金属基复合材料蠕变性能的研究现状和展望
难熔金属基复合材料的高温蠕变行为研究
难熔金属基复合材料的高温蠕变行为研究高温蠕变行为研究——难熔金属基复合材料引言难熔金属基复合材料具有高强度、高硬度、优异的热稳定性和耐磨性等特点，因此在航空航天、能源领域等高温环境下的应用越来越广泛。
然而，在高温条件下，难熔金属基复合材料的蠕变行为却是一个重要的挑战。
本文旨在探索难熔金属基复合材料在高温下的蠕变行为，并分析其机制与影响因素，为材料设计与工程实践提供参考。
一、高温蠕变行为的基本概念蠕变是指材料在高温下的长期变形过程，可以分为三个阶段：原始蠕变、稳定流动蠕变和加速流动蠕变。
原始蠕变通常在短时间内发生，并且变形速度较快；稳定流动蠕变是蠕变过程的主要阶段，变形速度逐渐减慢；加速流动蠕变是蠕变的最后阶段，在此阶段变形速度加快。
高温蠕变行为的研究对于评估材料的长期使用稳定性和可靠性至关重要。
二、难熔金属基复合材料的高温蠕变行为1. 结构特点难熔金属基复合材料常由金属基体和强化相组成。
金属基体通常具有高熔点、高抗拉强度和较高的导热性能；强化相则用于增强复合材料的硬度和强度。
这种复合结构使得难熔金属基复合材料在高温下具有较好的力学性能和耐磨性能。
2. 蠕变机制难熔金属基复合材料的高温蠕变行为主要由两种机制共同作用：晶体滑移和晶体再结晶。
在高温下，晶体滑移是材料的主要变形机制，当变形温度升高时，晶体滑移的速度也会加快。
晶界滑移还是另一个重要的蠕变机制，它与晶界的位错滑移相结合以实现材料的变形。
3. 影响因素（1）温度：温度是影响蠕变行为的最重要因素之一。
高温下，材料内部原子扩散速率加快，晶体之间的相互滑移增加，导致材料的蠕变速率加快。
（2）应力：应力是蠕变行为的驱动力。
随着应力的增加，材料的蠕变速率也会增加。
但当应力达到一定程度后，蠕变速率将保持稳定或下降。
（3）时间：时间是蠕变行为的另一个重要因素。
随着时间的延长，材料的蠕变速率会逐渐减慢，并趋向稳定。
这是因为材料内部的位错密度逐渐增加，导致晶体之间的滑移难度增大。
金属基复合材料 发展现状
金属基复合材料发展现状金属基复合材料是由金属基体和其中添加的一种或多种非金属材料组成的复合材料。
金属基复合材料具有金属的导热性、导电性以及优良的机械性能，同时又具有非金属材料的轻量化、耐腐蚀性、高温性等优点。
目前，金属基复合材料在航空航天、汽车制造、电子电器等领域得到了广泛的应用。
在航空航天领域，金属基复合材料可以用于制造航空器的结构部件，如飞机机身、翼面板等。
由于金属基复合材料具有高强度、高刚度和低密度的特点，可以有效地减轻飞机的重量，提高飞机的耐久性和燃油效率。
同时，金属基复合材料还具有优良的抗冲击性能和低温性能，能够提供更安全可靠的航行环境。
在汽车制造领域，金属基复合材料可以用于制造汽车的车身和零部件。
由于金属基复合材料具有良好的耐腐蚀性和高温性能，可以在恶劣的环境下保持车身的整体稳定性和外观质量。
同时，金属基复合材料还具有较低的热膨胀系数和良好的热导性能，能够提高发动机的热效率和汽车的运行效率。
在电子电器领域，金属基复合材料可以用于制造电子器件的导热基板和散热器。
由于金属基复合材料具有高导热性和良好的热导性能，能够有效地将电子器件产生的热量迅速地传导到散热器上，保证电子器件的正常工作和长寿命。
同时，金属基复合材料还具有良好的电磁屏蔽性能和机械强度，能够保护电子器件免受外界干扰和振动影响。
尽管金属基复合材料在各个领域得到了广泛的应用，但是其研究和应用还面临一些挑战。
首先，金属基复合材料的制备工艺复杂，需要考虑到金属基体与非金属材料之间的相容性和界面相互作用。
其次，金属基复合材料的成本较高，限制了其在大规模工业生产中的应用。
最后，金属基复合材料的性能和寿命还存在一定的局限性，需要进一步的研究和改进。
总的来说，金属基复合材料作为一种新型的结构材料，具有广阔的发展前景。
随着科学技术的不断进步和人们对材料性能要求的提高，金属基复合材料将会得到更多的研究和应用，并在未来的发展中发挥更重要的作用。
金属基复合材料简介及研究现状
金属基复合材料简介及研究现状董超30907012041 金属0902 材料科学与工程学院摘要:本文介绍了金属基复合材料的研究状况与发展展望。
介绍了它的定义、分类、性能特征并归纳了它的制备工艺。
对金属基复合材料的现存问题进行了一定的分析与总结。
最后对金属基复合材料的发展前景做出展望。
关键词：金属基复合材料、制造工艺、研究现状、存在问题、发展前景一、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。
各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。
复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。
按其结构特点又分为：①纤维复合材料。
②夹层复合材料。
③细粒复合材料。
将④混杂复合材料。
60年代，为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能纤维（如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，其比强度大于4×106厘米（cm），比模量大于4×108cm。
这种复合材料称为先进复合材料。
按基体材料不同，先进复合材料分为树脂基、金属基和陶瓷基复合材料。
其使用温度分别达250～350℃、350～1200℃和1200℃以上。
先进复合材料除作为结构材料外，还可用作功能材料，如梯度复合材料、机敏复合材料、仿生复合材料、隐身复合材料等。
二、金属基复合材料简介在此主要对金属基复合材料进行介绍与研讨。
(1)定义：金属基复合材料是以金属或合金为基体，以高性能的第二相为增强体的复合材料。
它是一类以金属或合金为基体, 以金属或非金属线、丝、纤维、晶须或颗粒状组分为增强相的非均质混合物, 其共同点是具有连续的金属基体。
(2)分类：按增强体类型分为：1.颗粒增强复合材料；2.层状复合材料；3.纤维增强复合材料按基体类型分为：1.铝基复合材料；2.镍基复合材料；3.钛基复合材料；4.镁基复合材料按用途分为：1.结构复合材料；2.功能复合材料（3）性能特征：金属基复合材料的性能取决于所选用金属或合金基体和增强物的特性、含量、分布等。
【精品】金属基复合材料的研究现状与进展
课程论文题目：金属基复合材料的研究现状与进展学生姓名学号指导教师余历军院系化工学院专业化工过程机械年级2012级摘要新材料的研究、发展与应用一直是当代高新技术的重要内容之一。
其中复合材料，特别是金属基复合材料在新材料技术领域中占有重要的地位。
金属基复合材料对促进世界各国军用和民用领域的高科技现代化，起到了至关重要的作用，因此倍受人们重视。
本文概述了金属基复合材料的发展历史及研究现状,对金属基复合材料的分类、性能、应用、制备方法、等进行了综述，提出了金属基复合材料研究中存在的问题，探讨了金属基复合材料的发展。
关键词：金属基复合材料；发展现状；应用;前景ABSTRACTTheresearch，developmentandapplicationofnewmaterialshasbeenoneoftheimportantconten tofcontemporaryhigh-tech.Andthecompositematerials,especiallymetalmatr ixcompositesinthefieldofnewmaterialstechnologyoccupieanimportantposit ion。
Metalmatrixcompositeshasplayedavitalroletopromotethecountriesallovert heworldinthefieldofmilitaryandcivilianhigh-techmodernization，soitishighlyappreciated.Inthisarticle,thedevelopmenthistoryandresearchstatusofmetalmatrixcom posites，theclassificationandpropertiesofmetalmatrixcomposites，application,preparationmethodsaresummarized。
金属基复合材料的发展现状及展望.
金属基复合材料的发展现状及展望摘要：介绍了金属基复合材料的研究及应用现状。
就算了金属基复合出来的分类性能特点，并总结了其主要应用。
对于大批量生产的复合材料来讲，轧制方法复合具有比其它方法有更多的适用性和经济性，最后对金属基复合材料(MMC)的发展作出展望。
关键词：金属基复合材料；发展现状；应用；前景前言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]。
近年来，金属基复合材料的研究、开发、应用方面己经取得了非凡的发展。
但是国内外关于MMCs的研究都是集中在有色金属基体复合材料的研究，其主要的应用对象为航空航天工业和特殊场合，这类复合材料虽然具有密度低、刚性好等特殊性能，但是一方面它的生产成本高，另一方面它不适用于高温、高速、高载、高磨损的恶劣工作情况，而这样的工作条件下使用的陶瓷基或金属间化合物基复合材料造价昂贵、成本过高，而对以钢铁为基体，以矿山、电力、建材、农机等一般工业为应用目标的复合材料研究比较少。
目前，我国在有色金属基复合材料方面的研究己经接近国际水平，但是在工业生产及应用上存在着巨大的差距，而在黑色金属基复合材料方面的研究和应用都尚处在初步探索阶段，有必要加大对黑色金属基复合材料方面的研究，使金属基复合材料的应用扩大到工业及民用领域，以实现金属基复合材料科学技术的全面发展。
金属基复合材料的分类按基体的类型，金属基复合材料可分为：铝基、镍基、钛基、镁基、铁基等；按增强体的类型，金属基复合材料可分为两大类：长纤维和非长纤维增强的金属基复合材料。
金属基复合材料的现状与发展趋势
金属基复合材料的现状与发展趋势金属基复合材料是指将金属作为基体材料，与其他非金属材料（如陶瓷、复合材料纤维等）进行复合制备的材料。
目前，金属基复合材料在诸多领域中得到了广泛的应用，包括航空航天、汽车、电子、建筑等。
金属基复合材料的现状主要体现在以下几个方面：1. 材料种类丰富：金属基复合材料的种类非常多样，包括金属基陶瓷复合材料、金属基纤维复合材料、金属基聚合物复合材料等。
不同种类的金属基复合材料具有不同的特性和应用领域。
2. 性能优良：金属基复合材料具有金属和非金属材料的优势，综合性能较好。
例如，金属基纤维复合材料具有较高的强度和刚度，金属基陶瓷复合材料具有较高的耐磨性和耐高温性能。
3. 制备技术成熟：金属基复合材料的制备技术已经较为成熟，包括热压、热等静压、粉末冶金、特殊金属/陶瓷涂覆等多种制备方法。
这些方法能够制备出具有均匀组织结构和良好性能的金属基复合材料。
未来，金属基复合材料的发展趋势主要包括以下几点：1. 变革材料设计：研究人员将继续探索金属基复合材料的设计、制备和性能调控方法，以实现更好的性能和应用。
例如，通过优化复合材料的界面结构和增加金属间化合物相的形成，进一步提高复合材料的力学性能和耐磨性能。
2. 发展新型金属基复合材料：随着科学技术的不断进步，新型金属基复合材料将不断涌现。
例如，碳纳米管增强金属基复合材料、石墨烯增强金属基复合材料等具有很高研究和应用价值。
3. 应用拓展：金属基复合材料在航空航天、汽车、电子等领域的应用将进一步拓展。
例如，开发具有轻质、高强度和高温耐受性能的复合材料，可用于制造飞机、汽车零件、电子器件等。
金属基复合材料具有广阔的应用前景，并且随着技术的发展和研究的深入，其性能和应用将得到进一步提高和扩展。
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。
金属基复合材料简介及研究现状
3D打印技术
02
利用3D打印技术，实现金属基复合材料的定制化、高效制造
。
多尺度复合技术
03
发展多尺度复合技术，实现金属基复合材料的多层次结构设计
。
05
结论与展望
研究成果总结
金属基复合材料的制备技术得到改进，包括粉末冶金法、喷射沉积法、机械合金 化法等复合材料的应用领域不断扩大，涉及到能源、环保、医疗、航空航天等领 域，且在各个领域中都有显著的应用成果。
02
金属基复合材料的性能与 特点
力学性能
01
02
03
强度与硬度
金属基复合材料具有较高 的强度和硬度，能够承受 较大的应力和压力。
韧性
金属基复合材料的韧性比 金属单质更强，能够吸收 更多的能量，抵抗冲击和 振动。
疲劳性能
金属基复合材料的疲劳性 能较好，能够在反复应力 作用下保持稳定的性能。
物理性能
由于金属基复合材料具有高强度、高刚性和 轻质等优点，因此在航空航天领域得到广泛 应用，如飞机结构件、卫星部件等。
金属基复合材料在汽车工业中也有广泛应用 ，如汽车发动机部件、变速器齿轮等。
能源领域
生物医学领域
金属基复合材料在能源领域也有广泛应用， 如太阳能电池板支架、核反应堆结构件等。
金属基复合材料在生物医学领域也有广泛应 用，如人工关节、牙科种植体等。
扩散法
将增强体和金属基体在高温下进行扩散处理，使两者相互 渗透、结合，形成复合材料。该方法适用于制备连续或非 连续增强金属基复合材料。
喷射沉积法
将增强体和金属熔体通过喷射、雾化等方法制备成复合材 料。该方法适用于制备连续或非连续增强金属基复合材料 。
金属基复合材料的应用领域
金属基复合材料的现状与发展趋势
摘 要 ：在过 去的二十多年 里 ，金属基 复合材料凭借其结 构轻量化 和优异的耐 磨 、热 学和 电学性 能 ，逐渐 在 陆上运输 （ 车 汽
和火 车） 、热 管理 、民航 、工 业和体育休 闲产业 等诸 多领 域实 现 商业 化的应 用 ，确立 了作 为 新材 料 和新 技术 的地 位。但 是 ， 金属基 复合 材料的未来发 展仍 然面临不 确定性 ，既有 可能持续扩 大应用领域 和市 场规模 ，也有 可能在 其它 材料 和技 术 的竞争
领 域 和市 场规 模 ，也 有 可 能在其 它 材 料和 技 术 的竞 争 下
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｔｅｐ ｓ ｔ ｏ ｄ ｃｄ ｓ ｓ ｒ ｃ ： ｎ ｈ ａｔ ｗ ｅ ａ ｅ ，ｍｅ ｔ ｘ ｃ ｍ ｏ ｉ ｓ（ ｔ ｍａ ｉ ｏ ｐ ｓ ｅ ＭＭＣ ）ｈ ｖ ｅ ｎ ｅ ｔ ｌ ｈ ｄ ａ ｅ ｔ ａ ｎ ｌ ａ ｒ ｔ ｓ ａ ｅｂ ｅ ｓ ｂｉ ｅ ｓａ ｎ ｗ ｍａｅ ｌ ａ ｄ ａ ｓ ｉ ｒ ｓ
事 国防 向 民用 领 域 渗 透 ，如 今 已在 陆 上 运 输 （ 车 和 火 汽
征 与控制 问题 、可 调控 增 强体 空 间分 布 的复 合 技 术 与二 次加 工技 术 等 。这 一切 帮 助确 立 了金 属基 复 合 材 料作 为 新 材 料 和新 技 术 的地位 。但是 ，金属 基 复合 材 料 的 未来 发 展仍 然 面 临很 大 的不 确定 性 ，既 有 可 能持 续 扩大 应 用
ａ ｄ ｒ ｓ ｒ ｈ． ｎ ｅ ｅａｃ
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｍｅａ ｔｘ ｃ ｍｐ ｓｔｓ ｒｐ ｒｅ ；ａ ｐｉａｉｎ ｔｌｍａｒ ｏ ｏｉ ；ｐｏ ｅ ｉｓ ｐ ｌ ｔ ｉ ｅ ｔ ｃ ｏ
１ 前 言
在过 去 的二 十几 年 中 ，金属 基 复合 材 料 逐 渐地 从 军
金属基纳米复合材料的研究现状与发展前景
金属基纳米复合材料的研究现状与发展前景摘要：本文综述了金属基纳米复合材料的制备方法和金属基纳米复合材料的特性，分析了金属基纳米复合材料的微观结构，介绍了国内外相关研究现状及应用的最新进展。
文中指出了金属基纳米复合材料现阶段研究中存在的几个重要问题，展望了金属基纳米复合材料的未来发展趋势。
关键词：纳米材料；金属基纳米复合材料；机械合金化；微观结构；塑性流动；断裂行为；碳纳米管1.发展历史1.1概述纳米材料是由纳米量级（1-100nm）的纳米粒子组成的固体材料。
纳米微粒有4个基本效应：小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。
因此，纳米材料表现出一些特殊性能，如高热膨胀系数、高比热容、低熔点、奇特的磁性、极强的吸波性能等。
纳米微粒尺寸很小，纳米粒子的表面原子数与其总原子数之比随粒径尺寸的减小而急剧增大，所以纳米材料有高密度缺陷、高的过剩能、大的比表面积和界面过剩体积。
纳米材料也因此具有许多特殊的性能，如高的弹性模量、较强的韧性、高强度、超强的耐磨性、自润滑性和超塑性等。
[]3-1。
由于纳米材料的特异性能，纳米材料有着广泛的应用金属基纳米复合材料用颗粒、晶须、纤维增强金属基体，具有原组分不具有的特殊性能或功能，为设计和制备高性能的功能材料提供了新的机遇[]4。
所以，金属基纳米复合材料已成为纳米材料工程的重要分支，世界上各发达国家已经把纳米复合材料的研究放在重要地位。
1.2分类纳米复合材料按基体材料类型可以分为金属基纳米复合材料、陶瓷基纳米复合材料、聚合物基纳米复合材料。
金属基复合材料兼具金属与非金属的综合性能，在韧性、耐磨性、热膨胀、导电性等多种机械物理性能方面比同性材料优异得多。
金属基纳米复合材料是由纳米级的金属或非金属粒子均匀地弥散在金属及合金基体中而成，较之传统的金属基复合材料，其比强度、比模量、耐磨性、导电、导热性能等均有大幅度的提高。
因此，金属基纳米复合材料在航空航天、汽车，电子等高科技领域有极大的应用前景。
金属基复合材料的发展现状及展望（亚楠）
金属基复合材料的发展现状及展望（亚楠）金属基复合材料的发展现状及展望张亚楠重庆科技学院冶金与材料工程学院摘要：介绍了金属基复合材料的研究及应用现状。
介绍了金属基复合材料的分类、性能特点，并总结了其主要应用。
对于大批量生产的复合材料来讲，轧制方法复合具有比其它方法有更多的适用性和经济性。
关键词：金属基复合材料；发展趋势；应用ABSTRACT: This paper reviews the status of research and application of metal matrix composites. The paper presents the classification, characteristics. And the development and application of metal matrix composites are summarized.Key words: metal matrix composites; development tendency; application前言随着科学技术的进步，对材料性能的要求不断提高，因此复合材料的发展与应用受到国内外的关注，而“金属基复合材料”又是现代复合材料的一个重要分支。
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。
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。
这些优良的性能决定了它从诞生之日起就成了新材料家庭中的重要一员。
它已经在一些领域里得到应用并且其应用领域正在逐步扩大。
金属基复合材料的特性金属基复合材料（MMC即metal matrix composites）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。
金属基复合材料研究现状与发展
金属基复合材料起步于 60年代初期。当时 由于受到增强纤维品种少的限制，仅发展了硼 纤维增强铝、钛等少量品种。多沿用树脂基复 合材料的成型方法，如铺层工艺和缠绕工艺。 生产的复合材料，价格高昂（如硼 -铅复合材料 的价格约为热轧钢的 1860倍），仅限于用在航 空航天上。
80年代中期，长纤维增强、短纤维增强、
在纤维增强金属基复合材料中适当的界面结合 强度是材料具有最高性能的保证，此时界面既 能有效地传递载荷，又能有效地阻止裂纹的扩 展，充分发挥纤维的作用。
过强的界面结合可能使材料发生早期的低 应力破坏，反应产物呈脆性，在应力作用下往 往首先断裂，成为裂纹源，引起复合材料的整 体破坏。
有些反应产物本身不稳定，容易分解造成 界面分离。如 Al4C3，与水接触时发生水解生成 甲烷，严重时使复合材料解体。因此必须尽量 控制界面脆性相的生成。
2. 金属基体与增强材料之间浸润性差。 增强材料与基体之间应具有很好的润湿性 （即接触角小于90°），基体才能均匀覆 盖于增强材料表面和渗入到增强材料的间 隙之间，因此，这是得到性能良好的复合 材料的前提。
绝大多数有前景的金属基复合材料体 系中，如碳-铝、碳-镁、碳化硅-铝、氧化 铝-镁等，基体与增强材料之间的浸润性都 很差，必须采取技术措施加以改善。
1. 增强材料以设计的体积分数和排列均匀地分布于 基体中；
2. 尽量不使增强材料和金属基体原有性能下降， 特别是不能对高性能增强材料造成损伤，应使增强材料 和金属的优良性能得以叠加和互补；
3. 尽量避免增强材料和金属基体之间发生不利的化 学反应，应得到合适的界面结构和性能，充分发挥增强 材料的增强效果；
金属基复合材料的研 究现状与发展
材料学院 耿浩然
基本概念
金属基复合材料蠕变性能的研究现状和展望
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ Ｄｅ ｅｏ ｓ ａ ｃ ｎ ｖ ｌｐｍ ｅ ｔｏ ｅ ｐ ｏ ｅ ａ ａ ｒｘ Ｃｏ ｐ ｓｔｓ ｎ ｆＣｒ ｅ ｆＭ ｔ ｌＭ ｔ ｉ ｍ ｏ ｉｅ ＴＩ ＡＮ ｕ ，ＬＩＷ ｅ ｆｎ Ｊｎ ｎ ａ ｇ ，ＨＡＮ ｉａ ，Ｐ Ｌ ｆ。 ＥＮＧ ｉｕ Ｊｈ ａ
ｔ ｒ ｒ ｅ ｆｍ ｅａ ｔ ｉ ｏ ｏ ｉ ｓ ｉ ｉ ａａ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｕ ｅｃ ｅ ｐ ｏ ｔ ｌ ｍａ ｒｘ ｃ ｍｐ ｓ ｎ Ｃｈ ｎ ｒ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ｅ Ｋｅ ｌ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ｍ ｅ ａ ｔ ｉ ｏ ｏ ｉ ｓ ｉ ｌ ｃ ｔ ｎ，ｔ ｒ ｓ ｏ ｄ ｓ ｒ ｓ ，ｃ ｅ ｐ ｔｌ ｍａ ｒｘ ｃ ｍｐ ｓ ｅ ，ｄ ｓｏ ａ ｉ ｔ ｏ ｈ ｅ ｈ ｌ ｔｅ ｓ ｒ ｅ
金 属基 复合 材料 蠕 变性 能的研 究现 状和 展 望／ 田 君 等
・１９ １ ・
金 属 基 复合 材 料 蠕 变性 能 的研 究现 状 和 展 望
田 君 ， 文 芳 韩 立发 彭 继 华 李 ， ，
（ １华南理工大学材料科学与工程学 院 ， 广州 ５０ ４ ； 莞理工学院机械工程学 院 ， １６ ０ ２东 东莞 ５３ ０ ） ２ ８ ８ 摘要 综述 了国内外金属基复合材料 的抗 高温蠕 变性 能的研 究进 展 。重 点分析 了蠕 变理论研 究中的 ３种理
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｎ ｈ ｇ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｃ ｅ ｐ ｏ ｔ ｌ ｔ ｉ ｏ ｏ ｉｅ ｔｈ ｍｅ ａ ｄ ａ ｒ ａ ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｏ ｉ ｈ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｒ ｅ ｆｍｅ ａ ｍａ ｒｘ ｃ ｍｐ ｓｔ ｓａ ｏ ｎ ｂ ｏ ｄ ａ ｅ
金属基复合材料的现状与发展趋势
万方数据２中国材料进展第２９卷望帮助人们冲破传统观念的束缚——通过控制凝固和固态相变在非晶基体中原位（ｉｎ－ｓｉｔｕ）形成的晶相可以发挥增韧／增塑的作用，从而为本征脆性的非晶合金开辟了实用化途径。
总之，采用复合的思想发展金属材料具有巨大潜力，值得我们给以足够的重视，而合金与复合材料的争议本身却无关紧要。
本文涉及的仍然是比较狭义的金属基复合材料，其增强体要么是从外部引入到金属基体当中（Ｅｘ—ｓｉｔｕ），要么是在金属基体内部由一至多种始终独立存在的反应物原位生成（Ｉｎ—ｓｉｔｕ）。
通常，金属基复合材料都是以包括颗粒、晶须、纤维等形态的陶瓷相作为增强体，但是作为特例，也有一些金属基复合材料是以金属相作为增强体，例如Ｃｕ—Ｍｏ和ｃｕ—ｗ材料。
２．２金属基复合材料全球市场概况根据美国商业资讯公司（ＢＣＣ）最新的商业调查结果，２００８年全世界的ＭＭＣｓ（金属基复合材料）市场总量达到４４００ｔＨｏ。
这样的市场蛋糕虽然还小，却是由上百家各具特色的ＭＭＣｓ公司分享的，它们或者拥有独家技术（如ＤＷＡ公司的粉末冶金），或者以某种材料（如Ａｌｃａｎ公司的铝基ＭＭＣｓ）见长，或者专注于特定产品类型（如ＣＰＳ公司的热封装基板）。
据预测，２０１３年以前全球ＭＭＣｓ市场将保持５．９％的年增长率旧Ｊ。
根据应用领域不同，ＭＭＣｓ市场可细分为陆上运输、电子／热控、航空航天、工业、消费产品等５个部分，如图１所示¨１。
其中，陆上运输（包括汽车和轨道车辆）和高附加值散热组件仍然是ＭＭＣｓ的主导市场，用量占比分别超过６０％和３０％。
图１金属基复合材料全球市场及展望（２００４—２０１３年）Ｆｉｇ．１ＧｌｏｂａｌｏｕｄｏｏｋｏｆＭＭＣｂｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ／ｓｅｇｍｅｎｔ，２００４—２０１３２．２．１ＭＭＣｓ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。
金属基复合材料的研究进展与应用前景
金属基复合材料的研究进展与应用前景金属基复合材料是一种具有金属基体和强化相的材料，能够综合发挥金属的优良性能和强化相的增强效果。
近年来，金属基复合材料得到了广泛的研究和应用，其研究进展和应用前景也备受关注。
本文将综述金属基复合材料的研究进展和应用前景。
一、金属基复合材料的研究进展1. 强化相的选择和设计强化相是金属基复合材料中起到增强作用的材料，通常是颗粒、纤维或片状结构。
近年来，随着纳米材料的研究和发展，纳米颗粒和纳米纤维作为强化相的应用逐渐成为研究的热点。
纳米颗粒和纳米纤维具有较大的比表面积和较好的强度，可以显著提高金属基复合材料的力学性能和热学性能。
2. 制备技术的改进金属基复合材料的制备技术对于材料性能具有决定性影响，近年来研究者们在制备技术方面进行了大量的改进。
传统的制备技术包括粉末冶金、熔融法和电化学沉积法等，这些方法能够制备金属基复合材料，但是制备工艺复杂、成本高。
近年来，研究者们开始探索新的制备技术，如激光熔融沉积、电子束熔凝等，这些新的制备技术具有制备精度高和能耗低的优点。
3. 性能测试与评价金属基复合材料的性能测试和评价是研究中的重要环节，目前主要包括力学性能测试、热学性能测试和耐腐蚀性能测试等方面。
力学性能测试包括拉伸性能、硬度、韧性等方面的测试，热学性能测试包括热膨胀系数、导热系数等方面的测试，耐腐蚀性能测试包括盐雾试验、腐蚀电位测试等方面的测试。
通过对金属基复合材料的性能测试和评价，能够了解材料的力学性能和热学性能，为进一步研究和应用提供依据。
二、金属基复合材料的应用前景1. 航空航天领域金属基复合材料具有高强度、高温稳定性和低密度等优点，能够满足航空航天领域对材料高性能的需求。
金属基复合材料在飞机、火箭、导弹等航空航天装备的结构材料中有广泛的应用前景。
例如，金属基复合材料可以用于飞机结构的轻量化设计，提高飞机的燃油效率和载重能力，同时保证结构的强度和刚度。
2. 汽车制造领域汽车制造领域也是金属基复合材料的应用领域之一。
难熔金属基复合材料的高温抗蠕变性能研究
难熔金属基复合材料的高温抗蠕变性能研究摘要：难熔金属基复合材料是一类重要的结构材料，在高温环境下具有广泛的应用前景。
然而，难熔金属基复合材料在高温条件下容易发生蠕变变形，严重影响材料的性能和寿命。
因此，研究难熔金属基复合材料的高温抗蠕变性能对于其应用具有重要意义。
本文综述了难熔金属基复合材料的高温抗蠕变性能研究的现状和进展，包括材料的选择与设计、蠕变行为的研究方法、强化机制的研究等方面，旨在为该领域的研究提供参考。
关键词：难熔金属基复合材料、高温、蠕变、抗蠕变性能、强化机制引言难熔金属基复合材料是由难熔金属作为基体材料，通过添加适量的强化相实现材料性能的提升。
这类复合材料具有良好的力学性能、高温稳定性和耐腐蚀性等优点，广泛应用于航空、汽车、航天等领域。
然而，在高温条件下，难熔金属基复合材料容易发生蠕变变形，这导致材料的性能衰减和失效，严重影响其在高温环境中的应用。
材料的选择与设计难熔金属基复合材料的抗蠕变性能受到基体材料和强化相的选择与设计的影响。
选择合适的基体材料能够提供足够的力学强度和高温稳定性。
常用的基体材料包括镍基合金、钛合金和钼合金等。
同时，通过添加适量的强化相，可以进一步提高材料的抗蠕变性能。
常用的强化相包括碳纤维、陶瓷颗粒和金属间化合物等。
根据不同的应用需求，可以选择不同的基体材料和强化相进行组合设计，以获得理想的高温抗蠕变性能。
蠕变行为的研究方法研究难熔金属基复合材料的高温抗蠕变性能需要探究其蠕变行为。
蠕变行为是材料在高温下受力、温度和时间的共同作用下所表现出来的变形和损伤过程。
常用的研究方法包括材料的蠕变实验、显微组织观察和微观模拟等。
蠕变实验可以通过施加恒定的应力或应变在高温环境中测试材料的蠕变性能。
显微组织观察可以通过电子显微镜、X射线衍射等手段观察材料在蠕变过程中的显微组织和相变。
微观模拟可以通过有限元分析、分子动力学模拟等方法模拟材料的蠕变行为。
这些研究方法可以相互结合，揭示难熔金属基复合材料高温抗蠕变性能的本质。
复合钢的热蠕变性能研究与应用展望
复合钢的热蠕变性能研究与应用展望复合钢是一种由两种或更多种金属元素组成的合金材料，具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，被广泛应用于汽车制造、航空航天、能源工程等领域。
其中，热蠕变性能是复合钢关键的力学性能之一。
本文将从热蠕变性能的定义、研究方法、影响因素以及应用展望等方面进行探讨。
首先，我们需要了解复合钢的热蠕变性能的定义。
热蠕变是指在高温下，由于长时间的持续加载作用，材料发生形变的现象。
复合钢的热蠕变性能可以通过研究其在高温下的持久强度、蠕变速率、蠕变寿命等指标来评价。
研究热蠕变性能的目的是为了预测复合钢在高温工作环境下的变形、损伤和寿命，为工程设计和材料选择提供依据。
其次，我们需要了解复合钢热蠕变性能的研究方法。
目前，研究复合钢热蠕变性能的方法主要包括实验测试和数值模拟两种途径。
实验测试可以通过设计和制备热蠕变实验装置，在高温下进行加载和变形测量，获得材料的热蠕变曲线和蠕变寿命，从而评估其热蠕变性能。
数值模拟则基于有限元分析等方法，通过建立材料本构模型和加载边界条件，模拟复合钢在高温下的变形和损伤过程，从而预测其热蠕变行为和寿命。
研究显示，复合钢热蠕变性能受多种因素的影响。
首先是温度因素，高温下复合钢的扩散和晶格缺陷运动增加，导致材料的蠕变速率增大。
其次是应力水平因素，高应力下复合钢的位错运动和晶界滑移增加，导致材料的蠕变速率增大。
此外，复合钢的化学成分、组织结构、晶界特征和微观缺陷等也会对热蠕变性能产生重要影响。
因此，在研究复合钢热蠕变性能时，需要综合考虑以上因素，并进行系统的实验和模拟分析。
最后，我们来讨论复合钢热蠕变性能的应用展望。
随着工业技术的发展和对材料性能的不断要求，热蠕变性能的研究对于复合钢的应用具有重要意义。
首先，热蠕变性能研究可以帮助优化复合钢的组成和热处理工艺，提高其在高温环境中的使用性能和寿命。
其次，热蠕变性能的研究也可以为复合钢的材料选择和工程设计提供依据，避免在实际工程应用中的失效和损伤。
金属基复合材料现状与存在的问题
金属基复合材料现状与存在的问题
金属基复合材料是一种材料，它由至少两种不同种类的材料组成，其中至少一个是金属。
这种材料通常具有高强度、高硬度、高韧性和高耐腐蚀性等特点，因此在多个领域得到了广泛的应用。
目前，金属基复合材料的研究和应用已经发展到了一个相当高的水平，但是，在实际应用中，仍然存在一些问题。
首先，金属基复合材料的制备过程比较复杂，需要高精度的工艺和设备，成本较高。
其次，由于复合界面的存在，金属基复合材料的强度、硬度和韧性等性能受到了很大的影响，所以如何改善复合界面的结构和性能成为了一个难题。
此外，金属基复合材料在高温和高应力环境下容易发生疲劳、断裂等问题，因此需要进一步优化材料的组成和结构。
另外，金属基复合材料的应用范围也存在一定的局限性。
虽然该材料在汽车、航空航天、建筑和电子等领域得到了广泛应用，但是在医疗、环保等领域的应用还比较有限。
因此，如何扩展金属基复合材料的应用范围，也是一个需要进一步探索的方向。
综上所述，虽然金属基复合材料已经取得了一定的成就，但是仍然需要在制备工艺、界面结构和性能优化、应用范围等方面进行进一步的研究和改进，以满足实际需求。
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金属基复合材料蠕变性能的研究现状和展望3田 君1,2,李文芳1,韩立发2,彭继华1(1华南理工大学材料科学与工程学院,广州510640;2东莞理工学院机械工程学院,东莞523808)摘要 综述了国内外金属基复合材料的抗高温蠕变性能的研究进展。
重点分析了蠕变理论研究中的3种理论模型的特点,指出理论研究的核心问题是位错越过第二相的机制以及门槛应力的来源。
详述了目前蠕变实验研究的各种实验方法与特点。
讨论了利用计算机有限元分析来进行蠕变研究的优点。
针对目前我国金属基复合材料的抗高温蠕变性能的研究方法提出了一些看法和展望。
关键词 金属基复合材料 位错 门槛应力 蠕变R esearch and Development Creep of Metal Matrix CompositesTIAN J un 1,2,L I Wenfang 1,HAN Lifa 2,PEN G Jihua 1(1 College of Materials Science and Engineering ,South China University of Technology ,Guangzhou 510640;2 Collegeof Mechanical Engineering ,Dongguan University of Technology ,Dongguan 523808)Abstract Research development on high temperature creep of metal matrix composites at home and abroad are summarized.The three theoretical models of the creep theory studies are focused on analyzing ,and the core issue of theoretical studies is a mechanism of the dislocation over the second phase and the threshold stress sources.Characte 2ristics of various experimental methods of the current creep experimental studies are recounted.Advantages of the computer finite element analysis in creep studies are discussed.The research trends and development on high tempera 2ture creep of metal matrix composites in China are presented.K ey w ords metal matrix composites ,dislocation ,threshold stress ,creep 3东莞市高等院校科技计划项目(2008108101028);广东省金属新材料成型制备重点实验室开放基金资助项目(2008001) 田君:1968年生,副教授,博士研究生 E 2mail :841608534@ 李文芳:通讯作者,1964年生,教授,博导 E 2mail :mewfli @ 在能源、石油化工和航空航天等工业装置中,很多构件需在高温下工作。
如火力发电的蒸汽温度可达到570℃,飞机涡轮叶片的工作温度高达1000℃以上,制氢转化和乙烯裂解温度分别达到950℃和1050℃。
对这类装置材料最重要的性能要求是高温强度[1],然而常规材料无法满足高温强度性能,只有新型的高温结构材料才能胜任,如金属间化合物、陶瓷、聚合物、复合材料等。
在这些高温结构材料中,只有金属基复合材料(MMC )才具有比强度和比刚度高、导热导电性好、阻尼减振、电磁屏蔽、易于加工成形和容易回收等优点,在汽车、电子通信、航空航天和国防军事等领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景,被誉为“21世纪绿色工程材料”[2]。
MMC 的高温强度性能是指材料对高温变形与断裂的抗力。
它们长期在高温并受一定载荷的环境下工作,会发生缓慢的塑性变形,也就是我们常说的蠕变。
研究其蠕变性能是设计MMC 材料高温环境工作的关键。
MMC 的蠕变性能与下列因素相关:基体的蠕变性能,增强体的弹性和断裂特性,增强体的尺寸参数、分布以及增强体与基体界面性能等[3-6]。
也就是需要了解MMC 材料的宏观性能与其细观结构和组成之间的关系,因此需要建立这两者关系模型。
从这一实际出发,近年来,国内外学者对MMC 的宏观性能与细观结构性能进行了大量研究,并取得了相当丰富的研究成果。
从蠕变研究方法上讲,按其发展过程大体可分为3类:第一类是理论研究,建立理论模型;第二类是蠕变试验研究;第三类是结合试验数据建立有限元计算模型,进行计算机模拟。
1 理论研究MMC 蠕变一般有以下共同特征:(1)蠕变速度比相同条件下没有强化的基体合金小得多,第二相强化显著地提高蠕变抗力,且第二相体积分数、尺寸、在基体中的分布以及结合界面等都会影响强化作用。
(2)蠕变速率与应力关系仍可用 ε∝σn表示,而应力指数n 一般为7～8,甚至达到10～40。
(3)蠕变激活能远大于基体的自扩散激活能。
(4)存在门槛应力,外加应力低于门槛应力时MMC 不发生蠕变。
门槛应力值一般是Orowan 应力的1/2左右。
至今还没有一种蠕变理论对上述所有的蠕变特征给出满意的解释。
迄今研究的核心问题是位错越过第二相的机制以及门槛应力的来源。
由于MMC 强化有粒子强化、晶须强化及纤维强化,为便于说明,不妨以粒子强化为例,围绕核心问题所展开的粒子强化的MMC 理论研究模型有以下几种。
(1)位错通过Orowan 机制绕过粒子模型位错通过Orowan 机制绕过粒子,绕过粒子所需应力称为Orowan 应力,其最简化的表达式[7]为: τ0=Gb λ(1)式中:G 为基体的剪切模量,b 为位错柏氏矢量,λ为粒子间距。
当外加应力高于Orowan 应力时,位错通过Orowan 机制绕过粒子,蠕变速率遵循 ε=A (τ-τ0)n的幂律方程,Orowan 应力即为门槛应力。
(2)位错通过攀移越过粒子模型当外加应力低于Orowan 应力时,位错不能绕过粒子,但实际上MMC 仍发生蠕变,这说明高温下位错可以按Oro 2wan 机制以外的其它机制越过粒子,这个机制就是位错通过攀移越过粒子。
关于位错攀移越过粒子,已提出了2种模型,即局部攀移[8]和总体攀移[9]。
局部攀移就是靠近粒子的位错段攀移越过粒子,而其余位错段仍在原滑移面上滑移。
位错攀移的阻力源于位错线长度的增加。
根据这一模型,如果位错运动过程中外加应力所做的功小于位错线长度增加引起的线能量增加,攀移就不能继续进行,蠕变也就停止,这就是门槛应力的来源。
这一模型的理论研究导出的门槛应力τth =0.4τ0。
局部攀移与实际材料蠕变中观察到的值基本接近,但是,局部攀移模型中的位错在粒子表面处有尖锐弯曲,这显然不是合理的假设,因为位错线在张力的作用下总是要自身拉直。
考虑到这一点,提出了较为合理的总体攀移模型。
总体攀移就是粒子处位错攀移带动滑移面的位错一起攀移,此时位错线长度的增加与局部攀移相比小得多,因此攀移阻力也小得多。
对这一模型的理论分析导出的蠕变门槛应力要比实验值小得多(τth ≈0.1τ0)。
根据局部攀移模型与总体攀移模型建立的蠕变理论多数不能导出与实验结果一致的蠕变本构方程,特别是蠕变门槛应力值与实验结果多数也不能相符。
(3)位错切割粒子模型在适当的条件下基体位错可以穿过粒子滑移,也就是位错切割粒子。
位错切割粒子的过程是非热激活的,蠕变门槛应力值实际上等于第二相粒子引起的临界切应力增量,也就是位错切割粒子所需的切应力为蠕变门槛应力。
在处理位错与第二相粒子的交互作用时,将粒子分成2种类型,即点状障碍和漫散障碍。
当第二相粒子的尺寸很小、粒子间距很大时,可将第二相粒子看成点状障碍。
点状障碍模型假定,在位错与粒子直接接触时才发生交互作用。
应力场是漫散的,因此位错与第二相粒子应力场的交互作用也有一定的范围,处理这类问题时可把粒子看成有一定尺寸和交互作用能的漫散障碍。
一般来说,一种粒子既有点状障碍特性也有漫散障碍特性。
Fleischer [10]根据此模型计算出了位错切割粒子所需的切应力:τ=(F m 2T )3/2(2Tlb)(2) F m =2T cos (φc2)(3)式中:F m 为位错线所受的力,T 为位错的线张力,b 为位错柏氏矢量,l 为滑移面上粒子的平均间距,φc 为位错脱离钉扎时的脱钉角。
根据此式求得的蠕变门槛应力值与实验结果比较接近。
由于MMC 种类繁多,性质各异,不可能用统一的本构方程来表示其蠕变规律,但是一般存在下列本构关系: εm ∝A (σ-σ0)nexp (-Q/R T )(4)式中: εm 为稳态蠕变速率,A 为材料常数,σ0为蠕变门槛应力,Q 为蠕变变形表观激活能,R 为气体常数。
2 蠕变试验研究蠕变理论模型是建立在一定的假设条件上的,各种模型有一定的合理性,也有一定的缺陷性,或多或少能说明某些类的MMC 的蠕变行为,在早期的蠕变研究中起到了重要作用,即使现在对蠕变试验也有很大的指导作用。
现在蠕变试验装置越来越先进,试验水平也越来越高,所得出的试验结果更能说明MMC 的蠕变本质。
但是蠕变试验的最大缺点就是试验时间比较长、试验成本比较高。
现在利用得较多的蠕变试验方法与特点大致如下。
2.1 三点弯曲法蠕变试验利用动态热分析仪器进行三点弯曲法测定复合材料在一定载荷水平和温度水平下试样的弯曲变形量,将弯曲变形量换算成形变量进行蠕变曲线测定。
南昌大学的胡强[11]利用如图1所示三点弯曲法测定SiC p /AZ61镁基复合材料的蠕变性能。
图1 三点弯曲法模式[11]Fig.1 Three 2point bending mode [11]图2为复合材料与基体的蠕变速率随时间变化的曲线(200℃、40MPa )[11]。
从图2中可以发现,在相同条件下,SiC p /AZ61镁基复合材料相对于AZ61基体合金来说具有较短的初始蠕变阶段、较低的稳态蠕变速率和较少总形变量,AZ61基体合金的抗蠕变性能在加入增强相SiC 颗粒后得到提高。
随着复合材料中SiC p 体积分数的增加,复合材料的抗蠕变性能提高明显。
SiC p /AZ61镁基复合材料相对于基体合金抗蠕变性能提高的主要原因是SiC 颗粒作为强钉扎点钉扎晶界,阻碍高温情况下界面的滑移和位错的攀移。