末体内同时发生。 常先制得颗粒含量很高的中间复合材料，然后与金属混合重熔， 常先制得颗粒含量很高的中间复合材料，然后与金属混合重熔， 得到需要颗粒含量的复合材料。 得到需要颗粒含量的复合材料。
高比强度、高比模量、尺寸稳定、耐热性能。 高比强度、高比模量、尺寸稳定、耐热性能。 航空、航天、电子、汽车、先进武器等高性能结构件。 航空、航天、电子、汽车、先进武器等高性能结构件。
功能复合材料： 功能复合材料：
电、磁、热、声、阻尼、摩擦等性能。 阻尼、摩擦等性能。 电子、仪器、汽车、航空、航天、武器等领域。 电子、仪器、汽车、航空、航天、武器等领域。
采用此种方法制备的铜基复合材料还有Cu-ZrB2- ZrN、 Cu-TiB2 等。 采用此种方法制备的铜基复合材料还有 、
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3. 反应喷射沉积法 液态铜合金通过特殊的喷嘴雾化， 液态铜合金通过特殊的喷嘴雾化，在高温下与气氛中成分发生化学反 生成增强体，与合金共同沉积到衬底上，凝固得到铜基复合材料。 应，生成增强体，与合金共同沉积到衬底上，凝固得到铜基复合材料。 增强体细小、分布均匀、无宏观偏析，工艺简单，效率高， 增强体细小、分布均匀、无宏观偏析，工艺简单，效率高，可继续塑 性加工。可制备棒、板带、管材等。 性加工。可制备棒、板带、管材等。 可制备SiC、Al2O3、TiC、Cr2O3、石墨等增 、 可制备 、 强的铜基复合材料。 强的铜基复合材料。 如：用含O2 气的 2 气进行气氛保护，利用 2 用含 气的N 气进行气氛保护，利用N 气中的O2 使Al 择优氧化反应生成Al2O3 增强 气中的 择优氧化反应生成 颗粒, 在基底上沉积冷却后形成Cu-Al2O3 复合 颗粒 在基底上沉积冷却后形成 材料。 材料。
金属及金属基复合新材料制备技术
金属及金属基复合新材料制备技术1. 引言嘿，大家好！今天我们来聊聊一个既高大上又有点复杂的话题——金属和金属基复合新材料的制备技术。
听上去有点严肃，其实这背后可是藏着很多有趣的故事呢！你知道吗？在现代工业中，这些材料的应用几乎无处不在，从汽车到飞机，从建筑到电子产品，真是方方面面都离不开它们。
咱们就像在逛超市一样，把这些材料逐一捡出来，看看它们都有什么“特长”吧！2. 金属材料的魅力2.1 金属的特性首先，咱们得知道，金属是个什么东西。
你看，金属材料通常都很结实，像钢铁一样，强度高得让人咋舌。
而且，它们的导电性和导热性也是一流的，像铜和铝就能把电和热“跑”得飞快。
这可不是随便哪个材料都能做到的哦，简直就是材料界的“运动健将”！不过，金属也有它的短板，比如容易生锈、腐蚀，真是让人头疼。
不过，这正是复合材料登场的时机。
2.2 金属基复合材料说到复合材料，简直就像是给金属穿上了一层“保护衣”。
金属基复合材料就是把两种或者多种不同的材料结合在一起，形成一种新型的材料。
这样一来，就能兼顾各家之长，弱点也能被弥补。
举个简单的例子，像把金属和陶瓷结合，这样就能得到更高的强度和更好的耐磨性，简直是金属的“铁哥们”！想想看，这样的搭配，岂不是更酷？3. 制备技术的那些事儿3.1 制备方法说到制备技术，那可真是一门学问。
常见的方法有几种，像铸造、粉末冶金、热压成形等等。
这些技术就像是给材料“做饭”，根据不同的“食材”搭配，做出各种口味的“菜肴”。
比如，铸造就像是把金属融化后倒进模具里，冷却后形成所需的形状，简单直接，谁都能理解。
而粉末冶金则是把金属粉末压制成形，再烧结，这个过程稍微复杂点，但可塑性更强，适合做精细零件。
3.2 技术挑战不过，制作这些复合材料可不是说说而已，技术挑战可不少呢！比如，要保证不同材料之间的结合良好，就像交朋友一样，得磨合。
而且，在加工过程中，要控制好温度、压力等参数，这可是一门技术活！如果把握不好，那可就像做饭时火候掌握不好，糊了就不说，连味道都跑了。
金属基复合材料制备工艺PPT课件
出现原材料被气流带走和沉积在效应器壁上等现象而损 失较大； 材料中孔隙率较大以及容易出现的疏松； 液滴容易氧化。
❖ 这种复合材料性能很好，但工艺复杂难以实用化。 ❖ 目前这种材料的应用尚不广泛，过去主要少量应用或试用
于航空、航天及其它军用设备上，现在正努力向民用方向 转移，特别是在汽车工业上有很好的发展前景。
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可编辑课件
二.液态金属法
➢ 方法：金属基体处于熔融状态下与固体增强物复 合成材料的方法。工艺过程：液态金属浸渍 挤压铸造成型。
2. 混合：球磨机混合法； 3. 压粉（压密）：相当于成形工艺； 4. 脱气：为除去粉末、颗粒表面水分与吸附气体，防止烧结后材料内部气孔
（相当于干燥）； 5. 压粉坯的致密化：冷等静压、挤压法； 6. 烧结（固化）：常压、热压、真空热压、热等静压、热塑性变形烧结； 7. 塑性加工：赋予材料一定形状（热加工温度下变形）。
多层滤纸 铝制多孔底盖
湿型法制备预制块示意图
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举例：挤压铸造法---SiCp/Al复合材料
配置溶胶及颗粒清洗 添加适量溶胶并震荡搅拌
浇注及过滤 压制成型并保压 低温烘干后高温处理
预制块的制备工艺流程图
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烘干与烧结处理工艺
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SiC颗粒预制块
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SiCp/Al复合材料
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5.热轧法、热挤压法和热拉法
❖ 都是塑性成形热加工方法。 ❖ 热轧法主要用来将已经复合好的颗粒、晶须、短
纤维增强金属基复合材料锭坯进一步加工成板材。 ❖ 热挤压和热拉主要用于颗粒、晶须、短纤维增强
复合材料坯料的进一步加工，制成各种形状的管 材、型材、棒材等。 ❖ 经挤压、拉拔后复合材料的组织变得均匀、缺陷 较少、性能明显提高，短纤维和晶须还有一定的 择优取向，轴向抗拉强度提高显著。
金属基复合材料力学性能研究进展
4、疲劳与断裂行为研究：疲劳与断裂是金属基复合材料在实际应用中面临的 重要问题。研究者们通过研究复合材料的疲劳性能、断裂韧性、裂纹扩展行为 等，深入了解了其在实际应用中的可靠性和寿命预测，为提高金属基复合材料 的应用安全性提供了有力支持。
三、未来研究方向与展望
虽然金属基复合材料的力学性能研究已取得显著进展，但仍存在许多挑战和问 题需要解决。未来研究可以下几个方面：
二、实验方法
1、材料制备
高体积分数金属基复合材料SiCpAl的制备方法包括熔融搅拌法、粉末冶金法 和喷射沉积法等。本次演示采用熔融搅拌法，将铝基体和碳化硅颗粒按一定比 例混合，在高温炉中熔炼，并搅拌均匀，然后浇注成标准试样。
2、实验测试
对制备好的标准试样进行动态力学性能实验，包括拉伸、压缩和冲击等测试。 实验过程中采用有限元分析方法对试样的应力、应变和断裂行为等进行详细分 析。
摘要：本次演示对高体积分数金属基复合材料SiCpAl进行了动态力学性能研 究。实验测试和有限元分析结果表明，该材料具有优异的力学性能和耐磨性能， 在工业领域具有广泛的应用前景。同时，本次演示也提出了材料在应用过程中 可能存在的问题及解决方案。
一、引言
高体积分数金属基复合材料是一种以金属或合金为基体，以陶瓷颗粒或其他增 强体为增强体制成的复合材料。由于具有优异的耐磨、耐高温和抗疲劳等性能， 因此在工业领域具有广泛的应用前景。SiCpAl是一种常见的高体积分数金属 基复合材料，由铝基体和碳化硅颗粒增强体制成。本次演示旨在探讨该材料的 动态力学性能及其在工业领域的应用。
本次演示主要研究了高体积分数金属基复合材料SiCpAl的动态力学性能及其 在工业领域的应用。通过实验测试和有限元分析，探讨了材料的力学行为、断 裂机制以及耐磨性能等方面的表现。本次演示的研究成果对于优化材料的应用 和提高工业设备的运行效率具有重要意义。
先进金属基复合材料制备科学基础
一、关键科学问题及研究内容针对国家空天技术、电子通讯和交通运输领域等对先进金属基复合材料的共性重大需求和先进金属基复合材料的国内外开展趋势，本工程以克服制约国内先进金属复合材料制备科学的瓶颈问题为出发点，针对以下三个关键科学问题开展先进金属基复合材料制备科学根底研究：(1). 先进金属基复合材料复合界面形成及作用机制界面是是增强相和基体相连接的“纽带〞，也是力学及其他功能，如导热、导电、阻尼等特性传递的桥梁，其构造及其形成规律将直接影响复合材料的最终的组织结构和综合性能。
因此，界面结构、界面结合及界面微区的调控是调控金属复合材料性能的最为关键的一环。
揭示基体成分、添加元素、增强体特性复合工艺对复合过程中的界面的形成、加工变形、服役过程中的界面结构、特征的演变规律和效应，以及在多场下的组织演变规律和对复合材料的性能变化极为关键。
复合效应的物理根底正是源于金属基体与增强体的性质差异，而在金属基复合材料复合制备过程中，二者的差异无疑会直接或间接地影响最终的复合组织和界面结构。
因此，要想建立行之有效的金属基复合材料组分设计准那么和有效调控先进金属基复合材料的结构与性能，就必须从理论上认识先进金属基复合材料的复合界面形成及作用机制。
(2). 先进金属基复合材料复合制备、加工成型中组织形成机制及演化规律金属基复合材料的性能取决于其材料组分和复合结构，二者的形成不仅依赖于复合制备过程，还依赖于包括塑性变形、连接、热处理等后续加工和处理过程。
只有在掌握金属基复合材料的组织结构演变规律的根底上，才有可能通过优化工艺参数精确调控微观组织，进而调控复合材料的性能。
(3). 使役条件下复合材料界面、组织与性能耦合响应机制先进金属基复合材料中，由于增强体与金属基体的物理和力学性能之间存在巨大差异，造成在界面点阵分布不均匀，同时近界面基体中由于热错配，剩余应力等导致晶体学缺陷含量较高。
因此，在使役过程中，先进金属基复合材料的力学性能不仅取决于其材料组分，更加取决于增强体在基体中的空间分布模式、界面结合状态和组织与性能之间的耦合响应机制。
材料与科学基础
材料与科学基础1. 材料科学是研究材料的性质、结构、制备和性能之间关系的学科。
它涉及到不同类型的材料，包括金属、陶瓷、聚合物和复合材料等。
材料科学基础是指在理解和应用材料科学原理时所需的基本知识和概念。
2. 材料的性质包括物理性质、化学性质和力学性质等。
物理性质涉及到材料的热导性、电导性、磁性和光学性质等。
化学性质涉及到材料与其他物质之间的反应和变化。
力学性质涉及到材料的强度、刚度和韧性等。
3. 材料的结构是指材料的组织和排列方式。
不同类型的材料具有不同的结构，例如金属具有晶体结构，聚合物具有链状结构，陶瓷具有非晶体或晶体结构等。
材料的结构直接影响其性能和行为。
4. 材料的制备是指将原材料转化为最终的成品的过程。
制备方法包括合金化、熔融、溶液处理、沉积、固相反应等。
选择合适的制备方法可以控制材料的组成、结构和性能。
5. 材料的性能是指材料在特定条件下的表现。
性能可以通过物理测试和化学测试来评估，例如拉伸测试、硬度测试、热处理等。
了解材料的性能有助于选择合适的材料用于特定的应用。
6. 科学基础是指材料科学的理论基础和实验方法。
材料科学的理论基础包括物理学、化学、凝聚态物理学和力学等学科的知识。
实验方法包括材料制备、材料性能测试和材料结构分析等。
7. 在材料科学基础中，重要的概念包括晶体结构、晶格常数、晶体缺陷、相变、纳米材料等。
晶体结构是指晶体中原子的排列方式，晶格常数是指晶体中晶格的尺寸。
晶体缺陷是指晶体中的缺陷或错误，如点缺陷、线缺陷和面缺陷。
相变是指材料在温度、压力或成分变化时发生的结构或性质的突变。
纳米材料是指具有纳米尺度尺寸的材料。
8. 材料科学基础的应用包括材料选择、材料设计和材料改性等。
材料选择是指根据特定要求和条件选择最适合的材料。
材料设计是指通过调整材料的组成和结构来实现特定的性能。
材料改性是指通过添加其他物质或处理方式来改变材料的性能。
总结：材料与科学基础是研究材料性质、结构、制备和性能之间关系的学科。
金属基复合材料的制备技术
金属基复合材料的制备技术
金属基复合材料是指通过将金属基体（主要由金属构成）与其他非金属材料（如陶瓷、聚合物等）相结合而形成的新材料。
这种材料具有金属的优良机械性能和非金属材料的特殊性能，被广泛应用于航空航天、汽车工业等领域。
制备金属基复合材料的技术包括粉末冶金法、表面增强方法和熔融混合法等。
粉末冶金法是制备金属基复合材料的一种常用方法。
该方法通过将金属和非金属粉末混合均匀，并在高压下通过热压或烧结等工艺，使粉末颗粒相互结合，形成具有金属基体和非金属颗粒分布均匀的复合材料。
该方法适用于制备高温强度、磨损性能要求较高的金属基复合材料。
表面增强方法是制备金属基复合材料的另一种常见方法。
该方法通过在金属表面涂覆一层非金属材料，如陶瓷、聚合物等，从而增强金属的力学性能、抗磨损性能、耐腐蚀性能等。
该方法可以通过喷涂、电沉积、热处理等手段实现。
熔融混合法是制备金属基复合材料的一种较为简单有效的方法。
该方法通常采用熔融、熔体热处理以及凝固等过程，将金属和非金属材料进行混合，然后通过冷却凝固使其形成金属基复合材料。
该方法适用于制备具有特殊物理性质要求的金属基复合材料。
除了上述方法外，还有其他一些特殊的制备技术可应用于金属基复合材料的制备。
例如，骨架熔渗法通过在金属骨架上填充非金属材料，并通过液相渗透使非金属材料与金属骨架紧密结合；金属转变法是一种通过在金属基体中形成间晶相，改变金属的熔点和机械性能的方法。
总之，金属基复合材料的制备技术多种多样，适用于不同的复合材料和应用领域。
通过选择合适的制备方法，可以制备出具有优异性能的金属基复合材料，满足不同领域的需求。
金属基复合材料制备新技术
金属基复合材料制备新技术
金属基复合材料制备新技术是当前材料科学领域的研究热点之一。
它将金属基材料与其他非金属材料进行复合，以达到一定的性能优化。
制备金属基复合材料的常见方法包括机械混合、浸渍法、熔融法等。
而近年来兴起的新技术则包括电化学沉积、激光熔覆、等离子喷涂等。
其中，电化学沉积是一种在金属表面通过电化学反应沉积其他材料的方法。
这种方法可以制备出具有优异性能的复合材料，并且对于材料的微观结构和成分具有很好的控制能力。
激光熔覆则是利用激光束将复合材料加热到熔点并覆盖在金属基材料上的方法，该方法可以制备出具有良好结合性和致密性的复合材料。
等离子喷涂是利用等离子喷涂技术将粉末状复合材料喷涂到金属基材料表面的方法，该方法可以制备出具有高耐磨性和高温稳定性的复合材料。
金属基复合材料的制备新技术不仅可以提高材料的性能，还可以降低制备成本和改善生产效率。
未来，这一领域的研究将会继续深入，为各行各业提供更具竞争力的材料解决方案。
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金属基复合材料制原位反应制备PPT
02
制备方法与工艺
原料选择与预处理
原料选择
选用高纯度金属粉末和增强相颗 粒，确保原料质量。
预处理
对金属粉末进行干燥、筛分等处 理，去除杂质和氧化物。
制备工艺流程
配料与混合
按一定比例将金属粉末和增强 相颗粒混合均匀。
压制成形
将混合后的粉末放入模具中， 施加压力使其成形。
烧结
将压制后的坯体在高温下进行 烧结，使其致密化。
原位反应制备技术简介
原位反应制备技术的定义
原位反应制备技术是指通过化学反应在金属基体内直接生成增强 相的一种制备方法。
原位反应制备技术的原理
利用化学反应的热力学和动力学条件，在金属基体内引发化学反应， 生成具有特定结构和性能的增强相。
原位反应制备技术的优点
工艺简单、成本低廉、增强相与基体相容性好、可制备复杂形状和 大尺寸的复合材料等。
快速冷却可细化晶粒，提 高材料强度和硬度；而缓 慢冷却有助于减少内应力， 提高韧性。
提高材料性能途径探讨
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合金化
通过向基体金属中添加合金元 素，可改善其力学性能、耐蚀
性和耐磨性等。
热处理
热处理可消除内应力，改善组 织结构，提高复合材料的力学
性能和耐蚀性。
表面处理
对复合材料表面进行涂层、镀 层等处理，可提高耐磨性、耐
建筑领域
金属基复合材料可用于制造建筑领域的结构件和装饰材料，如桥梁、 建筑幕墙等。
06
实验设计与数据分析方法
实验设计思路及方案制定
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确定研究目标
明反应路径
确定原位反应的反应路径和反应条 件，如温度、压力、时间等。
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材料科学与基础
材料科学与基础材料科学是一门研究材料结构、性能、制备和应用的学科，它涉及到多个学科的知识，如化学、物理、工程等。
材料科学的发展对于现代工业和科技的进步起着至关重要的作用。
在材料科学领域，我们需要掌握一些基础知识，这些基础知识对于我们理解材料的特性、制备方法以及应用具有重要意义。
首先，我们需要了解材料的分类。
材料可以分为金属材料、非金属材料和复合材料。
金属材料具有良好的导电性和导热性，通常用于制造机械零件和电子器件；非金属材料包括陶瓷、塑料、橡胶等，它们通常具有较好的绝缘性能和耐腐蚀性能；复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成，具有综合性能优异的特点。
其次，我们需要了解材料的性能。
材料的性能包括力学性能、物理性能、化学性能等。
力学性能包括强度、硬度、韧性等，这些性能直接影响材料的使用寿命和安全性；物理性能包括导电性、导热性、磁性等，这些性能决定了材料在特定环境下的表现；化学性能包括耐腐蚀性、化学稳定性等，这些性能决定了材料在特定介质中的稳定性。
接着，我们需要了解材料的制备方法。
材料的制备方法包括物理方法和化学方法。
物理方法包括熔融法、溶液法、气相沉积等，这些方法主要是通过物理手段改变材料的形态和结构；化学方法包括溶胶-凝胶法、沉淀法、水热法等，这些方法主要是通过化学反应来合成材料。
最后，我们需要了解材料的应用。
材料的应用涉及到多个领域，如航空航天、汽车制造、电子器件、建筑材料等。
不同的应用领域对材料的性能有不同的要求，因此需要选择合适的材料来满足特定的需求。
总之，材料科学是一门综合性强的学科，它对于现代工业和科技的发展起着至关重要的作用。
掌握材料科学的基础知识对于我们深入理解材料的特性、制备方法以及应用具有重要意义。
希望通过本文的介绍，能够对材料科学有一个初步的了解，为进一步深入学习打下坚实的基础。
金属基复合材料的制备工艺原理PPT课件
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4、产品的后序处理
烧结后的处理，可以根据产品要求的不同，采取多种方 式。如精整、浸油、机加工、热处理及电镀。此外，近 年来一些新工艺如轧制、锻造也应用于粉末冶金材料烧 结后的加工，取得较理想的效果。 致密化：加热，加压（热挤压）
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2021年6月20日星期日
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产品指标
热轧区放大示意图
厚度: 0.3-12mm; 宽度:600-1560mm; 剪切长度: 500-4500mm; 机列速度: 90m/min. 39
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2003年6月挤压
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粉末冶金法
➢ 粉末冶金是用于制备与成型非连续增强型金属基复合材料的 一种传统的固态工艺法。生产陶瓷有相似的地方 ➢ 利用粉末冶金原理，将基体金属粉末和增强材料按设计要求 的比例在适当的条件下均匀混合，然后再压坯、烧结或挤压成 型，或直接用混合粉料进行热压、热轧制、热挤压成型，也可 将混合料压坯后加热到基体金属的固-液相温度区间内进行半固 态成型，获得复合材料或制件。 ➢ 粉末冶金可用于短纤维、颗粒或晶须增强的金属基复合材料。
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Bodycote IMT Inc. 公司的一台大型 QUINTUS®热等静压机 , 炉 体热区直径 1.68 米
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在热等静压机中生产从金属粉末直接成型的接近净形状零件
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在热等静压机中处理的钛合 金铸件 , 用于消除在铸造过 程中形成的内部微空和缺陷
金属基复合材料的制备方法
金属基复合材料的制备方法(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--金属基复合材料的制备技术摘要：现代科学技术的发展和工业生产对材料的要求日益提高，使普通的单一材料越来越难以满足实际需要。
复合材料是多种材料的统计优化，集优点于一身，具有高强度、高模量和轻比重等一系列特点。
尤其是金属基复合材料(MMCs)具有较高工作温度和层间剪切强度，且有导电、导热、耐磨损、不吸湿、不放气、尺寸稳定、不老化等一系列的金属特性，是一种优良的结构材料。
Abstract: The development of modern science and technology and industrial production of materials requirements increasing, the ordinary single material is more and more difficult to meet the actual needs. Composite material is a variety of statistical optimization, set merit in a body, has the advantages of high strength, high modulus and light specific gravity and a series of characteristics. Especially the metal matrix composite ( MMCs ) has the high working temperature and interlaminar shear strength, and a conductive, thermal conductivity, wear resistance, moisture, do not bleed, dimensional stability, aging and a series of metal properties, is a kind of structural material.关键词：复合材料(Composite material)、发展概况(Development situation)、金属基复合材料(Metal base composite material)、发展前景(Development prospect)正文：一：复合材料简介复合材料是由两种或两种以上不同物理、化学性质的物质以微观或宏观的形式复合而成的多相材料。
复合材料专业
复合材料专业
复合材料专业是指以两种或两种以上材料的共同协同作用，使得新材料具备新的特性和性能的一门学科。
复合材料广泛应用于航空航天、汽车、建筑、电子、医疗等领域，是现代工程领域中不可或缺的材料之一。
复合材料专业的主要课程包括有机基复合材料、无机基复合材料、金属基复合材料等。
这些课程涉及到复合材料的制备、性能测试、结构设计等方面的知识。
同时，也需要学习材料力学、材料热力学、材料化学等相关基础知识。
学习复合材料专业首先需要具备扎实的科学基础，尤其是数学和物理。
在学习过程中需要掌握复合材料的制备工艺，如层压、注塑、浸渍等。
此外，还需要学习各种复合材料的性能测试方法，如拉伸、弯曲、剪切等力学性能的测试方法，以及热学性能测试方法等。
学习复合材料专业还需要进行实验室实践，熟悉仪器设备的使用和维护，学会设计实验方案和进行实验数据的统计和分析。
此外，还需要参与科研项目，进行独立的研究和创新，并将研究成果发表在相关学术期刊上。
复合材料专业毕业后的就业前景广阔。
复合材料的广泛应用使得复合材料专业的毕业生在航空航天、汽车、建筑、电子、医疗等领域都有很好的就业机会。
他们可以从事材料研发、材料工程师、产品设计等方面的工作。
总之，复合材料专业是一门前景广阔的学科，对学生的科学素养和实践能力要求都较高。
学习复合材料专业需要掌握扎实的科学基础知识，掌握复合材料的制备、性能测试和结构设计等相关知识，具备独立研究和创新的能力。
复合材料专业的毕业生有着广阔的就业前景，可以从事材料研发、材料工程师等相关工作。
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项目名称：先进金属基复合材料制备科学基础首席科学家：张荻上海交通大学
起止年限：2012.1-2016.8
依托部门：上海市科委
一、关键科学问题及研究内容
针对国家空天技术、电子通讯和交通运输领域等对先进金属基复合材料的共性重大需求和先进金属基复合材料的国内外发展趋势，本项目以克服制约国内先进金属复合材料制备科学的瓶颈问题为出发点，针对下列三个关键科学问题开展先进金属基复合材料制备科学基础研究：
(1). 先进金属基复合材料复合界面形成及作用机制
界面是是增强相和基体相连接的“纽带”，也是力学及其他功能，如导热、导电、阻尼等特性传递的桥梁，其构造及其形成规律将直接影响复合材料的最终的组织结构和综合性能。
因此，界面结构、界面结合及界面微区的调控是调控金属复合材料性能的最为关键的一环。
揭示基体成分、添加元素、增强体特性复合工艺对复合过程中的界面的形成、加工变形、服役过程中的界面结构、特征的演变规律和效应，以及在多场下的组织演变规律和对复合材料的性能变化极为关键。
复合效应的物理基础正是源于金属基体与增强体的性质差异，而在金属基复合材料复合制备过程中，二者的差异无疑会直接或间接地影响最终的复合组织和界面结构。
因此，要想建立行之有效的金属基复合材料组分设计准则和有效调控先进金属基复合材料的结构与性能，就必须从理论上认识先进金属基复合材料的复合界面形成及作用机制。
(2). 先进金属基复合材料复合制备、加工成型中组织形成机制及演化规律
金属基复合材料的性能取决于其材料组分和复合结构，二者的形成不仅依赖于复合制备过程，还依赖于包括塑性变形、连接、热处理等后续加工和处理过程。
只有在掌握金属基复合材料的组织结构演变规律的基础上，才有可能通过优化工艺参数精确调控微观组织，进而调控复合材料的性能。
(3). 使役条件下复合材料界面、组织与性能耦合响应机制
先进金属基复合材料中，由于增强体与金属基体的物理和力学性能之间存在巨大差异，造成在界面点阵分布不均匀，同时近界面基体中由于热错配，残余应力等导致晶体学缺陷含量较高。
因此，在使役过程中，先进金属基复合材料的力学性能不仅取决于其材料组分，更加取决于增强体在基体中的空间分布模式、界面结合状态和组织与性能之间的耦合响应机制。
只有揭示使役条件下复合材料界面、组织与性能耦合响应机制，才能真正体现先进金属基复合材料中增强体与基体的优势互补，充分利用其巨大潜力，也才可能优化复合和界面结构设计。
围绕以上三个关键科学问题，开展以下几方面的研究内容，为先进金属基复合的制备科学提供理论基础。
研究内容一、先进金属基复合材料设计基础理论
（1）在增强体空间分布特征与增强体/基体界面特性描述与预测基础上，揭示多元多尺度增强体空间分布对宏观力学性能与物理性能影响规律，
建立金属基复合材料复合构型设计准则；
（2）根据晶体学参量、机械及物理性能匹配原则选择基体相和增强相，并通过计算机辅助设计、密度泛函分析等手段建立金属基复合材料体系
设计准则；
（3）基于材料热力学和动力学理论，从揭示基体与增强体之间的润湿性机理、界面结合能模拟计算、界面化学反应规律入手，建立金属基复合
材料界面设计准则；
研究内容二、先进金属基复合材料制备与加工的基础理论
（1）研究复合材料制备过程中增强体特征调控及其在基体中的分散动力学规律，实现增强体特征与分散可控；
（2）研究复合界面和复合组织的形成机制与演化规律，实现复合界面与复合组织的有效调控；
（3）变形加工过程中增强体尺寸、分布与取向演变规律研究，揭示增强体与基体的相互作用与协调机理；
（4）变形加工过程中基体宏观流变组织如变形带、织构等和近界面微区应力应变场、原有及新生缺陷等演化规律及其对材料性能的影响；
（5）针对典型金属基复合材料，形成高性能化、高可靠性和短流程、低成本可控制备加工技术原型及相应的理论体系。
研究内容三、先进金属基复合材料的界面、组织与性能耦合响应及拟实基础理论
（1）完善先进金属基复合材料组织和性能演变的表征途径，特别着重于开发各种微区原位（in situ）表征新手段，揭示界面及近界面微区不均
匀性、结构参数和热历史对性能影响规律；
（2）先进金属基复合材料在服役条件下的变形行为与破坏机制研究，建立多元多尺度金属基复合材料的力学本构关系模型；
（3）先进金属基复合材料界面、近界面微区结构与宏观力学性能的拟实计算，揭示复合结构与宏观力学行为的耦合规律。
研究内容四、先进金属基复合材料的工程化技术应用基础与典型应用
（1）提出性能和应用为导向的先进金属基复合材料坯锭制备、构件成型加工处理、质量控制、试验验证等工程化技术调控优化理论基础；（2）开展典型金属基复合材料合成与加工技术原型研究，建立基于组织和性能全流程调控平台，优化金属基复合材料的综合性能并在空天、电子通讯及交通运输等国家重大领域得到实用和验证。
具体应用实例包括：
(a). 航天及国防领域所需阻尼减振、耐磨、耐冷焊、抗辐射关键轻质
高刚度材料和构件，如嫦娥二号探月卫星及月球车、神舟八号飞
船、天宫一号空间实验室、萤火一号火星探测器、国防专用卫星
的高精密观测仪器支撑构件，电源供给系统支撑构件，太阳能电
池展开支架，直升机旋翼系统关键承力运动结构件等。
(b).电子通讯及大功率半导体照明产业亟需的高效热控材料，如高模
量、高导热、与半导体热膨胀匹配的SiC/Al、纳米碳管/Al和金刚
石/Al的高效热控材料；
(c).在交通领域与节能减排、提高发动机效率相关的结构功能一体化
零部件，如SiC/Al用于汽车和高铁的刹车部件、驱动轴、连杆、
活塞等。
二、预期目标
2.1总体目标
以铝基、钛基先进金属基复合材料为主要研究对象，针对先进金属基复合材料的制备加工技术水平亟需提高、满足国家空天技术、电子通讯和交通运输领域对先进金属基复合材料的共性重大需求为背景，解决先进金属基复合材料在制备和加工过程中的关键科学问题，建立先进金属基复合材料组分、结构和工艺设计的理论基础和制备、加工、应用基础技术体系，提出以性能为导向的制备加工与组织优化全流程控制模型，实现先进金属基复合材料从技术到科学的跨越。
以此为基础，形成具有自主知识产权的先进金属基复合材料合成和加工技术原型，建立先进金属基复合材料基础研究、技术创新与支撑保障平台，在空天技术、电子通讯热控及交通运输等国家重大领域得到实用和验证，打破国际封锁和禁运，有力支撑国家重大需求。
基于先进金属基复合材料制备科学基础研究成果，指导先进金属复合材料的设计、制备及加工工艺优化，在此基础上制备出满足国家不同领域重大应用需求的典型的先进金属基复合材料。
以上研究成果将发表高质量的学术论文160～220篇，出版特色鲜明的学术专著1~2部,申报和获得国家发明专利20～40项；形成几个相互支撑的先进金属基复合材料研究基地，培养造就一支团结合作、富有朝气和创新精神的金属基复合材料研究队伍，其中青年学术带头人10名以上。
2.2 五年预期目标
科学层面：
（1）针对先进金属基复合材料典型复合制备技术中增强体分散、界面结合等制约复合效应发挥的关键科学问题，揭示制备过程中增强体特征调控机制与分散动力学规律、复合界面和复合组织形成机制与演化规律，对典型先进金属基复合材料，形成高性能化、高可靠性和短流程、低成本可控制备原理。
（2）从微观到原子尺度阐明不同组元间界面的结合模式、位向关系、界面反应产物的形态、微区成分、以及界面结合部分组元的电子结合状态等，揭示不同金属、增强体之间的结合规律，以此为基础，弄清一些重要的复合材料体系中普遍存在的共格-半共格界面原子堆垛模式，为理论模型的构筑提供实验基础。