金属基复合材料1资料
金属基复合材料
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。
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（Metal matrix Composite，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、镍、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、汽车等工业。
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。
2.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。
金属基复合材料的主要特点
金属基复合材料的主要特点金属基复合材料（Metal Matrix Composites, MMCs）是一种由金属或合金作为基体，与一种或多种其他材料（如陶瓷、石墨、碳纤维等）作为增强相组成的复合材料。
这种材料结合了金属和非金属材料的优点，具有许多独特的性能特点。
以下将详细阐述金属基复合材料的主要特点，包括其力学性能、热稳定性、耐磨性、抗腐蚀性以及设计灵活性等方面。
一、优异的力学性能金属基复合材料最显著的特点之一是其优异的力学性能。
由于金属基体具有良好的韧性和塑性，而增强相则具有高强度和高刚度，因此金属基复合材料在保持金属基体良好塑性的同时，能够显著提高材料的强度和刚度。
这种优异的力学性能使得金属基复合材料在航空航天、汽车、机械等领域具有广泛的应用前景。
二、良好的热稳定性金属基复合材料通常具有良好的热稳定性，能够在高温环境下保持较好的力学性能。
这是因为金属基体本身具有较好的导热性和热膨胀性，而增强相则能够有效地阻碍热裂纹的扩展。
因此，金属基复合材料在高温环境下具有较好的结构稳定性和耐久性，适用于高温工况下的结构件和零部件。
三、出色的耐磨性由于增强相的加入，金属基复合材料的硬度和耐磨性得到了显著提高。
在摩擦过程中，增强相能够有效地承受和分散载荷，减少磨损和剥落。
因此，金属基复合材料在摩擦磨损严重的场合（如轴承、齿轮等）具有广泛的应用前景。
四、优异的抗腐蚀性金属基复合材料中的增强相通常具有较好的化学稳定性，能够有效地提高材料的抗腐蚀性能。
此外，通过合理的成分设计和表面处理，还可以进一步提高金属基复合材料的耐腐蚀性能。
这使得金属基复合材料在化工、海洋等腐蚀环境中具有广阔的应用前景。
五、设计灵活性高金属基复合材料的设计灵活性较高，可以通过调整基体和增强相的成分、含量和分布来实现对材料性能的定制和优化。
例如，通过改变增强相的种类、形状和取向，可以调整材料的强度和刚度；通过调整基体的成分和处理工艺，可以改善材料的塑性和韧性。
金属层状复合材料与金属基复合材料
金属层状复合材料与金属基复合材料一、金属层状复合材料与金属基复合材料的概念与分类1.1 金属层状复合材料的定义与特点金属层状复合材料是由多层金属片通过堆叠、压制或焊接等工艺制备而成的一类复合材料。
其具有以下特点： - 高强度和刚度：由于金属片的堆叠层数多，可以提高材料的强度和刚度。
- 轻质：相比传统的实心金属材料，金属层状复合材料的重量更轻。
- 耐高温：金属层状复合材料通常由高温合金制备，具有良好的高温性能。
- 优异的抗疲劳性能：金属层状复合材料能够承受长时间的重复加载而不容易疲劳破坏。
1.2 金属基复合材料的定义与特点金属基复合材料是以金属为基体，通过添加一定量的非金属相（如陶瓷颗粒、纤维等）形成的复合材料。
其具有以下特点： - 高强度和硬度：添加非金属相后可以显著提高材料的强度和硬度。
- 低密度：相对于普通金属材料，金属基复合材料的密度更低，有利于减轻结构负荷。
- 耐磨损性能：添加的非金属相可以增加金属基复合材料的耐磨损性能。
- 良好的导热性能：金属基复合材料具有良好的导热性能，适用于高温工况。
二、金属层状复合材料的制备方法与应用领域2.1 金属层状复合材料的制备方法2.1.1 堆叠法通过将多层金属片按一定顺序堆叠在一起，并加热至一定温度进行压制，形成金属层状复合材料。
### 2.1.2 焊接法利用金属的焊接工艺将多层金属片进行连接，形成金属层状复合材料。
### 2.1.3 粘结法通过在金属片之间涂布粘结剂，然后将金属片经过压制黏合在一起，形成金属层状复合材料。
2.2 金属层状复合材料的应用领域•航空航天领域：金属层状复合材料具有优异的强度和轻质特性，适用于航空航天结构件的制造，如飞机机身、发动机部件等。
•汽车领域：金属层状复合材料可以用于制造汽车车身结构，降低整车的重量，提高燃油经济性。
•建筑领域：金属层状复合材料的高强度和刚度特性，使其成为建筑结构中的重要材料，如大跨度屋顶、桥梁等。
金属基复合材料应用举例
金属基复合材料应用举例金属基复合材料是指以金属为基体，添加一种或多种增强相（如纤维、颗粒、片材等）来改善金属材料的性能和功能的一类材料。
金属基复合材料具有高强度、高韧性、高温稳定性等优点，因此在航空航天、汽车、船舶、电子等领域得到广泛应用。
以下是十个金属基复合材料的应用举例：1. 铝基复合材料：铝基复合材料由铝基体和增强相（如陶瓷颗粒、碳纤维等）构成，具有低密度、高强度、耐磨损等特点。
在航空航天领域，铝基复合材料被用于制造飞机机身、航天器传动系统等部件。
2. 镁基复合材料：镁基复合材料具有低密度、高比强度和良好的导热性能，广泛应用于航空航天、汽车、电子等领域。
例如，在汽车行业中，镁基复合材料被用于制造车身结构和发动机零部件，可以减轻车重，提高燃油效率。
3. 钛基复合材料：钛基复合材料由钛基体和增强相（如陶瓷颗粒、纤维等）构成，具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性能。
在航空航天领域，钛基复合材料被用于制造飞机发动机叶片、航天器外壳等高温部件。
4. 镍基复合材料：镍基复合材料由镍基体和增强相（如陶瓷颗粒、纤维等）构成，具有高温强度和良好的耐腐蚀性能。
在航空航天领域，镍基复合材料被用于制造航空发动机涡轮叶片、燃烧室等高温部件。
5. 铜基复合材料：铜基复合材料由铜基体和增强相（如碳纤维、陶瓷颗粒等）构成，具有高导电性和高热导率。
在电子领域，铜基复合材料被用于制造高性能散热器、电子封装材料等。
6. 钨基复合材料：钨基复合材料由钨基体和增强相（如碳纤维、陶瓷颗粒等）构成，具有高密度、高熔点和高强度。
在核工业领域，钨基复合材料被用于制造核反应堆材料、高温组件等。
7. 铁基复合材料：铁基复合材料由铁基体和增强相（如碳纤维、陶瓷颗粒等）构成，具有高强度和良好的耐磨性。
在机械制造领域，铁基复合材料被用于制造高性能齿轮、轴承等零部件。
8. 锆基复合材料：锆基复合材料由锆基体和增强相（如陶瓷颗粒、纤维等）构成，具有高温稳定性和良好的耐腐蚀性能。
金属基复合材料
压铸成型法的具体工艺
将包含有增强材料的金属 熔体倒入预热摸具中后，迅 速加压，压力约为70-100MPa， 使液态金属基复合材料在压 力下凝固。 复合材料完全固化后顶出， 制得所需形状及尺寸的复合 材料的坯料或压铸件。
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压铸成型法的特点
压铸工艺中，影响金属基复合材料性能的工艺因素主要 有四个：①熔融金属的温度、 ②模具预热温度、 ③使用的 最大压力、 ④加压速度。 在采用预制增强材料块时，为了获得无孔隙的复合材料， 一般压力不低于50MPa，加压速度以使预制件不变形为宜， 一般为1-3cm/s。 对于铝基复合材料，熔融金属温度一般为700-800℃，预 制件和模具预热温度一般可控制在500-800℃，并可相互补 偿，如前者高些，后者可以低些，反之亦然。 采用压铸法生产的铝基复合材料的零部件，其组织细化、 无气孔，可以获得比一般金属模铸件性能优良的压铸件。 与其他金属基复合材料制备方法相比，压铸工艺设备简 单，成本低，材料的质量高且稳定，易于工业化生产。 32
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粉末冶金法的优点
① 热等静压或烧结温度低于金属熔点，由于高温引起的增 强材料与金属基体的界面反应少，减小了界面反应对复合材 料性能的不利影响。同时可以通过热等静压或烧结时的温度、 压力和时间等工艺参数来控制界面反应。 ② 可根据性能要求，使增强材料（纤维、颗粒或晶须）与 基体金属粉末以任何比例混合，纤维含量最高可达75%，颗粒 含量可达50%以上，这是液态法无法达到的。 ③ 降低增强材料与基体互相湿润及密度差的要求，使颗粒 或晶须均匀分布在金属基复合材料的基体中。 ④ 采用热等静压工艺时，其组织细化、致密、均匀，一般 不会产生偏析、偏聚等缺陷，可使孔隙和其他内部缺陷得到 明显改善，提高复合材料的性能。 ⑤ 金属基复合材料可通过传统的金属加工方法进行二次加 21 工，得到所需形状的复合材料构件毛坯。
金属基复合材料(MMC)制备工艺课件
VS
详细描述
机械合金化法是一种制备金属基复合材料 的有效方法。在球磨机中，将金属粉末与 增强相（如碳纳米管、陶瓷颗粒等）混合 ，在高能球磨过程中，金属粉末与增强相 在剧烈的机械力作用下发生合金化及复合 。该方法具有制备工艺简单、成本低、可 批量生产的优点。
扩散焊接法
总结词
通过在高温和压力作用下，使金属基体与增 强相之间发生相互扩散，实现冶金结合。
用于制备高尔夫球杆、滑 雪板等轻质、高强度的运 动器材。
05 喷射沉积法制备mmc
喷射沉积法的原理
喷射沉积法是一种制备金属基复合材料 的方法，其原理是将两种或多种材料通 过高速喷射流混合，并在快速凝固条件
下形成复合材料。
在喷射沉积过程中，各种材料的颗粒或 液体在高速运动中相互碰撞、混合和分
散，形成均匀的复合材料。
为了获得均匀分布的增强相， 需要采用合适的分散剂和分散
工艺。
常用的分散剂包括表面活性剂 、偶联剂、高分子聚合物等。
分散工艺可以采用球磨、超声 波振动、搅拌等方式。
压制与烧结
压制是将混合分散后的粉末压制成一 定形状和尺寸的预制件。
烧结是使预制件在高温下致密化的过 程，通过物质迁移和组织转变来实现 。
除了上述两种方法外，还有化学沉积法、物理气相沉 积法、熔融浸渗法等方法制备金属基复合材料。
详细描述
化学沉积法是通过化学反应在金属基体上沉积增强相 ，实现复合。物理气相沉积法是利用物理过程，在金 属基体上沉积增强相，制备金属基复合材料。熔融浸 渗法是将增强相（如碳纤维、陶瓷颗粒等）与金属基 体混合，经过熔融、浸渗后冷却固化，制备出金属基 复合材料。这些方法各有特点，适用范围也不同，可 根据实际需求选择合适的制备方法。
一张图看懂金属基复合材料
金属基复合材料的特点
高比强度、 比模量 良好的导热、
... 导电性能
不吸潮、不老 化、气密性好
热膨胀系数小、 尺寸稳定性好
良好的断裂韧性 和抗疲劳性能
机械结合
浸润与溶解结合 化学反应结合
主要依靠增强剂的粗 糙表面的机械“锚固”
力结合。
如相互溶解严重，也 可能发生溶解后析出 现象，严重损伤增强 剂，降低复合材料的
性能。
大多数金属基复合 材料的基体与增强 相之间的界面处存 在着化学势梯度。 只要存在着有利的 动力学条件，就可 能发生相互扩散和
化学反应。
0190 全球金属基复合材料的产量分析
2015年全球金属基复合材料的产量为 6,673.8吨，预计2020年金属基复合材料的 产量为8,859.1吨。年复增长率为5.8%。
全球金属基复合材料产量分析/吨
4,500.00 4,000.00 3,500.00 3,000.00 2,500.00 2,000.00 1,500.00 1,000.00
金属基复合材料分类
增强体
颗粒增强金属基 复合材料
短纤维、晶须增强金 属基复合材料
长纤维强金属基复合 材料
层状复合材料
...
基体
铝基复合材料 铜基复合材料 镁基复合材料 钛基复合材料 镍基复合材料
...
结构复 合材料
功能复 合材料
金属复合材 料
来源：金属基复合材料-赵玉涛-2007，机械工业出版社
金属基复合材料的制备工艺主要有四大类： （1）固态法：(2) 液态法： (3) 喷射与喷 涂沉积法； (4) 原位复合法。
金属基复合材料(MMC)
2．粉末冶金
适用于连续、长纤维 增强．也可用于短纤 维、颗粒或晶须增强 的金属基复合材料
长纤维增强：将纤维和 金属粉末按比例混合，密 封在容器中，然后进行热 等静压
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其它增强相
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粉末冶金的优点
工艺过程温度低，可以控制界面反应
增强材料(纤维、颗粒或晶须)与基体金属粉末 可以任何比例混合，纤维含量最高可达75％， 颗粒含量可达50％以上
高温性能优良。合金化后的耐热性显著提高，可以作为
高温结构材料使用，如航空发动机的压气机转子叶片等， 长期使用最高温度已达540℃
在大气和海水中有优异的耐蚀性．在硫酸、盐酸、硝酸 相氢氧化纳等介质中都很稳定
导电与导热性差.导热系数只有铜的1／l 7和铝的l／10， 比电阻为铜的25倍
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对浸润性和密度差的要求较小
采用热等静压工艺时，其组织细化、细密、均 匀，一般不会产生偏析、偏聚等缺陷，可使空 隙和其它内部缺陷得到明显改善，从而提高复 合材料的性能
可以用传统的加工方法进行二次加工
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粉末冶金的缺点
工艺过程比较复杂，金属基体必须制 成金属粉末，增加了工艺的复杂性和 成本
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普通压铸工艺过程
将包含有增强材料的金属熔体倒入预热模 具中后迅速加压，压力约为70—l00MPa， 使液态金属基复合材料在压力下凝固。待 复合材料完全固化后顶出，即制得所需形 状及尺寸的金属基复合材料的坯料或压铸 件。
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增强材料预制体的压铸工艺过程
将熔融金属注入装有增强材料(长、短纤维， 颗粒或晶须)的预制件模具中，并在压力下使 之渗入预制件的间隙，在高压下迅速凝固成金 属基复合材料
金属基复合材料的特性
金属基复合材料的特性金属基复合材料是一种由金属基体和非金属增强相组成的材料。
它具有独特的特性，使其在许多领域得到广泛应用。
本文将介绍金属基复合材料的特性，包括高强度、高刚度、耐磨性、耐腐蚀性和导热性。
1. 高强度金属基复合材料具有较高的强度，这是由于增强相的加入使其具有更好的抗拉强度和屈服强度。
增强相可以是纤维、颗粒或片状材料，如碳纤维、陶瓷颗粒或硼片。
这些增强相的加入可以有效地提高金属基体的强度，使其在承受高载荷时不易发生变形或破裂。
2. 高刚度金属基复合材料的刚度也较高，这是由于增强相的加入使其具有更好的抗弯刚度和剪切刚度。
增强相的加入可以有效地提高金属基体的刚度，使其在受力时不易发生变形或屈曲。
这使得金属基复合材料在需要高刚度的应用中具有优势，如航空航天、汽车和船舶制造等领域。
3. 耐磨性金属基复合材料具有较好的耐磨性，这是由于增强相的加入使其具有更好的耐磨性能。
增强相可以有效地提高金属基体的硬度和耐磨性，使其在摩擦和磨损环境中具有更长的使用寿命。
这使得金属基复合材料在需要耐磨性的应用中得到广泛应用，如机械零件、刀具和轴承等领域。
4. 耐腐蚀性金属基复合材料具有较好的耐腐蚀性，这是由于增强相的加入使其具有更好的耐腐蚀性能。
增强相可以有效地提高金属基体的抗腐蚀能力，使其在腐蚀介质中具有更长的使用寿命。
这使得金属基复合材料在需要耐腐蚀性的应用中得到广泛应用，如化工设备、海洋工程和石油钻探等领域。
5. 导热性金属基复合材料具有较好的导热性，这是由于金属基体的导热性能较好。
金属基体可以有效地传导热量，使其在需要导热性的应用中具有优势，如散热器、电子器件和航空发动机等领域。
综上所述，金属基复合材料具有高强度、高刚度、耐磨性、耐腐蚀性和导热性等特性。
这些特性使得金属基复合材料在许多领域得到广泛应用，如航空航天、汽车、机械制造和化工等领域。
随着科技的不断进步，金属基复合材料的特性将得到进一步的提升和应用拓展。
金属基复合材料（Metalmatrixcomposites）
金属基复合材料（Metal matrix composites）A composite based on metal or alloy and reinforced with fibers, whiskers and particles. The temperature range is 350~120 degrees, depending on the base metal used. The characteristics in mechanics for high lateral and shear strength, mechanical toughness and fatigue performance, but also has the thermal conductivity, wear resistance, thermal expansion coefficient, good damping and moisture, no aging and no pollution etc.. For example, the carbon fiber reinforced aluminum composite has a specific strength of 3~4 x 107mm, a specific modulus of 6~8 x 109mm, and a graphite fiber reinforced magnesium, not only the specific modulus can reach 1.5 x 1010mm, but also the thermal expansion coefficient is almost close to zero. Metal matrix composites reinforced by category classification of the body, such as fiber reinforced (including continuous and short cut), whisker and particle reinforced metal or alloy matrix, according to the different metal matrix composites can be divided into aluminum, magnesium, titanium, copper base, base high temperature alloy base metal between compound based and refractory metal matrix composite materials. Because of the high processing temperature, complex process, difficult control of interfacial reaction and high cost, the maturity of the composites is far less than that of resin matrix composites, and the application range is small.Resin matrix composites can only be used at different temperatures below 350 degrees celsius. In recent years, a variety of metal matrix composites suitable for use at 350 ~ 1200 C have been developed rapidly. Metal matrix composite is a kind of composite material made of metal or alloy matrix and various reinforcing materials. The reinforcing materials canbe fibrous, granular and whisker like silicon carbide, boron, alumina and carbon fiber. In addition to metal aluminum and magnesium, metal matrix also develops non-ferrous metals such as titanium, copper, zinc, lead, beryllium, super alloy and intermetallic compound, and ferrous metal as metal matrix. In addition to the high strength and high modulus of resin matrix composites, metal matrix composites can resist high temperature, non burning, non moisture absorption, good thermal conductivity and radiation resistance. High temperature materials for impressiveness aerospace, surface material can be used as aircraft turbine engine and rocket engine hot and supersonic aircraft. At present, the development and perfection of metal matrix composites is the fastest development of SiC particle aluminum alloy. The proportion of the metal matrix composite is only 1/3 of the steel, 2/3 of the titanium alloy, similar to that of the aluminum alloy. Its strength is better than that of medium carbon steel, similar to titanium alloy but slightly higher than that of aluminum alloy. The wear resistance of the alloy is better than that of the titanium alloy and aluminum alloy. It has been used in automobile industry and machinery industry in small quantities. In 5~15 years of commercial applications are automobile parts, brake piston, connecting rod, robot parts, computer parts, sports equipment, etc.. The main problem of metal matrix composites is that the manufacturing process of metal composite is complex and expensive, and it can not be used in industrial scale production.Composite plate: refers to a metal plate on the cover of another metal plate, in order to achieve the effect of not reducing the use (corrosion resistance, mechanical strength, etc.) underthe premise of saving resources and reducing costs. Composite methods usually include explosive bonding, explosive rolling and rolling bonding. Composite materials can be divided into composite plate, composite pipe, composite rod and so on. Mainly used in anti-corrosion, pressure vessel manufacturing, electric power construction, petrochemical, pharmaceutical, light industry, automobile and other industries.Stainless steel clad plate is a composite plate steel made of carbon steel base and stainless steel cladding. Its main feature is the formation of a strong metallurgical bond between carbon steel and stainless steel. It can be processed by hot pressing, cold bending, cutting, welding and so on, and has good technological properties. The base material of stainless steel clad plate can be made of ordinary carbon steel and special steel, such as Q235B, 16MnR, 20R, etc.. Cladding materials can be made of stainless steels of various grades such as 304, 316L, 1Cr13 and duplex stainless steel. Material and thickness can be freely assembled to meet the needs of different users. Stainless steel clad plate has been widely used in petroleum, chemical industry, salt industry, water conservancy and electric power industry. As a resource saving product, the stainless steel clad plate can reduce the consumption of precious metal,Greatly reduce the project cost. Realize the perfect combination of low cost and high performance, and have good social benefits.Stainless steel clad plate is how to produce it? There are two methods for industrial production of stainless steel clad plate,explosive cladding and hot rolling. The production process of the explosive clad plate is that the stainless steel plate is overlapped on the carbon steel substrate, and the stainless steel plate and the carbon steel plate are separated by a cushion. The stainless steel plate is covered with explosive and explosive energy, which makes the stainless steel plate impact on the carbon steel substrate at high speed and produce high temperature and high pressure to realize the solid phase welding of the interface between the two materials. Ideally, the shear strength of the interface can reach 400 MPa per square millimeter. The hot rolling composite plate process is made of carbon steel substrate and stainless steel plate in the state of physical purity and rolled under high vacuum condition. In the process of rolling, two kinds of metal diffusion achieve complete metallurgical bonding. Of course, in order to improve the wettability of composite interface and improve the bonding strength, a series of technical measures should be taken in the physical and chemical treatment of the interface. The above two kinds of composite plate manufacturing methods are carried out GB/T-8165-1977 national standards. This standard is not equivalent to or higher than the same JISG36011990 Japanese standard, Japanese standard main technical indicators.How about the process characteristics of the blast clad and hot rolled composite plate? First, the explosive composite features: first, because the explosion is cold processing, so it can produce in addition to stainless steel composite plate, many kinds of metal composite plate, such as titanium, copper, aluminum and so on. Two, explosive composite can produce stainless steel composite plate, the total thickness can reach hundreds of millimeters thick stainless steel composite plate,such as some large base and tube plate, etc.. But it is not suitable for producing thinner composite steel plate with total thickness less than 10 mm. Three explosive composite use of explosive energy production, the environment will cause vibration, noise and soot pollution. However, the equipment investment is small, and there are hundreds of domestic explosive production plants. Due to the restrictions of weather and other process conditions, the explosive composite production efficiency is low. Besides, the characteristics of hot rolling compound technology are as follows: 1. Large medium plate mill and hot strip mill are used, so the production efficiency is high and the supply speed is fast. The product is large in size and free in thickness. Stainless steel coating thickness above 0.5mm can be produced. But the investment is large, so the manufacturers are less. Two, due to the limitation of steel rolling compression ratio, hot rolling production can not produce composite steel plate with thickness of more than 50mm, and it is not convenient to produce various small, round and other special shaped composite plate. Advantages of hot rolled composite plates of 6, 8 and 10 mm for thin gauge composite plates. Under the condition of hot continuous rolling, the composite bending plate can be produced, the production cost can be reduced, and more users' demands can be met. Three, in the current technical conditions, hot rolling process can not directly produce titanium, copper, aluminum and other non-ferrous metal composite plate. To sum up, the two different production processes have their own characteristics, exist and develop at the same time, to meet the diverse needs of different users. Explosive rolling is the combination of the two processes mentioned above, no more details.Stainless steel composite plate has the characteristics of various carbon steel and stainless steel, with its excellent performance price ratio for users, and has broad market prospects. But interestingly, from the beginning of 50s, after more than half a century of ups and downs of the development process, there are still many people do not know it. More people haven't used it. It should be said that the stainless steel composite plate market is far from mature, and still in the process of development. The exploration and efforts of scientific and technical workers to build a resource conserving society will never cease.Composite materials (Composite) is a kind of material which is made of one material as the matrix (Matrix) and the other as the reinforcing body (reinforcement). Various materials can complement each other in performance and produce synergistic effect, so that the comprehensive properties of composite materials are better than those of the original materials and meet various requirements. The matrix materials of composite materials are divided into two categories: metal and nonmetal. Aluminum, magnesium, copper, titanium and their alloys are commonly used in metal matrix.The non-metallic matrix mainly includes synthetic resin, rubber, ceramic, graphite, carbon and so on. The reinforcing materials mainly include glass fiber, carbon fiber, boron fiber, aramid fiber, silicon carbide fiber, asbestos fiber, whisker, wire and hard fine particles, etc..The history of composite materials can be traced back to ancient times. Since ancient times, the use of straw reinforced clayand reinforced concrete has been used for two centuries. In 1940s, due to the needs of the aviation industry, glass fiber reinforced plastics (commonly known as glass fiber reinforced plastics) were developed, and the name of composite material emerged. Since 50s, high strength and high modulus fibers such as carbon fiber, graphite fiber and boron fiber have been developed. Aramid fiber and silicon carbide fiber appeared in 70s. These high strength and high modulus fibers can be compounded with non metallic matrix such as synthetic resin, carbon, graphite, ceramic, rubber and other metal matrix, such as aluminum, magnesium, titanium, and so on, and form composite materials with different characteristics.The forming methods of composites are different according to the matrix materials. More molding method of resin matrix composites, a hand lay up molding injection molding, filament winding, molding, pultrusion, autoclave molding, molding, transfer molding, diaphragm reaction injection molding, molding, stamping and other soft expansion. The forming methods of metal matrix composites are divided into solid phase forming method and liquid phase forming method. The former is formed by applying pressure at lower than the melting point temperature of the matrix, including diffusion welding, powder metallurgy, hot rolling, hot drawing, hot isostatic pressing and explosive welding. The latter is the substrate melting, filling the reinforcement materials, including traditional casting, vacuum casting, vacuum counter pressure casting, extrusion casting and spray casting and forming method of ceramic matrix composite materials are mainly solid phase sintering, chemical vapor infiltration molding, molding and other chemical vapor deposition.The main application fields of composite materials are:Aerospace field. The composite material has good thermal stability, high specific strength and stiffness, can be used in the manufacture of aircraft wing and fuselage, satellite antenna and its supporting structure, solar wing and shell, large rocket engine shell, shell, space shuttle structure etc..Automobile industry. The composite material has the special characteristics of vibration damping, vibration damping and noise reduction, anti fatigue performance is good, easy to repair after injury, to facilitate the overall shape, it can be used in the manufacture of automobile, mechanical components, transmission shaft, engine frame and internal components.Chemical, textile and mechanical manufacturing. The material with good corrosion resistance of carbon fiber and resin matrix can be used for manufacturing chemical equipment, textile machines, paper machines, copiers, high-speed machine tools, precision instruments, etc..Medical field. Carbon fiber composite has excellent mechanical properties and does not absorb X ray characteristics. It can be used in the manufacture of medical X ray machine and orthopedic stent. Carbon fiber composites also have biological compatibility and blood compatibility, and have good stability in biological environment, and they are also used as biomedical materials. In addition, composites are also used to make sports devices and use as building materials.Metal matrix compositesMetal and ceramic composite material, belongs to particle reinforced composite material, also known as metal ceramicCemented carbideProperties and applications: high hardness, high wear resistance, high red hardness, high thermal stability and oxidation resistanceIt is suitable for all kinds of high speed cutting tools, wear parts at various high temperature, such as hot drawing die, etc.1. tungsten cobalt carbide - pressed and sintered from cobalt Co and tungsten carbide WCGrade: the content of YG+Co, such as YG3, YG6, YG8.Co, the higher the content, the better the toughnessPerformance characteristics - high hardness, high wear resistance, high red hardness, good toughnessPurpose: to make cutting tools for brittle materials such as cast iron, non-ferrous metals and non-metallic materials, such as: YG8 tools are suitable for rough cast iron, YG3 is suitable for finishing cast iron, YG6 is suitable for semi finishing cast iron2. tungsten titanium cobalt carbide - pressed and sintered from cobalt Co and tungsten carbide WC+TiCBrand: the percentage content of YT+TiC, such as YT5, YT15 and YYT30.TiC, is higher,The toughness is betterPerformance characteristics hardness and red hardness are higher than class YG, toughness, strength is slightly lower than class YGUse - cutting tools for making all kinds of steel, such as: YT5 tools suitable for rough machining steel, YT15 suitable for finishing steel, YT suitable for semi finishing steel3. tungsten titanium tantalum cobalt hard alloy - pressed and sintered from cobalt Co+WC+TiC+TaCBrands: YW, such as YW1 and YW2Performance characteristics - both YG, YT advantages, also known as general-purpose cemented carbide and universal cemented carbideApplication: cutting tools for refractory materials such as heat resistant steel and alloy。
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
飞行器和卫星构件宜选密度小的轻金属合金－镁、铝合金为 基体，与高强、高模石墨纤维、硼纤维组成石墨/镁、石墨/铝、硼 /铝等复合材料； ② 高性能发动机要求：高比强、比模量，优良的耐高温性能在 高温氧化性气氛中工作。
而选用钛合金、镍基合金及金属间化合物，如碳化硅 / 钛、镥、 钨丝/镍基起合金复合材料，可用于喷气发动机叶片、转轴等重要 零件。
基本原理是： 液态金屑基体通过特殊的喷嘴，在隋性气体气流的作用下雾化成细小的液态金属沉，
喷向衬底．将颗粒加入到雾化的金属流中，与金属液滴混合在一起并沉积在衬底上，
凝固形成金属基复合材料。
共喷沉积法的特点：
①适用面广。可用于铝、铜、镍、钻等有色金同基体，也可用于铁、 金属间化合物基体，可加入SiC、Al2O3、、石墨等多种颗粒产品可以 是圆棒、圆锭、板带、管材等。 ②生产工艺简单、效率高。与粉末冶金法相比，不必先制成金属粉末， 然后再与颗粒混合、压型、烧结等工序，而是快速一次复合成坯料， 雾化速率可达25-100Kg／min，沉淀凝固迅速。 ③冷却速度大。所得复合材料基体金属的组织与快速凝固相近，晶粒 细、无宏观偏析、组织均匀。 ④颗粒分布均匀。在严格控制工艺参数的条件下颗粒在基体中的分布 均匀。 ⑤复合材料中的气孔卒较大。气孔率在2%-5%之间，但经挤压处理后可 消除气孔．获得致密材科。
液态法
液态法是制备金属基复合材料的主要方法：
真空压力浸渍法； 共喷沉积；
挤压铸造；
真空吸铸； 搅拌铸造等方法
共喷沉积法
共喷沉积法是制造各种颗粒增强金属基复合材料的有效 方法，1960年由Siager发明，随后由Ospray金属有限公 司发展成工业生产规模的制造技术，可用来制造铝、铜、 镍、铁、金属间化合物基复合材料。
复合材料第五章(1)金属基复合材料-金属基复合材料的分类
增强相含量, vol % 50 50 35~40 35 50 50 18~20 20 35 45
抗拉强度， MPa
1200~1500 1300~1500 700~900 500~800
650 900 500~620 400~510 1500~1750 1300~1500
拉伸模量， GPa
200~220 210~230 95 ~ 110 100~150
工艺优点： 制品有一定形状（可制备各种型材）
47
（4） 粉末(冶金)法（Slurry Powder Metallurgy） 工艺特点：解决了使用金属箔材成本高问题
工艺优点：成本低
工艺关键：低温真空下聚合物粘接剂必须能够完全挥发
48
工艺概要： 1）制备基体粉末/聚合物粘接剂胶体（可将胶体轧制成薄带） 2）用胶体固定纤维，干燥获得粉末/纤维预制片 3）或按粉末法纤维/基体复合丝方法制备复合丝 4）真空扩散结合制备复合材料
49
图5.16 粉末（冶金）法制备金属基复合料材料示意图 50
2.2.3 液态法 — 非连续增强相金属基复合材料制备工艺
（1） 压铸法（Squeeze Casting） 工艺特点：压力、液态或半液态金属 工艺概要：压力作用下，液态或半液态金属以一定速度 充填增强材料预制体空隙中并快速凝固成型 工艺关键：熔融金属温度、模具预热温度、压力、加压速度
220 130 96 ~138 ~100 210 ~230 220
密度， g/cm3
2.6 2.85~3.0
2.6 2.4 3.3 2.9 2.8 2.8 3.9 3.7
13
（2）高的韧性和冲击性能
相对聚合物、陶瓷基复合材料而言，
金属基复合材料具有较高的韧性和耐冲击性能 ！
金属基复合材料
⾦属基复合材料以⾦属或合⾦为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料。
按所⽤的基体⾦属的不同，使⽤温度范围为350～120℃。
其特点在⼒学⽅⾯为横向及剪切强度较⾼，韧性及疲劳等综合⼒学性能较好，同时还具有导热、导电、耐磨、热膨胀系数⼩、阻尼性好、不吸湿、不⽼化和⽆污染等优点。
例如碳纤维增强铝复合材料其⽐强度3～4×107mm，⽐模量为6～8×109mm，⼜如⽯墨纤维增强镁不仅⽐模量可达1.5×1010mm，⽽且其热膨胀系数⼏乎接近零。
⾦属基复合材料按增强体的类别来分类，如纤维增强(包括连续和短切)、晶须增强和颗粒增强等，按⾦属或合⾦基体的不同，⾦属基复合材料可分为铝基、镁基、铜基、钛基、⾼温合⾦基、⾦属间化合物基以及难熔⾦属基复合材料等。
由于这类复合材料加⼯温度⾼、⼯艺复杂、界⾯反应控制困难、成本相对⾼，应⽤的成熟程度远不如树脂基复合材料，应⽤范围较⼩。
树脂基复合材料通常只能在350℃以下的不同温度范围内使⽤。
近些年来正在迅速开发研究适⽤于350℃～1200℃使⽤的各种⾦属基复合材料。
⾦属基复合材料是以⾦属或合⾦为基体与各种增强材料复合⽽制得的复合材料。
增强材料可为纤维状、颗粒状和晶须状的碳化硅、硼、氧化铝及碳纤维。
⾦属基体除⾦属铝、镁外，还发展有⾊⾦属钛、铜、锌、铅、铍超合⾦和⾦属间化合物，及⿊⾊⾦属作为⾦属基体。
⾦属基复合材料除了和树脂基复合材料同样具有⾼强度、⾼模量外，它能耐⾼温，同时不燃、不吸潮、导热导电性好、抗辐射。
是令⼈注⽬的航空航天⽤⾼温材料，可⽤作飞机涡轮发动机和⽕箭发动机热区和超⾳速飞机的表⾯材料。
⽬前不断发展和完善的⾦属基复合材料以碳化硅颗粒铝合⾦发展最快。
这种⾦属基复合材料的⽐重只有钢的1/3，为钛合⾦的2/3，与铝合⾦相近。
它的强度⽐中碳钢好，与钛合⾦相近⽽⼜⽐铝合⾦略⾼。
其耐磨性也⽐钛合⾦、铝合⾦好。
⽬前已⼩批量应⽤于汽车⼯业和机械⼯业。
金属基复合材料
2）界面的形成及机制，界面产物的控制及界面设计； 3）增强剂在基体中的均匀分布： 在选择制备方法时，应选择那些使得增强剂更均匀、均质排 布（分布）的方法。在这方面，液态法与固态法相比较差。 4）制备工艺方法及参数的选择和优化； 5）制备成本的控制和降低，工业化应用的前景。
图9-11 粉末（冶金）法制备金属 基复合材料示意图
3 - 6 固态法制备工艺方法及参数的选择和优化固态法工艺的 主要参数：
1) 温度、时间: D = D0 exp （- Q / RT） D：扩散系数；Q： 扩散激活能。
X = k t 1/2 X：反应层厚度； k：反应速度常数。 2) 压力：促进结合 面的接触及在一定 温度下的金属基体 的塑性流动。 3) 结合面的清洁度：
合材料时，主要是基体
与基体之间的扩散结合，
有利于材料界面的改善；
同时通过控制基体沉积
层的厚度可控制纤维的 体积比。
图 9-4 PVD法纤维表面金属基体沉积层
2 - 4 粉末法纤维/基体复合丝
首先将金属基体粉末与聚合物 粘接剂混合制成基体粉末/聚合 物粘接剂胶体，然后将纤维通 过带有一定孔径毛细管的胶槽， 在纤维表面均匀地涂敷上一层 基体粉末胶体，干燥后形成一 定直径的纤维/基体粉末复合丝。 复合丝的直径取决于胶体的粘 度、纤维走丝速度以及胶槽的 毛细管孔径等。
业化生产。铝基复合材料单坯可达250公斤。
4 - 4 无压浸渗法（Lanxide法）
复合材料1
*
*
1.金属基体熔体的温度应使熔 体达到30％-50％固态； 2. 搅拌速度应不产生湍流以防 止空气裹入，并使熔体中支晶形成 固态颗粒，降低熔体的粘度，从而 有利于增强颗粒的加入。 由于浇注时金属基复合材料是 处于半固态，直接浇注成型或压铸 成型所得的铸件几乎没有缩孔或孔 洞，组织细化和致密
半固态复合铸造主要应用 于颗粒增强金属基复合材料， 因短纤维、晶须在加入时容易 结团或缠结在一起，虽经搅拌 也不易分散均匀，因而不易采 用此法来制备短纤维或晶须增 强金属基复合材料。
*
首先将包含有增强材料的金属熔体倒入预热模具中后，迅 速加压，压力约为 70~100MPa，使液态金属基复合材料在压力
下凝固。
待复合材料完全固化后顶出，即制得所需形状及尺寸的金 属基复合材料的坯料或压铸件 压铸工艺中，影响金属基复合材料性能的工艺因素主要有 四个 1.熔融金属的温度 3.使用的最大压力 2.模具预热温度 4.加圧速度
*
在采用预制增强材料 块时，为了获得无空隙的 复合材料，一般压力不低
采用压铸法生产的铝 基复合材料金属的零部件， 其组织细化、无气孔，可 以获得比一般金属模铸件 性能优良的压铸件。 与其他金属复合材料 制备方法相比，压铸工艺 设备简单，成本低，材料
于 50MPa, 加 圧 速 度 以 预
制件不变形为宜，一般为 1~3cm/s。 对于铝基复合材料， 熔融金属温度一般为 700800℃， 并可以相互补偿， 如前者高些，后者可以低 些，反之亦然。
工艺过程如下：
① 是将增强材料制成预制体，置于氧化铝容器内。 ② 再将基体金属坯料置于可渗透的增强材料预制体上部。 ③ 氧化铝容器、预制体和基体金属坯料均可装入可通入流动氮
气的加热炉中。
金属基复合材料(MMC)
图 9-4 PVD法纤维表面金属基体沉积层
2 - 4 粉末法纤维/基体复合丝
图9-5 粉末法纤维/基体复合丝示意图
2 - 6 熔池法纤维 / 基体复合丝
图 9-6 熔池法纤维 / 基体复合丝示意图
这种复合丝制备方法主要是应用于碳纤维或石墨纤维增强铝基复合材料。 由于碳纤维或石墨纤维与铝液接触会反应生成Al4C3界面生成物。过量的脆性相Al4C3生成会严重影响复合材料的性能。 如图9-6所示，对纤维进行Ti-B或（液态）金属钠表面涂层处理可以增加纤维与铝液的润湿性，防止过量的脆性相Al4C3生成。
图 9-9 模压成型制备金属基复合材料示意图 模压成型也是扩散结合的一种手段。将纤维/基体预制体放置在具有一定形状的模具中进行扩散结合，最终得到一定形状的最终制品。常用这种工艺制备各种型材（图9-9）。
3-4 超塑性成型/ 扩散结合 （SPF / DB）
超塑性：材料在低负载作用下，拉伸变形时不发生缩颈，也不发生断裂，延伸率可达 100% 到 2000% 的现象。塑性流变和应变速度的关系如下： = K (e ) m 式中 ：流变应力；e：应变速度；K：常数；m：应变速度敏感指数，衡量超塑性的重要参数。 影响超塑性的因素： 1) 形变速度：10 -4 ~10 -1 /分 2) 温度：> 0. 5T m ，达到相变临界点以下的某一温度可得到最大的m值和延伸率。 3) 晶粒度： 稳定、等轴、复相直径为0.5 5 m的细晶粒。
金属基复合材料的类型
金属基复合材料的类型金属基复合材料是一种由金属基体和增强体组成的复合材料。
金属基体通常占据主导地位，承担大部分载荷，而增强体则起到增强材料性能的作用。
根据增强体的类型、形状、尺寸和分布，金属基复合材料可分为多种类型。
以下是几种常见的金属基复合材料类型：1. 按增强体形状分类（1）颗粒增强金属基复合材料：增强体为颗粒状，如陶瓷颗粒、金属颗粒等。
这种复合材料具有较好的韧性和耐磨性，但强度和刚度相对较低。
（2）纤维增强金属基复合材料：增强体为纤维状，如碳纤维、玻璃纤维、硼纤维等。
这种复合材料具有较高的强度和刚度，但韧性和耐磨性相对较低。
（3）晶须增强金属基复合材料：增强体为晶须状，如氧化铝晶须、碳化硅晶须等。
这种复合材料具有较高的强度和刚度，较好的韧性和耐磨性。
2. 按增强体材料分类（1）陶瓷增强金属基复合材料：增强体为陶瓷材料，如氧化铝、碳化硅等。
这种复合材料具有较高的硬度和耐磨性，但韧性较低。
（2）金属增强金属基复合材料：增强体为金属材料，如不锈钢、钛合金等。
这种复合材料具有较高的强度和韧性，但耐磨性相对较低。
（3）塑料增强金属基复合材料：增强体为塑料材料，如聚四氟乙烯、聚酰亚胺等。
这种复合材料具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，但强度和刚度较低。
3. 按增强体分布方式分类（1）连续增强金属基复合材料：增强体呈连续分布，如纤维增强金属基复合材料。
这种复合材料具有较高的强度和刚度，但韧性和耐磨性相对较低。
（2）非连续增强金属基复合材料：增强体呈非连续分布，如颗粒增强金属基复合材料。
这种复合材料具有较好的韧性和耐磨性，但强度和刚度相对较低。
4. 按制备工艺分类（1）铸造法制备的金属基复合材料：采用铸造工艺将增强体与金属基体结合，如陶瓷颗粒增强铝基复合材料。
（2）粉末冶金法制备的金属基复合材料：采用粉末冶金工艺将增强体与金属基体结合，如碳纤维增强铜基复合材料。
（3）热压法制备的金属基复合材料：采用热压工艺将增强体与金属基体结合，如碳化硅晶须增强钛基复合材料。
金属基复合材料简介
金属基复合材料简介金属基复合材料（Metal Matrix composites,MMCs）主要是指以金属、合金为基体材料，以纤维、晶须、颗粒等高强度材料作为增强体，制备而成的一种复合材料。
MMCs的常用的制备方法有：粉末冶金法、原位生成复合法、喷射成形法、铸造凝固成型法等。
按照不同增强相可以分为连续纤维增强（主要有碳及石墨纤维、碳化硅纤维、硼纤维、氧化铝纤维、不锈钢丝和钨丝）、非连续纤维增强（包括碳化硅、氧化铝、碳化硼等颗粒增强，碳化硅、氧化铝、等晶须增强，氧化铝纤维等短纤维增强）和叠层复合三类复合材料。
引入增强相在一定程度上会改变基体材料的显微结构和组织，如亚结构、位错形态和晶粒尺寸等，从而提高和弥补了基体材料在某些性能上的缺陷，使得MMCs 具备高的比强度和比模量、耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数小、尺寸稳定性强、良好的导电和导热性等优异的物理和力学性能。
因此，MMCs已经取代了部分传统材料，并逐渐成为国内外材料科学研究的重点领域。
铜是人类发现最早并最实用的金属之一，因其具有优良的延展性，仅次于银的电导率，仅次于金银的热导率，一直以来备受重视。
但是，铜的力学性能(耐磨性、硬度、强度、抗蠕变性等)较差，限制了铜在工业和军事等领域的应用。
在众多MMCs中，铜基复合材料以其优异的导电、导热性能、耐腐蚀性以及良好的加工性而被广泛关注。
从二十世纪六十年代开始，铜基复合材料的相关研究逐渐开展，许多科学家在铜基体中加入了不同的增强体，发现该复合材料既保持了铜的优点，又弥补了铜力学性能上的不足。
时至今日，铜基复合材料的研究已经持续了几十年，形成了以颗粒增强铜基复合材料、纤维增强铜基复合材料、晶须增强铜基复合材料三大类别。
1、颗粒增强铜基复合材料颗粒增强铜基复合材料目的是将性能优异的颗粒均匀分散于铜基体，提高铜基复合材料的综合性能。
颗粒增强相产生的钉扎作用能够极大的阻碍位错的运动从而增强复合材料的强度，使铜基复合材料的力学性能、耐磨以及高温性能大幅提高。
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（b) Al基体和四种 SiCp/Al 复合材料的抗拉强度和屈
服强度如图
从图中可以看出抗拉强度和屈服强度有相
同的变化规律，即颗粒尺寸越小，复合材 料的屈服强度、抗拉强度均越高。
（c）Al基体和四种 SiCp/Al 复合材料的延伸率如图：
从图中可以看出复合材料的塑性均较基体大
幅度降低。复合材料的延伸率随着颗粒尺寸 的增加而增加，但当颗粒尺寸增加到 56μm 时，复合材料的延伸率反而下降。其中， MMC1 复合材料的延伸率最低(11.14%)，只 有纯 Al 延伸率的近 化来定性表征热残余应 力。复合材料基体(200)面间距与增强体颗粒尺寸 的关系如图：
（4）颗粒尺寸对复合材料拉伸性能的影响
（a）SiCp/Al 复合材料及纯 Al 拉伸的应力-应变曲 线如图所示：
由图可知复合材料的流变应力比纯 Al 的高，
且颗粒尺寸越小，流变应力提高的越明显； 颗粒尺寸越小，复合材料的加工硬化率越高。
（1）用粉末冶金方法制备体积分数为 20％ 的四种不同颗粒尺寸(1μm、5 μm、20 μm 和 56 μm)的 SiCp/Al 复合材料； (2）观察复合材料的微观组织结构； (3)测试含不同颗粒尺寸复合材料的室温拉伸 性能；
不同尺寸的SiC颗粒形貌：
粉末冶金法制备复合材料流程图：
实验结果及分析
（2） 颗粒尺寸对基体中位错密度的影响
由于 Al 基体与 SiC 颗粒热膨胀系数的巨大差
异，在复合材料热挤压完毕后由高温冷却到 室温时，基体与颗粒界面处产生较大的热错 配应力。随着冷却的不断进行，热错配应力 逐渐增大，当错配应力超过 Al基体的屈服强 度时，颗粒附近的基体会发生屈服变形，使 热错配应力得以部分松弛，同时会在近界面 区的基体中产生高密度的位错。
表面处理对颗粒表面形貌的影响
原始颗粒与不同方法处理后的颗粒表面形貌如下图：
上图表明：
方法1处理的颗粒钝化效果明显； 方法2处理的颗粒表面有众多蚀坑和锯齿状的刻 痕，比表面积增大，实现了颗粒粗化； 方法3处理的颗粒棱角有所钝化。
表面处理对颗粒物相组成的影响
3种方法处理后的SiC颗粒X射线衍射图谱如下：
由图可知： 方法1处理的SiC颗粒X射线衍射图谱中没有
出现SiO2的衍射峰，但在SiO2衍射峰位置 出现了弥散峰。 方法2 处理的SiC颗粒X射线衍射图谱中氟 锆酸钾（K2ZrF6)的衍射峰强度比较低但是 比较明显， K2ZrF6在SiC颗粒表面析出。 方法3处理的SiC颗粒X射线衍射图谱中无氧 化硅及其他杂质存在。
表面处理对复合材料组织的影响
用不同方法处理的SiC颗粒制备的复合材料金相组织如图：
由上图可以看出，用原始态SiC颗粒制备的复
合材料颗粒团聚现象严重，而经过3种表面处 理后的复合材料中颗粒分布的均匀性都有明 显的改善。
结论
（1）酸洗+高温氧化处理使SiC颗粒明显钝化，表 面被一层非晶态的SiO2膜包裹，颗粒表面状态得 到了改善； （2）碱洗+氟酸盐处理使SiC颗粒表面粗化， K2ZrF6在颗粒表面结晶析出； （3）碱洗+酸洗处理后SiC颗粒表面平直、干净， 棱角有所钝化； （4）SiC颗粒经各种工艺表面处理后，与原始态相 比，团聚现象明显减少。
（1）SiC颗粒尺寸对颗粒分布均匀性的影响
SiCp/Al 复合材料中的颗粒分布 （a）MMC1; (b) MMC5; (c) MMC20; (d) MMC56
从图中可以看出，制备出的复合材料中碳化
硅颗粒比较均匀的分布在基体中。增强体颗 粒尺寸越大，颗粒间距越大，分布越均匀。 对小尺寸的增强体颗粒，团聚现象也不太明 显。
• （5）拉伸断口形貌如图所示：
从图中可以看出，颗粒尺寸越小，复合材料
断口的韧窝和撕裂棱越多。 56μm 大颗粒增 强的复合材料呈现脆性断裂特征，颗粒的解 理断裂比较严重。
结论
a、复合材料的位错密度和热残余应力随着颗粒 尺寸的增大而减小。 b、复合材料的抗拉强度和屈服强度均随着颗粒 尺寸的增大而减小。 C、颗粒尺寸通过两种方式影响复合材料的变 形行为：位错强化机制和大颗粒断裂损伤弱 化机制。
2、影响颗粒增强金属基复合材料组织 性能的因素：
基体金属种类、增强体形貌和含量，界面结 合情况等是影响复合材料性能的主要因素。
（3）本报告研究内容：
通过实验分别研究SiC颗粒的尺寸及表面处理
对SiCp/Al复合材料组织性能的影响。
一、颗粒尺寸对SiCp/Al力学性能的 影响
实验内容：
颗粒尺寸及表面处理对 SiCp/Al 复 合材料组织性能的影响
综述
1、颗粒增强金属基复合材料特点：
（1）与传统材料相比，比强度高、刚度高、耐 疲劳、耐磨损、热膨胀系数低、尺寸稳定性 好。
（2）与其它增强体(长纤维、短纤维、晶须) 相比，成本低、制备和加工比较容易。
（3）性能的可设计性。可通过选择不同的基体、 增强体、生产和加工工艺、热处理工艺、增 强体颗粒的体积分数、颗粒形状和颗粒尺寸 等来改变复合材料的力学性能与热物理性能。
方法1（酸洗+高温氧化处理）：40%HF溶液 （40℃）酸洗3h+1100 ℃高温氧化10h.
方法2（碱洗+盐处理）：饱和NaOH溶液 (80 ℃恒 温)碱洗30min+80 ℃饱和氟锆酸钾（ K2ZrF6）溶液 恒温浸泡2h.
方法3（碱洗+酸洗）：20% NaOH溶液(80 ℃恒温) 碱洗30min+25%HCl溶液（50 ℃恒温）酸洗30min.
（二） SiCp表面处理对SiCp/6066Al 组织性能的影响
实验过程：
（1）实验材料:基体6066Al，增强体SiC为βSiC颗粒，平均粒度10μm； （2）采用3种方法对SiC颗粒进行表面处理； （3） SiC颗粒表面形貌分析； （4）制备复合材料； （5）复合材料组织分析及性能测试。
对SiC颗粒表面处理的3种方法：
利用 XRD 线性分析可以对样品的位错密度进
行表征，结果如下：
（3）颗粒尺寸对复合材料热残余应力的 影响
热残余应力的表征方法： 复合材料中的热残余应力是一种微观残余 应力，直接测量其大小是困难的。可用基 体的晶面间距变化表征复合材料基体中的 热残余应力。
利用 X 射线测量不同颗粒尺寸增强复合材料中基