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北 京 化 工 大 学硕士研究生课程论文题目金属基复合材料的简述和展望研究生任森 2013200527 专业材料科学与工程指导教师 熊金平老师 日 期: 二 ○ 一四 年 六 月十五 日金属基复合材料简述和展望摘 要本文对金属基复合材料的分类、性能和制备工艺进行了总结分析。在综述金属基复合材料的研究与应用现状的基础上，对其可预期的增长点和发展趋势进行了展望。关键词：金属基复合材料，分类，制备，性能，应用A Review andtrend on Metal Matrix CompositesAbstractIn this paper, the classification, performance and manufacturing technology of metal matrix composites havebeen summarized. This article gives a brief review of the state-of-the-art and trend in MMCs applicationand research.Keywords:metalmatrixcomposites，classification，manufacture， performance， application0 引言金属基复合材料是以金属或合金为基体，以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料。通过合理的设计和复合工艺，使之兼有金属良好的塑韧性和加工性能以及增强体的高比强、比刚、更好的导热性、耐磨性以及尺寸稳定性等优点。在早期的金属基复合材料研究发展中，航空、航天、武器等军事技术的需求起到了巨大的推动作用，而在可预期的将来，汽车、电子等民用工业的迅速发展必为金属基复合材料提供更加广阔的应用前景。1金属基复合材料的分类按照基体和增强体的不同，金属基复合材料可按照如下分类。按基体材料分为：黑色金属基（钢、铁）、有色金属基（铝基、锌基、镁基、铜基、钛基、镍基）、耐热金属基、金属间化合物基复合材料等。目前铝基、镁基、钛基复合材料发展较为成熟，已逐步应用于航空航天、电子、汽车等工业领域。按增强体分为：连续纤维增强金属基复合材料；非连续增强金属基复合材料(颗粒、短纤维、晶须增强金属基复合材料)；混杂增强金属复合材料、层板金属基复合材料；自生增强金属基复合材料（包括反应、定向凝固、大变形等途径自生颗粒、晶须、纤维状增强体）等。其中，自生复合材料的增强相在热力学上是稳定的，界面结合强度高，而且增强体的尺寸和体积分数可以通过工艺参数控制，是目前研究的热点[1]。2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[2]。3MMC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[3]。3.1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：3.1.1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1所示为金属基复合材料的扩散结合工艺流程图1硼纤维增强铝的扩散结合工艺流程图3.1.2.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。在制备过程中，为提升该方法产品的压制性和烧制收缩率，可根据实际需要加入液相烧结组元，通过这种工艺制备的金属基复合材料可有效增强其室、常温条件下材料的硬度、耐磨度的部分[4]。图2为短纤维、颗粒或晶须增强金属基复合材料的粉末冶金工艺流程示意图3.2液态法。液态法包含压铸、半固态的符合铸造、搅拌法和无压渗透法等，根据其内容划分又称之为“熔铸法”。这些方法的共同持点是金属基体在制备复合材料时均处于液态