8 金属基复合材料的制备与加工
第3章金属基复合材料的制备工艺原理
第3章金属基复合材料的制备工艺原理金属基复合材料是由金属基体和强化相组成的一种新型材料。
其制备
工艺原理涉及到材料选择、制备方法和工艺参数的确定等。
首先，在金属基复合材料的制备中，应选择适合的金属基体和强化相
材料。
金属基体应具有良好的塑性和可加工性，通常选用铝合金、钛合金
等作为基体材料。
强化相可以是颗粒、纤维或板材等形式，常用的强化相
材料有碳纤维、陶瓷颗粒、金属颗粒等。
其次，制备方法是影响金属基复合材料性能的重要因素。
常见的制备
方法有热压、热处理、力学合金化等。
热压是将金属粉末和强化相混合后
在高温高压下进行压制制备的方法。
热处理是通过固溶处理、时效处理等
工艺来调控材料的晶体结构和性能。
力学合金化是在固态或液态条件下通
过机械力使金属基体与强化相达到均匀分散的方法。
最后，工艺参数的确定也是制备金属基复合材料的重要环节。
工艺参
数包括温度、压力、时间和气氛等，对于金属基复合材料的微观结构和性
能有着重要影响。
合理调控工艺参数可以实现金属基复合材料的定向生长、晶体定向、相变控制等。
总体而言，金属基复合材料的制备工艺原理可以简单概括为选择合适
的金属基体和强化相材料，通过适当的制备方法和工艺参数来调控材料的
微观结构和性能。
在制备过程中需注意材料的相容性、界面反应等问题，
以确保金属基复合材料的质量和性能。
同时，也要密切关注环保和节能问题，选择可持续发展的制备工艺，推动金属基复合材料的应用与发展。
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。
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。
金属基复合材料制备的主要工艺及难点
金属基复合材料制备的主要工艺及难点作者：方华攀来源：《数字化用户》2013年第21期【摘要】本文对金属基复合材料研究背景、特征、制备方法及其原理进行分析，并探索性提出制备的关键技术和难点，最后做出一些展望。
【关键词】金属基复合材料性能关键技术一、背景20世纪60年代，美国航天飞机主舱体的主龙骨的支柱就采用了硼纤维增强铝基复合材料；20世纪80年代初期，逐渐强化对碳纤维增强铝基复合材料制备工艺技术研究力度，如压铸、半固态复合铸造以及喷射沉积和原位金属直接氧化法、反应生成法。
80年中期开始加强对金属基复合材料界面稳定性研究。
二、金属基复合材料特征性能内容高强度、高模量、低密度的增强纤维的加入，使MMC的比强度和比模量成倍地提高；良好的高温稳定性和热冲击性。
金属基体的高温性能比聚合物高很多，加上增强材料主要为无机物，在高温下具有很高的强度和模量，因此MMC比基体金属具有更高的高温性能；热膨胀系数小、尺寸稳定性好；良好的导热性；不吸潮、不老化、气密性好。
三、MMC的制备工艺和制备方法研究金属基复合材料的制备工艺研究主要包含以下几个方面：金属基体和增强物的结合方式和结合性；增强物在金属基体中的混合分布情况；降低成本，复合材料硬度、稳定性的提升；避免连续性纤维在制作中的出现伤损状况。
目前制备方法有固态法，液态法，喷涂喷射沉积，原位复合等。
（一）固态法。
固态法指在制备过程中把纤维、颗粒等与金属基体按照原始设计要求，通过低温、高压条件将二者复合粘结，最终形成金属基复合材料。
该制备方法整个工艺保持在低温环境下、且金属材料和纤维、颗粒等增强物状态呈现为固态、界面反应不严重。
固态法制备工艺包含以下两个方面：1.扩散结合。
扩散结合是指金属材料在一定温度和压强下，把新鲜清洁表面的金属和增强材料，通过表面原子的互相扩散而连接在一起的固态化焊接技术。
如图2.粉末冶金。
粉末冶金（Powder Metallurgy）适应范围广，对于长纤维、短纤维、颗粒性金属基增强材料的制备都适合，粉末冶金制作工艺是将金属材料和增强物（颗粒、纤维等）按照一定要求混合，并经过压制、烧结及后期一系列处理工艺制成金属基复合材料。
金属基复合材料的制备方法
金属基复合材料的制备方法
金属基复合材料是由两个或多个成分组成的材料，其中金属是主要组成部分，而其他成分通常是陶瓷、化学物质或其他金属。
这种复合材料具有良好的力学性能、高温抗性和耐腐蚀性能，可以被广泛应用于航空、航天、汽车、建筑等多个领域。
制备金属基复合材料的方法有很多种，下面我们将介绍其中几种：
1.混凝土铸造法
混凝土铸造法是一种简单的制备方法。
首先，选择需要混合的金属和非金属材料，并将它们进行粉碎，然后将粉末混合在一起。
接下来，在混合后的粉末中添加一定量的液相，使其形成可铸造的浆状物。
最后，将浆状物铸入模具中，进行加热和固化，制得所需的金属基复合材料。
2.电弧熔融法
电弧熔融法是一种在高温下将金属和非金属材料融合在一起的制备方法。
首先，在一个熔炉中加入所需的金属和非金属材料，然后通过电弧的作用进行熔化。
在熔融状态下，通过搅拌和浇铸等操作，将金属和非金属材料均匀地混合在一起。
最后，将熔融的金属基复合材料流入模具中，进行冷却和固化，最终得到所需的复合材料。
3.机械合金化法
机械合金化法是通过高能球磨器将金属和非金属粉末进行混合，再在高温下进行烧结，从而制备金属基复合材料的方法。
球磨过程中，金属和非金属粉末不断地被重复压缩和剪切，从而形成了一个均匀的混合。
在烧结过程中，粉末经过高温加热，原子之间将相互扩散和融合，最终形成金属基复合材料。
总之，金属基复合材料的制备方法多种多样，需要根据不同的材料和应用领域选择合适的方法。
未来随着科技的不断发展，金属基复合材料的制备方法也将不断地发展和完善，为各个领域提供更加优质的材料。
金属基复合材料的制作工艺流程
金属基复合材料的制作工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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在进行金属基复合材料的制作之前，需要进行充分的准备。
金属基复合材料固相制备
不同制备参数对复合材料致密度和显微硬度的影响
粉末冶金法制备金属基复合材料实例
不同制备参数对复合材料致密度和显微 硬度的影响
粉末冶金法制备金属基复合材料实例
Ni包覆TiC颗粒增强
H13钢复合材料
H13钢本身具有较好
的高温强度和耐热性 能，但材料的寿命较 短，通过引入强度高、 热膨胀系数低、耐热 性优良的TiC颗粒增 强相，可以提高整体 材料的服役性能。
目录Biblioteka 金属基复合材料固相制备固相制备实例
粉末冶金法制备金属基复合材料实例
Cu /TiB2 复合材料 TiB2具有高熔点、高化学稳定性、高硬度。高模量
和刘昂好的耐腐蚀性，同时具有良好的导电性和整 的电阻温度系数。由于TiB2颗粒的存在，是位错移 动阻力增加，可以实现基体强化，提高强度和硬度。 作为第二相粒子均匀弥散在铜基体中，不损害传导 性能。
金属基复合材料的固相制备
目录
金属基复合材料固相制备
固相制备实例
金属基复合材料加工的特点和难点
制备工艺复杂 加工温度高
合金基体与增强体容易 发生不利的化学反应 合金基体对金属 基的浸润性差，需要进行表面处理和适当的 加压工艺
界面反应控制困难
常用制备工艺概况
金属基复合材料的固相制备法
热压扩散法制备金属基复合材料实例
Ti-Al复合电极材料 Ti是作为金属阳极材料的最佳基体选择，但Ti的电阻
率高，极大程度影响了电极材料的电化学催化性能。
操作：将经过表面处理的Ti板和Al板置于Ar气氛围内的热压扩散焊 接炉中进行焊接处理
热压扩散法制备金属基复合材料实例
Ti-Al复合电极材料与 纯Ti电极具有相似的 极化曲线。当电极电 位大于1.08V时，电极 的交换电流密度都有 较明显的变化，且TiAl电极的电流密度增 强明显更快，电化学 性能明显提高。
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
包括：物理气相沉积法、化学气相沉积法、热喷涂法、 化学镀和电镀法、复合镀法等。
一、固态制备技术
1.1粉末冶金技术 粉末冶金法是一种用于制备与成形颗粒增强(非连续
增强型)金属基复合材料的传统固态工艺法。
工艺过程：
粉末冶金生产工艺
1.2热压技术
扩散黏结：在较长时间、较高温度和压力下，通过固态焊接 工艺，使同类或不同类金属在高温下互扩散而黏结在一起的 工艺方法。
常用的热喷涂的主要方法如下：
1)火焰喷涂 2)电弧喷涂 3)等离子喷涂(气体导电（或放电）所产生的等离
子电弧作为高温热源 )
讲完了~
性、良好的抗粘着能力和优越的耐蚀性。
化学气相沉积的装置如图,以在钢件表面沉积TiC涂层为 例，将反应气体TiCl4与气态或蒸发状态的碳氢化合物一 起导入真空、高温的反应室内，用氢作为载体和稀释剂， 就会发生化学反应生成TiC沉积在基体表面。
3.3热喷涂技术
指以某种热源，将基体材料加热到熔化或熔融状态后， 用高压高速气流将其雾化成细小的颗粒喷射到增强材料上， 形成一层覆盖层的过程。
三阶段： ➢粘结表面之间最初接触 ➢增强材料与合金粉末发生界面扩散和体扩散→接触面 粘结 ➢结合界面最终消失，粘结过程完成
热压技术：
1.3热轧、热挤压和热拉拔技术（变形法）
形变法就是利用金属具
轧制
有塑性成型的工艺特点，
通过热轧、热拉、热挤压
等加工手段，使已复合好
的颗粒、晶须、短纤维增
强金属基复合材料进一步
加工成板材。
挤压 拉拔
1.4爆炸焊接技术
二、液态制备技术
2.1真空压力浸渍技术 真空压力浸渍法是在真
空和高压惰性气体的共同 作用下，使熔融金属浸渗 入预制件中制造金属基复 合材料的方法。
金属基复合材料(MMC)制备工艺
contents
目录
• 引言 • 金属基复合材料的制备方法 • 金属基复合材料的制备工艺流程 • 金属基复合材料的应用与发展前景
01 引言
金属基复合材料的定义与重要性
金属基复合材料是由两种或两种以上材料组成的新型材料，其中一种材料为金属 ，其他材料为增强体（如陶瓷、玻璃、碳纤维等）。这种材料具有优异的力学性 能、物理性能和化学性能，广泛应用于航空航天、汽车、能源、电子等领域。
电子工业
用于制造电子产品的外壳、散 热器、连接器等，以提高导热 、导电和绝缘性能。
医疗器械
用于制造医疗器械，如牙科植 入物、手术刀等，以提高生物
相容性和耐腐蚀性能。
金属基复合材料的发展趋势与挑战
发展趋势
随着科技的进步，金属基复合材料的 应用领域不断扩大，新型的制备技术 和复合材料不断涌现，如纳米增强复 合材料、自修复复合材料等。
制备工艺中的问题与解决方案
界面反应控制
在制备过程中，金属基体与增强相之间可能发生界面反应， 影响材料性能。通过选择合适的金属基体和增强相、控制 制备工艺参数等措施来控制界面反应。
增强相分散
为了获得均匀的复合材料，需要确保增强相在基体中均匀 分散。采用适当的分散剂和搅拌方式，提高增强相的分散 效果。
挑战
金属基复合材料的制备成本较高，性 能稳定性有待提高，同时环保法规对 材料生产和废弃处理提出了更高的要 求。
金属基复合材料的前景展望
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激光熔覆法
利用激光束将增强体与金属基体 熔化混合，快速冷却固化后形成 复合材料。
03 金属基复合材料的制备工 艺流程
原材料的选择与处理
金属基复合材料制备
金属基复合材料制备金属基复合材料是指以金属作为基体，并添加一种或多种金属、非金属或有机物作为增强相，经一系列工艺制备而成的一种新型材料。
金属基复合材料具有金属的导电、导热、强度高等优点，同时又能克服金属材料的缺点，比如低的自重和高的成本。
因此，金属基复合材料具有广泛的应用前景，并被广泛运用于航空航天、汽车制造等领域。
一种常见的制备方法是粉末冶金法。
这种方法首先需要制备金属和增强相的可压粉末，然后通过压制、烧结等工艺将其烧结成块状材料。
具体操作步骤如下：1.混合：将金属和增强相的粉末按一定比例混合均匀，可以使用球磨机等设备进行混合。
2.压制：将混合好的粉末放入模具中，并施加一定的压力，压制成所需形状的绿体。
压制的压力和时间要根据材料的性质进行适当的控制。
3.烧结：将压制好的绿体置于高温炉中进行烧结。
在烧结过程中，金属和增强相之间会发生扩散反应，从而形成金属基复合材料的相。
另一种常见的制备方法是熔体复合法。
这种方法利用金属的熔化性质，在熔融状态下将增强相加入金属中，并通过一系列工艺制备所需的金属基复合材料。
具体操作步骤如下：1.准备金属和增强相：首先需要准备金属和增强相的原材料，可以选择适当的金属粉末、非金属粉末或有机物。
2.混合：将金属和增强相的原材料混合均匀，可以使用球磨机等设备进行混合。
混合时，可以根据需要添加一些助熔剂或增塑剂。
3.加热熔融：将混合好的原材料置于高温炉中进行加热，使其达到熔融状态。
加热温度和时间要根据材料的熔点和熔化性质进行适当的控制。
4.凝固：将熔融状态的金属和增强相冷却至固态，并形成金属基复合材料的块状。
除了上述制备方法，还有其他制备方法，比如穿梭法、叠层法等。
这些制备方法在不同的材料和需求下有不同的适用性。
金属基复合材料制备中需要注意的一些问题包括原材料的选择、混合均匀性、压制参数的选择、烧结温度的控制等。
此外，制备中还需要对所得到的材料进行性能测试和微观结构观察，以进一步确认制备的成功与否，并对其性能进行评估。
金属基复合材料制备工艺
碳纤维 硼纤维 SiC纤维 氧化铝纤维
铝合金——固态、液态法 镁合金—— 固态、液态法 钛合金—— 固态法 高温合金——固态法 金属间化合物——固态法
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
2.1金属基复合材料制备工艺旳分类： 1）固态法：粉末冶金法、真空热压扩散结合、
热等静压、超塑性成型 / 扩散结合、模压。 2）液态法：液态浸渗、真空压铸、反压铸造、
预制块旳制备工艺流程图
37
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
烘干与烧结处理工艺
38
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
SiC颗粒预制块
39
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
SiCp/Al复合材料
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文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
影响复合材料质量旳主要原因
（1）预制块旳质量（均匀、无裂纹、无气泡、一定强度） （2）模具和预制块旳预热温度（铝合金约500℃） （3）浇注温度（一定过热度） （4）渗流压力（致密度） （5）保压时间（300s左右）
热压法工艺流程
在增强材料上铺金属箔
裁剪成形
加热至所需温度
加压与保压
抽真空
冷却取出制品 并加以整顿
19
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
影响扩散粘结过程旳主要参数是：温度、压力和一定温度及压力 下维持旳时间。另外，气氛对质量也有较大影响。
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文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
扩散粘结过程分为三个阶段：
不连续增强相金属基复合材料旳制备工艺
颗粒 晶须 短纤维
铝合金—固态、液态、原位生长、喷射成型法 镁合金—液态法 钛合金—固态、液态法、原位生长法 高温合金—原位生长法 金属间化合物—粉末冶金、原位生长法
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。
金属基复合材料的制备与应用
金属基复合材料的制备与应用金属基复合材料指的是由两种或两种以上的材料组成的一种新型材料，其中金属本身是基体，而其他材料则充当增强相。
这种材料的研制旨在弥补单一金属材料的缺陷，具有不同的特性，例如高强度、耐腐蚀、耐磨损、高温性能等，可广泛应用于航空、航天、军工、船舶、汽车、机械等领域。
目前，金属基复合材料的制备方法主要有以下几种：1. 粉末冶金法该方法是将金属粉末和增强相粉末混合，经过预压、烧结、热挤压等工艺加工成型。
这种方法制备的复合材料具有优秀的耐磨损和高温性能，可用于制造高强度的齿轮、轴承等机械件。
2. 熔融渗透法该方法是将金属基体和增强相共同置于高温下，使金属基体熔化，增强相被熔体渗透包覆，并经过冷却凝固。
这种方法制备的复合材料耐腐蚀性能好，可用于海洋船舶、化工设备等领域。
3. 机械合金化法该方法是将金属粉末和增强相粉末在球磨机中进行强烈的扰动，使两种材料互相摩擦、碰撞，形成均匀的混合体，并通过烧结、热挤压等工艺制备成型。
这种方法制备的复合材料具有良好的韧性和耐磨损性能，可用于汽车零部件、电气连接器等领域。
除了上述的制备方法外，还有无压浸渗法、电弧熔覆法、激光熔覆法等制备方法，这里不作详细介绍。
金属基复合材料的应用领域十分广泛，下面就几个典型的应用领域做简单介绍：1. 航空航天领域由于金属基复合材料具有重量轻、强度高、抗热、抗腐蚀等特点，能够大幅度减轻飞机和航天器的整体重量。
例如，采用SiCp/Al复合材料制造的翼条重量只有传统翼条的一半，可以大大节约燃料并提高飞行速度。
2. 汽车领域金属基复合材料可用于制造汽车底盘、发动机零部件等。
例如，采用铝基复合材料制造的汽车发动机配件比传统材料制造的零部件轻60%~70%，并节省了30%的燃油。
3. 电子通讯领域金属基复合材料可用于制造导电接触材料、散热器等。
例如，采用Cu/Al2O3复合材料制造的散热器具有良好的散热性能和机械强度，可以满足电子产品对热量和重量方面的要求。
金属基复合材料的制备工艺
金属基复合材料的制备工艺
金属基复合材料的制备工艺可以分为以下几个步骤：
1. 原料准备：选择适合的金属基材料和增强相材料，并对其进行粉末制备或切割成片状。
2. 表面处理：对金属基材料进行表面清洁和处理，如去除氧化物、脱脂、酸洗等，以提高材料的表面活性和粘接性能。
3. 混合和均匀分散：将金属基材料和增强相材料按一定比例混合，并采用机械搅拌或球磨等方法使其均匀分散。
4. 制备基体：将混合均匀的金属基材料放入模具中，经过挤压、压制、热压等方式制备金属基体。
5. 烧结或熔化：将制备好的金属基体进行烧结或熔化处理，以使金属基体中的金属颗粒相互结合，形成金属基体的致密结构。
6. 合金化或连接：对金属基体进行合金化处理，通过化学反应或物理方法使增强相与基材结合更为牢固。
7. 后处理：对制备好的金属基复合材料进行除气、热处理、冷却等后处理工艺，
以提高材料的性能和品质。
8. 检验和测试：对制备好的金属基复合材料进行物理性能、化学成分、微观结构等方面的检验和测试，以确保材料符合要求。
以上是金属基复合材料制备的一般工艺流程，具体的制备过程和工艺参数会根据材料和应用的需求而有所调整。
金属基复合材料MMC课件
高性能结构件
金属基复合材料具有高强度、高刚性和轻量化的特点，适用于制 造航空航天领域的高性能结构件。
耐高温性能
金属基复合材料能够承受高温环境，适用于制造飞机和火箭的燃烧 室和喷嘴等部件。
减振降噪性能
金属基复合材料的减振降噪性能较好，可用于制造飞机和火箭的起 落架和机身等部件。
电子封装材料的应用
散热性能
新材料与新技术的研发
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高性能增强相的研发 利用新材料如碳纳米管、陶瓷纳米颗粒等，提高 金属基复合材料的力学性能和热稳定性。
金属基复合材料的制备技术 研究新的制备方法，如原位合成、喷射沉积、激 光熔覆等，以实现高效、低成本的生产。
多功能金属基复合材料 开发具有导电、导热、磁性等功能的新型金属基 复合材料，满足不同领域的应用需求。
分类
根据增强体的不同，金属基复合材料可分为连续增强金属基复合材料和非连续 增强金属基复合材料。
金属基复合材料的特性
高比强度和比模量
可设计性强
金属基复合材料具有较高的比强度和 比模量，能够满足轻量化设计的需求。
通过选择不同的增强体和金属基体， 可以定制金属基复合材料的性能，满 足各种应用需求。
良好的热稳定性和耐磨性
车、高尔夫球杆等。
医疗器械
用于制造医疗器械，如 手术刀、牙科工具等， 提高医疗器械的耐用性
和可靠性。
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金属基复合材料的制备方法
粉末冶金法
粉末冶金法是一种常用的制备金属基复合材料的方法，通过将增强体（如碳纤维、陶瓷颗粒 等）与金属粉末混合，经过压制、烧结和热等静压等工序，制备出具有优异性能的金属基复 合材料。
界面设计与优化
01
02
03
界面类型
金属基复合材料的制备工艺原理PPT课件
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制造技术应具备的条件
(1) 使增强材料均匀地分布金属基体中，满足复合材料结构和强度要求; (2) 能使复合材料界面效应、混杂效应或复合效应充分发挥; (3) 能够充分发挥增强材料对基休金属的增强、增韧效果; (4) 设备投资少，工艺简单易行，可操作性强；便于实现批量或规模生产; (5) 能制造出接近最终产品的形状，尺寸和结构，减少或避免后加工工序.
积法以及电解法。 不锈钢真空球磨罐
QM-星行球磨机
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2、压制成坯块
成型的目的是 制得一定形状和 尺寸的压坯，并 使其具有一定的 密度和强度。成 型的方法基本上 分为加压成型和 无压成型。加压 成型中应用最多 的是模压成型。
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液压机原理图
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热等静压法
• 热等静压（Hot Isostatic Pressing，简称HIP）工艺是将 制品放置到密闭的容器中，向制品施加各向同等的压力， 同时施以高温,在高温高压的作用下，制品得以烧结和致密 化。
• 也是热压法的一种。采用惰性气体加压，工件在各个方向 上受到均匀压力的作用。
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在热等静压机中处理的人工 关节 , 用于消除在铸造过程中 形成的内部微空和缺陷 .
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三种热等静压工艺
• 先升压后升温：其特点是无需将工作压力开到最高压力， 随着温度升高，气体膨胀，压力不断升高，直至达到需 要压力，适用于金属包套的工艺制备；
• 先升温后升压：适用于玻璃包套制备复合材料； • 同时升温升压：适合于低压成形、装入量大、保温时间
温度,时间,气氛.
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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。
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（3）真空加压铸造法(Vacuum pressure casting)
（4）挤压铸造法（squeeze casting ） （1）预制坯体制造 （2）挤压铸造
（5）连续铸造法
8.2.3
喷雾共沉积法（spray co-deposition）
8.2 金属基复合材料制备与加工 8.2.1 粉末冶金复合法 1.工艺过程
1. 原料：基体金属与强化颗粒均为粉料，且越细越好，但 必须大于1微米，否则易聚难分散； 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）。
8.2.4
热浸镀与反向凝固法
8.2.5
扩散粘结法（diffusion bonding）
扩散粘结法要点是金属基体为固态，与增强材料的复
合是在不大的塑性变形情况下，靠较长时间、较高温度和
压力，使组成材料之间接触界面原子间相互扩散粘结而成。 制造时先把增强纤维用不同的方法．如等离子喷涂法、液
态金属浸渍法、化学涂覆法等制成预制品． (1)热压法（Hot Pressing )
适合于分散强化型复合材料（颗粒或纤维强化型）
2.
粉末冶金复合法的特点
1． 优点： 1) 可以自由选择基体金属材料，因为该法在固态下复合， 基体与强化相不易反应； 2) 可以自由选择强化颗粒种类、尺寸，且强化颗粒添加量 范围广； 3) 与铸造法相比，较易实现强化颗粒的均匀分散（微颗粒 除外）。
2． 缺点 1) 工艺较复杂，成本高；
按基体分类
按增强体分类
பைடு நூலகம்
按分散状态分类
3. 金属基复合材料 金属基复合材料具有高强度、高模量、低膨胀系数，能 耐300-500℃或更高的温度。但造价高、密度大、制备工艺 复杂，存在界面反应等缺点。 纤维增强型 颗粒和晶须增强型 交替叠层型
共晶定向凝固
（1）基体
铝、镁、钛及其合金。 （2）增强体
(2)热等静压法（hot isostatic pressing ） (3)热轧法（hot rolling ）
8.2.6
轧制复合法
1. 粉末轧制法
2.块（带）材轧制复合法
(1) 双金属板的成形 热轧复合 冷轧、温轧复合
温轧复合生产线
思考题
1. 金属基复合材料的主要制备方法有哪些？请选一种方法为例， 详细说明工艺过程。
2) 固化方法采用烧结、热压、挤压等方法；
3) 除采用原生复合法外，微细颗粒均匀分散较困难； 4) 强化颗粒表面污染不易除去，使基体与颗粒界面不如 铸造法。
8.2.2 液态金属浸润法(Molten metal infiltration) ---铸造复合法
（1）常压铸造法(conventional casting)
定义：采用物理或化学的方法，使两种或两种以上的材料 在相态（如连续相：基体；不连续体：增强相）以性能相 互独立的形式下共存于一体之中，以达到提高材料的某些 性能，或互补其缺点，或获得新的性能（或功能）的目的。
2. 复合材料的分类与命名 1．分类 1) 按用途分为结构材料（用于制造受力构件的复合材料） 和功能材料（具有各种特殊性能，如阻尼、导电、导 磁、换能、摩擦、屏蔽等）两类。 2) 按复合材料各成分在材料集散情况，分为三类：分散 （掺和）强化型复合材料、层状（结合型）复合材料、 梯度（功能型）复合材料。 3) 按基体材料类型分：金属基复合材料（MMC）（如铝 基复合材料、钛基复合材料等）；聚合物基复合材料 （PMC）；陶瓷基复合材料（CMC） 4) 按增强原理分为弥散增强型复合材料、晶须增强型复 合材料、纤维增强型复合材料。
第8章 金属基复合材料的制备与加工
8.1 复合材料基础 1. 复合材料的概念与定义 常规材料的优缺点： • • • 金属材料的优点：优良的延展性和可加工性。缺点：强度 相对低，耐热、耐磨、耐蚀性差，如铝； 陶瓷材料的优点：强度高、耐热、耐磨、耐蚀性好，缺点： 很脆，加工性能差。 复合后利用两者的优势互补，提高性能。