金属基复合材料综述
金属基复合材料
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1、概述
3、分类
铝基复合材料 镁基复合材料 颗粒增强金属基复合材
料
基 体
钛基复合材料 镍基复合材料
增 强 体
短纤维、晶须增强金属
基复合材料
长纤维增强金属基复合
铜基复合材料
材料
层状复合材料
2、性能特点
较高的比强度与比钢度，耐磨损
优良的导电、导热性，
4、应用
MMCs在其它领域的应用
MMCs的其它应用涵盖制造业、体育休闲及基础建设领 域，既包括硬质合金、电镀及烧结金刚石工具、Cu基及Ag 基电触头材料等成熟市场，也包括TiC增强铁基耐磨材料 、Saffil纤维增强铝基输电线缆、B4C增强铝基中子吸收 材料等新兴市场。
4、应用
低密度、高刚度和高 强度的增强体颗粒加入到 钢铁基体中，在降低材料 密度的同时，提高了它的 弹性模量、硬度、耐磨性 和高温性能。目前应用最 多的是TiC颗粒增强铁基复 合材料，用作抗磨材料和 高温结构材料，性能明显 优于现有的工具钢。
超硬耐磨的TiC增强铁基复合材料
MMCs虽然并不是一种具有划时代意义的新材料，但它 是一种能根据具体需要设计组分、性能的人工复合材料， 一般MMCs均以轻合金为基体，因此具有重量轻、比弹性模 量和比强度高的优点，同时还具有高的疲劳抗力、耐磨抗 力、优良的热稳定性和传热能力，在交通运输机械、高速 机械以及电子、体育器材等领域均有较大的应用潜力，它 对运输业及高速机械工业尤其是汽车业的冲击将是巨大的 ，因此积极开发这种新材料对于促进机械工业的更新换代 、加快工业发展、在国际工业竞争中占据有利地位具有战 略意义。
MMC的发展和应用
目录
MMC概述 MMC的性能特点
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。
金属基复合材料
复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。
用途—制作切削各种钢的刀具.如:YT5刀具适合粗加工钢,YT15适合精加工钢,YT适合半精加工钢.
3.钨钛钽钴类硬质合金—由钴Co+WC+TiC+TaC压制烧结而成
牌号:YW 如:YW1 和 YW2
性能特点—兼具YG,YT优点,又称通用硬质合金及万能硬质合金.
用途：制作切削耐热钢及合金等难加工材料的刀具.
汽车工业。由于复合材料具有特殊的振动阻尼特性，可减振和降低噪声、抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成形，故可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。
化工、纺织和机械制造领域。有良好耐蚀性的碳纤维与树脂基体复合而成的材料，可用于制造化工设备、纺织机、造纸机、复印机、高速机床、精密仪器等。
不锈钢复合板是以碳钢基层与不锈钢覆层结合而成的复合板钢板。它的主要特点是碳钢和不锈钢形成牢固的冶金结合。可以进行热压、冷弯、切割、焊接等各种加工，有良好的工艺性能。不锈钢复合板的基层材料可以使用Q235B、16MnR、20R等各种普通碳素钢和专用钢。覆层材料可以使用304、316L、1Cr13和双相不锈钢等各种牌号的不锈钢。材质和厚度可以自由组合，满足不同用户的需要。不锈钢复合板已经广泛应用于石油、化工、盐业、水利电力等行业。不锈钢复合板作为一种资源节约型的产品，减少贵重金属的消耗，大幅度降低工程造价。实现低成本和高性能的完美结合，有良好的社会效益。
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
金属基复合材料概述
金属基复合材料的分类：按基体分：黑色金属基、有色金属基按增强体分：连续纤维增强金属基复合材料、非连续金属基复合材料（颗粒、短纤维、晶须）；混合增强、层板增强、自生增强金属基复合材料。
金属基复合材料的性能特点：力学性能：金属具有良好的塑形和韧性，加入适量的高强度、高模量、低密度的增强体，可显著提高复合材料的比强度和比模量。
导热、导电性能好，热膨胀系数小、尺寸稳定性好。
耐磨性好。
良好的高温性能良好的断裂韧性和抗疲劳性能（取决于增强体与金属基体的界面结合情况）。
制备方法：2.1、原位自生法2.2、粉末冶金法2.3、喷射沉积法2.4、搅拌铸造法2.5、挤压铸造法一．内生增强的金属基复材的特点.答：1.增强体试从金属体中原位形核、长大的热力学稳定相，因此，增强体表面无污染，避免了与基体相容性不良的问题，且界面结合强度高。
2.通过合理选择反应元素（或化合物)的类型、成分及其反应性，可有效地控制原位生成增强体的种类、大小、分布和数量。
3.省去了增强体单位合成、处理和加入等工序，因此其工艺简单，成本较低。
4.从液态金属基体中原位形成增强体的工艺，可用铸造方法制备形状复杂、尺寸较大的近净成形构件。
5.在保证材料具有较好的韧性和高温性能的同时，可较大程度地提高材料的强度和弹性模量。
补：外加增强的金属基复材的特点：1.颗粒表面有污染；2.界面结合差；3.润湿性。
二.金属基复材的特点. 答：1.高比强度、高比模量；2.导热、导电性能；3.热膨胀系数小，尺寸稳定性好；4.良好的高温性能；5.耐磨性好；6.良好的疲劳性能和断裂韧度；7.不吸潮，不老化，气密性好。
三增强体的作用.答:传递作用承受力，提高金属基体的强度、模量、耐热性、耐磨性等性能。
四.金属基复材增强体应有的基本特性答:1.增强体具有能明显提高金属基体某种所需特性的性能；2.增强体应具有良好的化学稳定性；3.与金属有良好的浸润性。
五选择增强体的原则. 答：1.力学性能：杨氏模量和塑性强度；2.物理性能：密度和热扩散系数；3.几何性：形貌和尺寸；4.物理化学相容性；5.成本因素。
金属基复合材料的研究
金属基复合材料的研究金属基复合材料（Metal Matrix Composites, MMCs）是一种具有优异性能的结构材料。
它是由金属基体和其他强化材料（如碳纤维、金刚石、陶瓷等）组成的。
它不仅具有金属材料的强度、刚度、导热性和导电性等特点，同时还具有强化材料特有的特性，如高温稳定性、减少磨损等。
近年来，随着复合材料技术的不断发展，金属基复合材料在汽车、航空、航天、军工等领域得到了广泛应用。
为了更好地满足应用领域的需求，金属基复合材料的研究受到了越来越多的关注。
一、金属基复合材料的制备方法制备金属基复合材料的方法主要有以下三种：1. 熔融混合法这种方法将强化材料悬浮在金属熔体中，通过搅拌和振动等方法将其分散均匀。
然后，熔融金属在模具中凝固，形成金属基复合材料。
2. 粉末冶金法这种方法是将金属和强化材料的粉末混合均匀，并将其压缩成为坯料。
然后在高温下烧结，使金属粉末相互结合，形成金属基复合材料。
3. 电磁力压缩法这种方法是将金属和强化材料粉末混合，利用高电流密度和磁场压缩，使其在几秒钟内形成金属基复合材料。
由于该方法具有高度控制性和高效率，因此在制备金属基复合材料中得到了广泛的应用。
二、金属基复合材料的性能金属基复合材料具有多种优异性能，主要体现在以下方面：1. 高强度和高硬度金属基复合材料中的强化材料可以有效地增加金属基体的硬度和强度。
例如，钢与碳纤维复合材料的抗拉强度可提高30%以上。
2. 良好的耐磨性和耐腐蚀性金属基复合材料中的强化材料具有优秀的耐磨性和耐腐蚀性。
例如，使用碳纤维增强的铝基复合材料在耐磨性和抗腐蚀性方面表现出色。
3. 高温性能金属基复合材料可以在高温环境下保持其性能。
例如，NiAl基复合材料在1200℃下仍能保持很好的力学性能和高温稳定性。
三、金属基复合材料的应用金属基复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景，已经在多个领域中得到了应用。
1. 汽车制造金属基复合材料在汽车制造中应用较为广泛，如碳纤维增强铝基复合材料被广泛应用于轻量化汽车零部件的制造。
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金属基复合材料简介及研究现状摘要: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、发展前景一、金属基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④混杂复合材料。
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。
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。
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。
综合归纳金属基复合材料有以下性能特点：A．高比强度、比模量B. 良好的导热、导电性能C．热膨胀系数小、尺寸稳定性好D．良好的高温性能和耐磨性E．良好的断裂韧性和抗疲劳性能F．不吸潮、不老化、气密性好二、金属基复合材料的制造工艺金属基复合材料品种繁多，其制造方法也因基体和增强物的不同，而有不同的制造方法。
归纳起来可以分成以下三类：（1）固态法将金属粉末或金属箔与增强物(纤维、晶须、颗粒等)按设计要求以一定的含量、分布、方向混合排布在一起，再经加热、加压，将金属基体与增强物复合粘结在一体形成复合材料。
金属基复合材料
金属基复合材料
金属基复合材料是一种由金属基体和其他非金属材料（如陶瓷、碳纤维等）组
成的复合材料。
它具有金属的高强度、刚性和导热性，同时又具有非金属材料的轻量化和耐腐蚀性能。
金属基复合材料在航空航天、汽车制造、电子设备等领域有着广泛的应用。
首先，金属基复合材料的制备方法有多种，其中包括粉末冶金法、热压法、热
处理法等。
粉末冶金法是将金属粉末与非金属粉末混合后，通过压制和烧结得到复合材料。
热压法是将金属基体和非金属材料层叠在一起，然后通过高温和高压进行热压，使两者紧密结合。
热处理法则是将金属基体与非金属材料进行热处理，使其在高温下发生化学反应，形成复合材料。
其次，金属基复合材料具有优异的性能。
首先，它具有高强度和高刚性，能够
承受较大的载荷，因此在航空航天领域得到广泛应用。
其次，金属基复合材料具有良好的导热性和导电性，能够有效地传递热量和电流，因此在电子设备中有着重要的作用。
此外，金属基复合材料还具有耐磨损、耐腐蚀等特性，能够在恶劣环境下长期稳定运行。
最后，金属基复合材料的发展前景广阔。
随着科技的不断进步，金属基复合材
料的制备工艺和性能将不断得到提升，其应用领域也将不断扩大。
未来，金属基复合材料有望在汽车制造、建筑领域等方面发挥更加重要的作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
综上所述，金属基复合材料具有制备方法多样、优异的性能和广阔的发展前景。
它在现代工业中有着重要的地位，为各个领域的发展提供了重要支撑。
相信随着科技的不断进步，金属基复合材料将会迎来更加美好的未来。
金属基复合材料
扩散结合的工艺过程
扩散结合工艺中，增强纤维与基体的结合主要分为三个关键
步骤：①纤维的排布；②复合材料的叠合和真空封装；③热压。 a)金属箔复合法 b)金属无纬带重叠法 c)表面镀有金属的纤维结合法
扩散结合的特点
采用扩散结合方式制备金属基复合材料，工艺相对复 杂，工艺参数控制要求严格，纤维排布、叠合以及封装 手工操作多，成本高。 但扩散结合是连续纤维增强并能按照铺层要求排布的 唯一可行的工艺。
3、金属基复合材料的界面优化及界面设计
改善增强剂与基体的润湿性以及控制界面反应
的速度和反应产物的数量，防止严重危害复合材料 性能的界面或界面层的产生，进一步进行复合材料 的界面设计，是金属基复合材料界面研究的重要内 容。
从界面优化的观点来看，增强剂与基体在润湿
后又能发生适当的界面反应，达到化学结合，有利 于增强界面结合，提高复合材料的性能。
界面优化以及界面设计一般有以下几种途径：
增强剂的表面改性处理 （1）改善增强剂的力学性能(保护层);
（2）改善增强剂与基体的润湿性和粘着性(润湿层);
（3）防止增强剂与基体之间的扩散、渗透和反应(阻挡 层); （4）减缓增强剂与基体之间因弹性模量、热膨胀系数 等的不同以及热应力集中等因素所造成的物理相容性 差的现象(过渡层、匹配层)。 常用的增强材料的表面(涂层)处理方法有：PVD、 CVD、电化学、溶胶-凝胶法等。 23
机械“锚固”力结合。
（2）浸润与溶解结合：第二类界面。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。如采用熔浸法制备钨丝增强镍基高温合金复合材料以 及碳纤维/镍基复合材料在600C下碳在镍中先溶解后析出的 现象等。 （3）化学反应结合：第三类界面。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。
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。
金属基复合材料
▪ 金属基复合材料(Metal Matrix Composite, MMC)，这一术语包括很广的成分与结构， 共同点是有连续的金属基体（包括金属间 化合物基体）。
▪ 目的：
▪ 把基体的优越的塑性和成形性与增强体的承受 载荷能力及刚性结合起来。
（2）、导热导电性能
虽然有的增强体为绝缘体，但在复合材料中占 很小份额，基体导电及导热性并未被完全阻断， 金属基复合材料仍具有良好的导电与导热性。
为了解决高集成度电子器件的散热问题，现已 研究成功的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、金 刚石颗粒增强铝基、铜基复合材料的热导率比纯 铝、铜还高，用它们制成的集成电路底板和封装 件可有效迅速地把热量散去，提高了集成电路的 可靠性。
(2)、层状增强复合材料
层状复合材料是指在韧性和成型性较好的金 属基体材料中，含有重复排列的高强度、高模量 片层状增强物的复合材料。
由于薄片增强的强度不如纤维增强相高，因 此层状结构复合材料的强度受到了限制。然而， 在增强平面的各个方向上，薄片增强物对强度和 模量都有增强效果，这与纤维单向增强的复合材 料相比具有明显的优越性。
3• ）合复金合化材•料--的-C界- 面纤提相高容维基性体纱稳定细性 ，难渗透浸润，抗折性差，反应活性较高。
短纤维和晶须在基体中为随机分布，因而性能在宏观上表现为各向同性。 为了解决高集成度电子器件的散热问题，现已研究成功的超高模量石墨纤维、金刚石纤维、金刚石颗粒增强铝基、铜基复合材料的热
• 基体材料可选变形铝、铸造铝、焊接铝及烧结铝。它们 导率比纯铝、铜还高，用它们制成的集成电路底板和封装件可有效迅速地把热量散去，提高了集成电路的可靠性。
金属基复合材料的断裂韧性和抗疲劳性能取 决于增强物与金属基体的界面结合状态，增强 物在金属基体中的分布以及金属基体、增强物 本身的特性，特别是界面状态，适中的界面结 合强度既可有效地传递载荷，又能阻止裂纹的 形成与扩展和位错运动，提高材料的断
金属基复合材料的研究及应用
金属基复合材料的研究及应用材料科学与工程领域一直是一道几十年难以逾越的技术障碍，其在当代科技领域中具有十分重要的应用，而在这一领域的一个分支，金属基复合材料的研究和应用越来越成为人们关注的焦点。
本文将从以下几个方面来探讨这个领域的发展和应用。
1. 金属基复合材料的定义和特点金属基复合材料，顾名思义，就是指金属作为基体，它可以被强化和增强的材料被称为复合材料。
金属基复合材料是由金属基体和强化相（如纤维、颗粒、层间化合物、液态甚至气体等）组成的。
它与传统材料相比，具有优异的特点，如较高的强度、坚韧度和刚度，良好的耐蚀性和耐高温性，使得它在航空航天、汽车工业、工具制造和建筑材料等领域具有广泛的应用前景。
2. 金属基复合材料的制备金属基复合材料的制备包括两种方法：机械变形和化学/物理合成。
机械变形包括拉延、轧制和挤压等，这些方法主要用于制备金属基纤维增强复合材料（MMCs），其中的强化相通常是高强度的碳纤维、陶瓷纤维或金属纤维。
化学/物理合成技术分为两大类：一类是在基体内及其表面上通过化学反应、物理沉积、溶液沉积等方法合成增强相；另一类是在高温下，通过化学反应在金属基体与增强相之间形成化合物或间金属化合物。
3. 金属基复合材料的应用金属基复合材料在航空航天、军事领域、船舶、汽车工业、建筑材料等领域具有广泛的应用前景。
在航空航天领域，金属基复合材料可用于制造高强度和耐高温零件，如涡轮机叶片、航空发动机叶盘、制动盘、燃气轮机叶片等。
在军事领域，金属基复合材料可用于制造高强度的防弹材料和炮弹外壳。
在汽车工业中，金属基复合材料的应用可减轻车辆重量，改善燃油经济性和行驶性能，降低零部件的维修和更换成本。
在建筑领域，金属基复合材料可用于制造高强度的支架、构件、框架等。
4. 未来金属基复合材料的发展趋势随着科技的进步，金属基复合材料的应用前景将更为广阔。
未来的研究趋势包括：优化基质材料性能、完善增强技术、加强性能预测与设计、改进制造工艺等。
金属基复合材料
图4-5 挤压铸造成型工艺流程
4.3.2.2 真空吸铸成型
成型方法：在铸型内形成一定负压条件，使液 态金属或颗粒增强金属基复合材料自下而上吸 入型腔增强材料预制件缝隙中制备复合材料部 件。真空度0.06～0.08MPa。
优点：制品无气孔、疏松和缩孔等缺陷，组织 致密，工艺参数易于控制，适合于各种增强材 料和形状复杂零部件的制造。
4.3.3 原位复合法 在一定条件下，通过元素与化合物之间的化学 反应，在金属基体内原位生成一种或几种高硬 度、高弹性模量的陶瓷增强相，从而达到强化 金属基体的目的。 4.3.3.1 定向凝固法 将某种共晶成分的合金原料在真空或惰性气氛 中通过感应加热熔化，通过控制冷却方向，进 行定向凝固，在基体中生长出排列整齐的条状 或层状共晶增强材料。其中连续相为基体，条 状或片状的分散相为增强体。主要作为高温结 构材料，用于发动机或涡轮叶片用三元共晶合 金Al-Ni-Nb，形成α相和β相的Ni3Al和Ni3Nb。 特点：增强体不是预先放置，而是在基体内部 就地生成与生长，具有优良的高温力学性能。 但可用的系统有限。
Al2O3短纤维体积 分数/%
屈服强度σb/MPa
断裂伸长率δ/%
0
230
15.0
8
266
5.0
15
297
4.0
20
321
3.0
表4-4 SiCw/Al复合材料和铝合金（6061T6）的力学性能
力学性能 拉伸强度/MPa 屈服强度/MPa 弹性模量/GPa 切变模量/GPa
泊松比 密度/g·cm-3
图4-3 热压扩散工艺过程示意图
图4-4 纤维表面包覆金属粉末的热压扩散 结合法
金属基复合材料
利用喷射金属熔体，将金属雾化成液滴，并与增强材料 （多数为颗粒增强材料）均匀结合，共同沉积成各种形状的 MMC材料或MMC铸件。
低压等离子沉积（LPPD）
利用LPPD法可以制备含有不同体积含量增强材料， 以及不同基体，不同分布相结合的层状MMC。金属粉末 或增强材料的粉末在等离子体高温下熔化（或熔融），并 分别在沉积基板上迅速固化，固化（凝固）速度可达 105~106 K/sec。这种方法制备的MMC主要是利用其比模 量和耐高温性能，层间强度稍差。
工艺方法： 该工艺将金属熔体加热至半固态；再将颗粒增强材料加
入处于半固态的金属熔体中，通过搅拌使颗粒在半固态金属 熔体中均匀分布，并取得良好的界面结；然后浇注成型或将 半固态复合材料注入模具进行压铸成型。
工艺原理： 将金属熔体的温度控制在液相线与固相线之间，通过搅
拌，使部分金属熔体中树枝状结晶体破碎成固相颗粒，当加 入预热或预处理后的增强颗粒时，在搅拌中增强颗粒因这些 固相颗粒而受阻，滞留在半固态金属熔体中，增强颗粒不会 结集和偏聚，而得到均匀的分散。
金属基复合材料的应用
由于金属基复合材料的优越性质在航空 航天领域，军工业和交通运输业上都有 广泛的运用。下表是金属基复合材料在 汽车工业的具体应用
谢 谢！
顶出
MMC典型压铸工艺示意图
压铸工艺对MMC性能的主要影响因素有：
1、熔融金属的温度； 2、模具的预热温度； 3、用的最大压力 4、加压速度等。
压铸法优点：
1、工艺设备简单； 2、复合材料的组织致密、无气孔； 3、铸件晶粒细化，性能高且稳定； 4、易于工业化生产，生产效率高，成本低。
半固态复合铸造（Compo Casting）
1）固态法：
金属基复合材料的基体材料概述
镍基复合材料：以镍及镍合金为基体这种复合材料主要是用于制造高温下工作的零部件，但目前由于制造工艺及可靠性等问题尚未解决，所以还未能取得满意的结果。
二、金属基体的物化性能
1.铝：铝是被选用最广的基体材料。铝为面心立方点阵，第三周期第三主族元素，原子数为13，原子核最外层电子有3个，密度2.72g/cm3,熔点660℃，导热和导电性能极好，化学性质活泼，但在大气中具有很好的抗腐蚀性（酸碱除外），具有很高的塑性和较低的强度，加工性能好。
（2）根据金属基复合材料组成特点。
选用不同类型的增强材料如连续纤维、短纤维或晶须，对基体材料的选择有较大影响。在连续纤维增强的复合材料中，基体的主要作用应是以充分发挥增强纤维的性能为主，基体本身应与纤维有良好的相容性和塑性，而并不要求基体本身有很高的强度。选用纯铝或含有少量合金元素的铝合金作为基体。对于非连续增强（颗粒、晶须、短纤维）金属基复合材料，基体的强度对复合材料具有决定性的影响，因此，要选用较高强度的合金来作为基体。一般选用高强度铝合金（如A365，6061，7075）为基体。
（3）按照使用温度
在低温（<450度）时，使用镁、铝基体的复合材料；用于450～700℃时，使用钛基复合材料，具有密度小、耐腐蚀、耐氧化、强度高等优点；高温（>1000℃）复合材料，主要有镍基、铁基、钼基和金属间化合物为基体的复合材料，目前比较成熟的是镍基复合材料。
结语：21世纪是一个材料科学发展迅猛的时代，作为人类文明的三大支柱，材料将在人们的生产生活中扮演者着日益重要的角色。而这其中尤以金属基复合材料为主。而随着新的材料制备技术的研制成功和廉价增强物的不断出现，金属基复合材料正越来越多地应用于汽车、机械、冶金、建材、电力等民用领域。显示出广阔的应用前景和巨大的经济效益和社会效益。这也正是材料科技工作者所要做的工作。
金属基复合材料
金属基复合材料
金属基复合材料（Metal Matrix Composites，MMC）是指用金
属作为基体，加入一定比例的增强材料，经过加工制备成具有优异性能和特点的复合材料。
金属基复合材料能够综合了金属的导热性、导电性和良好的可塑性，以及增强材料的高强度、高硬度和高耐磨性。
这使得金属基复合材料在许多领域具有广泛的应用。
金属基复合材料可以通过不同的方法制备，其中最常见的方法是粉末冶金法。
在这种方法中，将金属基体和增强材料的粉末按照一定比例混合，并通过热等静压、热变形等工艺进行成型。
然后经过热处理和后续的加工工艺，得到具有一定结构和性能的金属基复合材料。
金属基复合材料具有许多优点。
首先，金属基复合材料具有较高的强度和硬度，使其能够承受更大的力和压力。
其次，金属基复合材料具有优异的耐腐蚀性能，使其在恶劣环境下能够长期稳定运行。
此外，金属基复合材料还具有良好的抗疲劳性能和热膨胀性能，可以适应不同的工作条件和温度变化。
金属基复合材料在汽车、航空航天、电子、建筑以及军工等领域得到广泛应用。
在汽车领域，金属基复合材料可以用于制造发动机零部件、车身结构件和刹车系统等。
在航空航天领域，金属基复合材料可以用于制造发动机叶片、航空航天结构件和燃气轮机等。
在电子领域，金属基复合材料可以用于制造散热器、连接器和电子封装材料等。
在建筑领域，金属基复合材料
可以用于制造抗疲劳、抗震和耐久的结构材料。
总之，金属基复合材料是一种具有优异性能和特点的复合材料，广泛应用于各个领域。
随着科学技术的不断发展，相信金属基复合材料将会有更加广泛的应用前景。
金属基复合材料综述
金属基复合材料研究综述摘要：本文着重介绍了复合材料特别是金属基复合材料的分类，制备工艺及其主要的研究方向，应用领域。
最后总结金属基复合材料的前景及发展要求。
关键词：金属基复合材料制备工艺前景展望The present condition and prospects on Metal Matrix CompositesKang Yongqiang class Ⅱof Materials science and EngineeringAbstract：The Types,Fabricating Techniques,Principal Direction of Research of metal matrix composites are introduced in this paper.Respects and development requirements of metal matrix composite material is also described.Keywords: Metal-Matrix Composites ,Fabricating Techniques,development trend材料是社会发展的物质基础和先导, 而新材料则是社会进步的重要里程碑。
新材料技术是支撑当今人类文明的现代工业关键技术, 新材料技术一直是世界各国科技发展规划之中一个十分重要的领域,它与信息技术、生物技术、能源技术一起, 被公认为是当今社会及今后相当长时间内总揽人类全局的高技术。
复合化是新材料的重要发展方向, 也是新材料的重要组成部分和最具生命力的分支之一[1]。
复合材料已经发展成为与金属材料、无机非金属材料、高分子材料并列的四大材料体系之一。
先进复合材料是比原有通用复合材料具有更高性能的复合材料，包括各种高性能增强剂与耐温性好的热固性和热塑性树脂基体所构成的高性能树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、玻璃基复合材料和碳基复合材料，包括使用其力学性能的结构复合材料和使用其他性能的功能复合材料[2]。
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金属基复合材料综述专业：学号：姓名：时间：金属基复合材料综述摘要：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趋势。
关键词：金属基复合材料；分类；性能；应用；制备；发展趋势Abstract: The research development and application of new composites are one of the important matters in modern high science and technology. This paper summarizes the met al matrix composites and the development history of the present situation and the classific ation of the metal matrix composites, performance, application and preparation methods, w as reviewed, and put forward the metal matrix composites the problems existing in the res earch, discusses the metal matrix composites trend of development.Keywords: Metal matrix composites; Classification; Performance; Application; Preparation; Development trend.1.引言复合材料是继天然材料，加工材料和合成材料之后发展起来的新一代材料。
按通常的说法，复合材料是指两种或两种以上不同性质的单一材料，通过不同的复合方法所得到的宏观多相材料。
随着现代科学技术的迅猛发展，对材料性能的要求日益提高。
常希望复合材料即具有良好的综合性能，又具有某些特殊性能。
金属基复合材料是近年来迅速发展起来的高性能材料之一，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。
相信随着科学技术的不断发展，新的制造方法的出现，高性能增强物价格的不断降低，金属基复合材料在各方面将有越来越广阔的应用前景。
2.金属基复合材料的发展历程及研究现状20世纪60年代为满足发展高性能武器装备的军事需要，人们开始对金属基复合材料(MMCs)进行研究和开发。
70年代末，军事领域也开始强调经济性和风险性，政府军事采购的数量明显减少，使得高性能MMCs的开发和应用变得相当困难。
80 年代，成本低、加工性能好的非连续增强MMCs出现，使MMCs的研发复兴，也开始进入其它应用领域。
至今,MMCs 已成为继金属材料、无机非金属材料、高分子材料之后的第四大类材料，应用前景广阔。
MMCs 除了具有基体金属或合金具备的良好的导热、导电性能，抗苛刻环境能力，抗冲击、抗疲劳性能和断裂性能以外，MMCs还具有高强度、高刚度，出色的耐磨性能和更低的热膨胀系数(CTE)。
基体材料的改变，增强体材料、尺寸、形状和基体材料的改变，增强体材料、尺寸、形状和分布的几乎没有穷尽的组合，使MMCs具有多样性。
众多基体中，目前以铝、镁、钛基发展较为成熟。
增强体中以SiC的使用量最大，远远超出了其它复合材料；其次是Al2O3。
增强体不同，制造成本也有很大不同。
连续纤维增强MMCs要比颗粒增强MMCs价格高很多，短纤维和晶须增强MMCs价格居中。
3.金属复合材料的性能3.1结构性能强度和刚度是结构应用的两个最重要的特性。
轴向性能，石墨环氧复合材料(Gr)的比强度和比刚度远高于其它材料，Ti(f)和Al(f)的次之。
平面增强的Gr是 (在平面内)准各向同性的，且Gr比钛基复合材料(TMCs)廉价，比其它MMCs易得，注定了它是最大单向结构效率的首选材料。
典型的结构件必须承受多向载荷，因此单向复合材料的应用受到限制。
非连续增强MMCs的比强度和比刚度适中，易于获得，是最具竞争力的结构材料。
MMCs越来越多地应用于那些断裂敏感的场合，并被实践证明完全可以满足使用要求。
3.2热学管理性能热学管理是MMCs的一项很重要的应用，应用范围很广，包括计算机处理器的芯片基片，功率半导体设备和远程通信中的微波元件封装。
高的热导率是首要的性能，比热导率是运动系统中组件的一个非常重要的性能。
CTE是热学管理中第二重要的性能。
3.3用于精密装置的性能像磁盘驱动器、录像头、原子力显微镜的载物台、机械臂、惯性引导系统、人造卫星天线、高速制造设备和推进系统，在运行时承受很大的热梯度和机械应力的同时还要保持严格的尺寸公差。
对机械变形的抗力取决于材料的特性，比如刚度和密度，还有组件的几何形状和承受载荷的方式。
特定质量下具有更高的E/ρ值的材料具有更好的抗弹性挠曲的能力。
大的热导率能减小热梯度从而减小热诱导应力，所以增大λ/α有利于减小热诱导变形。
3.4耐磨性能耐磨性能是MMCs的众多性能中很重要的一项。
硬质增强颗粒的加入从本质上增强了基体金属的耐磨性能。
MMCs适于作耐磨材料，性价比更高，经济性能更好。
4.金属基复合材料的分类金属基复合材料的增强体是一些不同几何形状的金属或非金属材料。
目前，其增强相已有很多，重要的有氧化铝纤维、硼纤维、石墨(碳)纤维、SiC纤维、SiC晶须；颗粒型的有SiC、碳化硼、图化钛等；丝状的有钨、铍、硼、钢等。
金属基复合材料按其增强材料的几何形态可划分为五类。
(1)连续纤维增强金属基复合材料纤维增强金属基复合材料是利用无机纤维(或晶须)及金属细线等增强金属得到质量轻且强度高的材料，纤维直径从3～150mm(晶须直径小于 1 mm)，纵横比(长度直径)在102以上。
(2)短纤维增强金属基复合材料作为金属基复合材料增强体的短纤可分为天然纤维制品和短切纤维。
天然纤维主要是一些植物纤维和菌类纤维索等，长度一般为35～150 mm；短切纤维一般是由连续纤维(长纤维)切割而成，长度 1～50 mm，用于金属基复合材料短纤维增强体的材料主要有Saffil－Al2O3、Al2O3－SiO2、SiC等。
(3)晶须增强金属基复合材料晶须是指在特定条件下以单晶的形式生长而成的一种高纯度纤维，其原子排列高度有序，几乎不含晶界位错等晶体结构缺陷，有异乎寻常的力学性能。
(4)颗粒增强金属基复合材料颗粒增强金属基复合材料是利用颗粒自身的强度，其基体起着把颗粒组合在一起的作用，颗粒平均直径在1微米以上，强化相的容积比可达90％。
常用作金属基复合材料增强体的颗粒主要有：SiCAl2O3、TiC、TiB2、NiAl、Si3N4等陶瓷颗粒，以及石墨颗粒，甚至金属颗粒。
(5)混杂增强金属复合材料对上述四种单一的增强形式进行有机的组合就形成了混杂增强。
增强体的混杂组合可分为三种：颗粒－短纤维(或晶须)连续纤维－颗粒、连续纤维－连续纤维、在短纤维或晶须的预制件中，易出现增强的粘结、团聚现象，颗粒的混入可以解决这一问题与单一的增强金属基复合材料相比，可以大幅度提高材料的横向强度，改善材料的力学性能。
5.金属基复合材料的应用5.1地面运输汽车行业中的主要应用包括局部增强的柴油机活塞，局部增强的Al发动机组的缸体，进气阀和排气阀，驱动轴和连杆，制动组件(刹车盘、转子和卡钳)，混合式车或电车的电源模块。
5.2热学管理热管理零件具有很高的附加值，通常是每平方英寸几美元。
这方面应用最多的是Cu/Mo 和Cu/W。
以前多采用液态金属浸渗来制造，现在用P/M法，可以实现近净成形工艺，用搅拌铸造、液态浸渗、P/M的方法制造的Al/SiC正被越来越广泛地应用。
用P/M法制得的Be/BeO 用于高性能的场合。
AlBeMet是金属/金属复合材料，通常用P/M或铸造方法制造，应用于需要良好结构性能的热管理零件。
5.3航空航天航空学的MMCs应用已经建立起了飞机结构学、飞机推进学和辅助系统三类。
飞机结构组件包括F16飞机的机腹尾翼、燃料通道门盖板,欧洲直升机EC120 和N4直升机的转子叶片。
5.4工业、娱乐业和基础设施工业工业应用包括硬质合金、金属陶瓷、电镀和浸渍金刚石刀具，铜和银MMCs 电触点，石化行业的抗腐蚀涂层。
TiC增强的铁和镍合金具有出色的硬度和良好的耐磨性能，在工业中应用广泛：切削、轧制、制粒、冲压、冲孔、金属热加工、拉拔、模锻、钻孔等；制作的零件包括：锻锤、冲压模、罐装工具、压纹辊、止回阀、挤压机喷嘴、弯曲模、挤压模、热锻模模衬等。
6.金属基复合材料的制备工艺6.1制备工艺与分析金属基复合材料的复合制备工艺复杂、技术难度较大，但制备技术研究是决定该类材料迅速发展和广泛应用的关键问题。
所以，研究开发实用有效的制备方法一直是金属基复合材料的重要问题之一目前，虽然已经研制出不少复合工艺，但都存在一些问题。
按照制备过程中基体的温度，将其工艺分为液相工艺、固相工艺和液－固两相工艺、液相复合工艺。
6.2液相工艺搅拌复合工艺搅拌复合工艺又称搅拌铸造法，是通过机械搅拌装置使颗粒争强体与液态金属基体混合，然后通过常压铸造或真空常压铸造或压力铸造制成复合材料锭子或零件。
浸渗复合工艺浸渗工艺包括高压气压无压浸渗三种，该制备技术已用于制造Toyoto发动机活塞。
液态金属浸渗法是一种制备大体积分数复合材料的好方法，但是存在预制块的变形、微观结构不均匀、晶粒尺寸粗大和界面反应等缺点。
(1)挤压铸造挤压铸造是将增强体材料制成一定形状并有一定强度的预制体，再将金属液浸渗到预制体中，保压凝固而成。
(2)气压浸渗气压浸渗能有效防止金属和增强体的氧化，限制了界面反应，改善界面，提高了浸润性，减少了出现气孔等缺陷的几率。
由于其制造过程气压不超过10 MPa，所以零件不易开裂。
但是，低气压浸渗难以制造大型件，生产效率低，工艺步骤多，周期长。
(3)无压浸渗无压浸渗是金属液体在没有外压力和真空的条件下，自发地渗入预制体间隙，冷却凝固获得致密的复合材料喷射共沉积复合工艺喷射共沉积复合技术克服了粉末冶金含氧量大、搅拌复合界面反应严重的缺点。
其最大的工艺特粒和不连续纤维等容易堵塞喷口。
6.2固相复合工艺粉末冶金法粉末冶金法采用热压或热静压的方法使材料扩散复合，从而制成复合材料锭块该技术对基体合金和增强体的限制少，增强体体积分数易调节控制，这点也是铸造法难以比拟的，且经二次加工增强体分布均匀，基体晶粒细小，性能稳定扩散结合工艺扩散结合工艺是在低于基体合金熔点的适当温度下施加高压，通过与基体发生的塑性变形蠕变以及扩散，将基体与基体基体与增强体紧密结合，从而得到完全压实的金属基复合材料的方法该方法能有效抑制复合材料的界面反应，解决润湿性问题，是连续纤维增强体金属基复合材料的主要制备方法但仅能生产平板状或低曲率板等形状简单的构件6.3固液两相区复合工艺流变铸造法流变铸造法是对处于固－液两相区的熔体施加强烈搅拌形成低粘度的半固态浆液，同时引入陶瓷颗粒，利用半固态浆液的触变特性分散增强相，阻止陶瓷颗粒的下沉或漂浮，保证陶瓷颗粒弥散分布于金属熔体中，但存在搅拌工艺所有的问题，仅适用于凝固区间较宽的金属，也存在界面反应颗粒偏析等问题固液两相区热压复合工艺固液两相区热压复合工艺具有流变性，可进行流变铸造；半固态浆液具有触变性，可将流变铸造锭重新加热到所要求的固相组分的软化度，送到压铸机中压铸，由于压铸时浇口处的剪切作用，可恢复其流变性而充满铸型，此称作触变铸造颗粒或短纤维增强材料加入到强烈搅拌的半固态合金中由于半固态浆液中球状碎晶粒子对添加粒子的分散和捕捉作用，既防止了添加粒子的上浮下沉和凝聚，又使添加粒子在浆液中均匀分散，改善了润湿性，促进界面结合。