金屬基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展論文

1、成績 課程論文題目：金屬基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 余歷軍 院 系 化工學(xué)院 專 業(yè) 化工過程機(jī)械 年 級 2012級 摘要 新材料的研究、發(fā)展與應(yīng)用一直是當(dāng)代高新技術(shù)的重要內(nèi)容之一。其中復(fù)合材料，特別是金屬基復(fù)合材料在新材料技術(shù)領(lǐng)域中占有重要的地位。金屬基復(fù)合材料對促進(jìn)世界各國軍用和民用領(lǐng)域的高科技現(xiàn)代化，起到了至關(guān)重要的作用，因此倍受人們重視。本文概述了金屬基復(fù)合材料的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀，對金屬基復(fù)合材料的分類、性能、應(yīng)用、制備方法、等進(jìn)行了綜述，提出了金屬基復(fù)合材料研究中存在的問題，探討了金屬基復(fù)合材料的發(fā)展。關(guān)鍵詞：金屬基復(fù)合材料；發(fā)展現(xiàn)狀；應(yīng)用；前景abs

2、tractthe research, development and application of new materials has been one of the important content of contemporary high-tech. and the composite materials, especially metal matrix composites in the field of new materials technology occupie an important position. metal matrix composites has played

3、a vital role to promote the countries all over the world in the field of military and civilian high-tech modernization, so it is highly appreciated.in this article, the development history and research status of metal matrix composites, the classification and properties of metal matrix composites, a

4、pplication, preparation methods are summarized. the existing problems are put forward and the development are discussed.in the research of metal matrix composites. 目錄摘要iabstractii目錄iii1 緒論11.1 研究的目的與意義11.2 研究內(nèi)容22 金屬基復(fù)合材料32.1 金屬基復(fù)合材料的性能32.2金屬基復(fù)合材料的分類42.3典型的金屬基復(fù)合材料62.3.1 鋁基復(fù)合材料62.3.2 鎂基復(fù)合材料72.3.3 鈦基復(fù)合

5、材料73 金屬基復(fù)合材料的制造93.1 原位反應(yīng)自生法93.2 粉末冶金法93.3 噴射沉積法103.4 攪拌鑄造法103.5 擠壓鑄造法104 金屬基復(fù)合材料研究現(xiàn)狀124.1 金屬基復(fù)合材料的基本研究情況124.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀124.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀124.2.2 國外研究現(xiàn)狀134. 3 金屬基復(fù)合材料在不同領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀144. 3. 1 金屬基復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的研究144. 3. 2 金屬基復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的研究145 金屬基復(fù)合材料發(fā)展趨勢及最新進(jìn)展165.1 微結(jié)構(gòu)的優(yōu)化165.2 結(jié)構(gòu)-功能一體化165.3 制備與成型加工一體化175.4 工藝技術(shù)的低成本化175

6、.5 生產(chǎn)的規(guī)?；c應(yīng)用的擴(kuò)大化176 總結(jié)18參考文獻(xiàn)191 緒論1.1 研究的目的與意義金屬基復(fù)合材料(metal matrix composites:mmcs)是指以金屬或合金為基體，通過某種可能工藝加入一種或幾種金屬、非金屬及或者合金增強(qiáng)相結(jié)合而成的新材料。金屬基復(fù)合材料具有優(yōu)越的綜合性能，它一方面具有原金屬(或合金)的特性；另一方面，由于增強(qiáng)材料的加入，還賦予其一些特殊的性能或改善金屬(或合金)原有的性能。由于科技的進(jìn)步，越來越多的工程應(yīng)用所需要的材料，在性能發(fā)面具有很大的可設(shè)計(jì)性，而單一的金屬、陶瓷、高分子等工程材料均難以滿足這些迅速增長的性能需要。為了克服單一材料性能上的局限性，

7、充分發(fā)揮各種材料特性，彌補(bǔ)其不足，人們已越來越多地根據(jù)零、構(gòu)件的功能要求和工況條件，設(shè)計(jì)和選擇兩種或兩種以上化學(xué)、物理性能不同的材料，按一定的方式、比例、分布結(jié)合成復(fù)合材料，充分發(fā)揮各組成材料的優(yōu)良特性，彌補(bǔ)其短處，使復(fù)合材料具有單一材料所無法達(dá)到的特殊和綜合性能，以滿足各種特殊和綜合性能需求，也可以更經(jīng)濟(jì)地使用材料。金屬基復(fù)合材料的發(fā)展與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)，如航天技術(shù)和先進(jìn)武器系統(tǒng)的迅速發(fā)展，對輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料的需求變得十分強(qiáng)烈。由于航天裝置越來越大，結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)效率變得更為重要。宇航構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度隨構(gòu)件線性尺寸的平方增加，而構(gòu)件的重量隨線性尺寸的立方增加。為了保

8、持構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度就必須采用高比強(qiáng)度、高比剛度和輕質(zhì)高性能的金屬基復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。又如在汽車行業(yè)，高耐磨性的復(fù)合材料被應(yīng)用在汽車的一些機(jī)構(gòu)零件，發(fā)動(dòng)機(jī)、剎車盤、活塞等重要零件，能明顯的提高零件的性能。在民用工業(yè)中， 復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊。以碳氮化物或金屬間化合物顆粒為強(qiáng)化劑的鋼基復(fù)合材料， 能明顯提高強(qiáng)度、韌性、耐磨、耐蝕和切削性能。這類材料的特點(diǎn)是重量輕、尺寸穩(wěn)定、硬度高、摩擦系數(shù)小，由于耐高溫和高強(qiáng)度， 可用于發(fā)動(dòng)機(jī)和泵的葉輪， 也可加工成模具。另外， 發(fā)動(dòng)機(jī)鋼套、連桿、連銷、剎車盤等也在使用金屬基復(fù)合材料制造， 如果能打開市場， 將會(huì)有較大的產(chǎn)量。其他方面， 如運(yùn)動(dòng)器材、自行車架、各

9、種型材以及裝甲車履帶、輕質(zhì)防彈裝甲車等也初步應(yīng)用復(fù)合材料1。1.2 研究內(nèi)容本文簡單綜述了金屬基復(fù)合材料研究意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，性能，分類和應(yīng)用；以及制造工藝等，最后指出了金屬基復(fù)合材料研究中存在的問題并對其發(fā)展做出了展望。 2 金屬基復(fù)合材料2.1 金屬基復(fù)合材料的性能金屬基復(fù)合材料是以金屬或合金為基體，以纖維、晶須、顆粒等為增強(qiáng)體的復(fù)合材料。通過合理的設(shè)計(jì)和復(fù)合工藝，使之兼有金屬良好的塑韌性和加工性能以及增強(qiáng)體的高比強(qiáng)、比剛，更好的導(dǎo)熱性、耐磨性以及尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。金屬基復(fù)合材料既能保留原組成材料的主要特色，并通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組分所不具備的性能。不同于化合物和合金材料，復(fù)合材料中的組

10、分材料始終作為獨(dú)立形態(tài)的單一材料而存在，沒有明顯的化學(xué)反應(yīng)。金屬基復(fù)合材料的性能取決于所選用基體金屬或合金本身的性能，增強(qiáng)體的特性、含量、分布、尺寸以及界面狀態(tài)等參數(shù)。通過優(yōu)化組合復(fù)合材料可以獲得既有金屬特性，又兼具增強(qiáng)體的比強(qiáng)度、耐熱、耐磨等的綜合性能。相對于基體金屬材料而言，金屬基復(fù)合材料的性能優(yōu)勢主要有如下方面。(1)力學(xué)性能在金屬基體中加入適量的高強(qiáng)度、高模量、低密度的纖維、晶須及顆粒等增強(qiáng)體，可顯著提高復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量。如：碳纖維密度只有1.85g/cm3，最高強(qiáng)度可達(dá)7，000mpa，比鋁合金強(qiáng)度高出10倍以上。石墨纖維的最高模量可達(dá)900gpa，比普通鋼材要高4倍以上，而

11、b纖維、sic顆粒的密度也只有2.53.4g/cm3，其強(qiáng)度高達(dá)3，0004，500mpa，模量350450gpa。此類增強(qiáng)材料加入后作為復(fù)合材料的主要力學(xué)承載體，使其比強(qiáng)度、比模量數(shù)倍高于相應(yīng)基體和合金材料。(2)導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，熱膨脹系數(shù)、尺寸穩(wěn)定性由于金屬基復(fù)合材料中金屬基體占有很高的體積分?jǐn)?shù)，一般在60%以上，因此仍保持金屬所特有的良好導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，在電子封裝領(lǐng)域，金屬基復(fù)合材料制造集成電路底板和封裝件可以迅速有效地降低溫度梯度，提高集成電路的可靠性。另外，由于c、b、sic纖維和顆粒等增強(qiáng)體普遍具有高模量和低膨脹系數(shù)，尤其是超高模量的石墨纖維具有負(fù)的膨脹系數(shù)，通過調(diào)整增強(qiáng)體的類型和

12、數(shù)量，可有效地控制整體材料的線膨脹系數(shù)，避免膨脹系數(shù)不匹配導(dǎo)致的變形開裂和虛焊。(3)耐磨性金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體一般均為高硬度、高強(qiáng)度的陶瓷纖維和顆粒，尤其是納米級別的陶瓷顆粒，在復(fù)合材料中起到類似于耐磨合金中彌散強(qiáng)化的第二項(xiàng)的作用，不僅可提高材料的強(qiáng)度和剛度，還可提高復(fù)合材料的硬度和耐磨性。目前sic、tib2增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料耐磨性甚至優(yōu)于鑄鐵，已在汽車、機(jī)械工業(yè)中初步用于發(fā)動(dòng)機(jī)部件、剎車盤、活塞等重要零件。(4)良好的高溫性能高溫環(huán)境下增強(qiáng)體起到主要的力學(xué)承載作用，只要增強(qiáng)體具備遠(yuǎn)比基體材料更高的高溫強(qiáng)度和模量，復(fù)合材料的高溫性能必將大大提高。一些高溫金屬纖維、陶瓷纖維和顆粒可將高溫性

13、能保持至接近熔點(diǎn)，如：石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在500下仍有600mpa的高溫強(qiáng)度，而基體材料強(qiáng)度在300時(shí)已降至100mpa。(5)斷裂韌性和抗疲勞性能金屬基復(fù)合材料的斷裂韌性和抗疲勞性能取決于增強(qiáng)體與金屬基體的界面結(jié)合狀態(tài)。增強(qiáng)體在金屬基體中的分布以及金屬基體、增強(qiáng)體本身的特性，特別是界面狀態(tài)，最佳的界面結(jié)合狀態(tài)既可有效地傳遞載荷，又能阻止裂紋的擴(kuò)展，提高材料的斷裂韌性。此外，選擇合適的金屬基體和增強(qiáng)體，并通過，并通過合理的制備技術(shù)和加工工藝，還可獲得具有耐老化、氣密性好、不吸潮等特性的金屬基復(fù)合材料。(6)金屬基復(fù)合材料塑性變形性能金屬基復(fù)合材料塑性很差主要是由于硬質(zhì)的脆性增強(qiáng)體加入到塑

14、性基體后，一方面，增強(qiáng)體阻礙了位錯(cuò)的長程滑移，從而制約了基體的變形；另一方面增強(qiáng)體的斷裂應(yīng)變一般很低，在外加應(yīng)變較低時(shí)就會(huì)大量斷裂，這兩方面原因同時(shí)也是金屬基復(fù)合材料強(qiáng)化的重要機(jī)制。此外由于增強(qiáng)體的加入，強(qiáng)烈地改變了復(fù)合材料基體中的微觀組織結(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力，這也造成了復(fù)合材料的低塑性變形。實(shí)驗(yàn)研究表明，金屬基復(fù)合材料的塑性變形具有以下特點(diǎn)：由于增強(qiáng)體與基體的不協(xié)調(diào)合材料形成后其內(nèi)部存在較高的局部應(yīng)力，該應(yīng)力超過基體的屈服強(qiáng)度時(shí)，即產(chǎn)生局部塑性變形，造成彈、塑性過渡區(qū)在應(yīng)力應(yīng)變曲線上表現(xiàn)更加平滑，應(yīng)力和塑變高度不均勻化，并且由于熱殘余應(yīng)力的作用，拉伸與壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)非對稱性；拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線

15、上，沒有明顯的屈服點(diǎn)、屈服平臺(tái)和頸縮現(xiàn)象；宏觀屈服強(qiáng)度隨增強(qiáng)體含量及其長徑比的增加而升高，該效果隨基體強(qiáng)度的升高而受到限制；初始加工硬化率較高2。2.2金屬基復(fù)合材料的分類金屬基復(fù)合材料的發(fā)展歷史較長，但真正受到重視并進(jìn)行廣泛研究還是近20年由于大都處于研制開發(fā)階段，雖部分復(fù)合材料在個(gè)別領(lǐng)域得到批量應(yīng)用，但由于生產(chǎn)成本、生產(chǎn)工藝穩(wěn)定程度等問題還需要系統(tǒng)地加以解決，因此，至今還沒有形成系統(tǒng)完整的工業(yè)體系。對金屬基復(fù)合材料的分類也因強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容不同，而有不同的劃分金屬基復(fù)合材料種類繁多，有各種分類方式，主要為以下三種。（1）按用途1）結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：高比強(qiáng)度、高比模量、尺寸穩(wěn)定性、耐熱性等是其主要性能

16、特點(diǎn)。用于制造各種航天、航空、汽車、先進(jìn)武器系統(tǒng)等高性能結(jié)構(gòu)件。2）功能復(fù)合材料：高導(dǎo)熱、導(dǎo)電性、低膨脹、高阻尼、高耐磨性等物理性能的優(yōu)化組合是其主要性能，用于電子、儀器、汽車等工業(yè)。（2）按基體類型1）鋁基復(fù)合材料：這是在金屬基復(fù)合材料中應(yīng)用得最廣的一種。基體材料為鋁及鋁合金，在鋁及其合金的基體中復(fù)合粒狀或纖維狀的金屬或非金屬。由于鋁的基體為面心立方結(jié)構(gòu)，因此具有良好的塑性和韌性，高的比強(qiáng)度、比剛度以及較好耐熱性和耐磨性，再加之它所具有的易加工性、工程可靠性及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，工程應(yīng)用廣泛，已在航空航天工業(yè)及汽車工業(yè)得到應(yīng)用。2）鎳基復(fù)合材料：這種復(fù)合材料是以鎳及鎳合金為基體制造的。由于鎳的高

17、溫性能優(yōu)良，因此這種復(fù)合材料主要是用于制造高溫下工作的零部件。3）鈦基復(fù)合材料：用基體材料為鈦及鈦合金制成，sic纖維增強(qiáng)的ti-6al-4v等復(fù)合材料的強(qiáng)度在高達(dá)815時(shí)比鎳基超耐熱合金高2倍，是較理想的航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料，此外，鈦在中溫時(shí)比鋁合金能更好地保持其強(qiáng)度，在航空工業(yè)，有著無可比擬的優(yōu)勢。但是由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，影響了該系復(fù)合材料的發(fā)展速度3。4）其他基體復(fù)合材料：鎂基、鋅基、銅基、鉛基、耐熱金屬基、金屬間化合物基等復(fù)合材料。（3）按增強(qiáng)相形態(tài)按增強(qiáng)相形態(tài)分有以下幾種，如圖1.121）纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料(mmcf)：即利用無機(jī)纖維(或晶須)、金屬細(xì)絲的極高強(qiáng)度來增強(qiáng)金屬

18、而得到輕而強(qiáng)的材料，纖維直徑從3m到150m(晶須直徑小于1m)，增強(qiáng)纖維有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維等，如圖1.1(a)所示。2）晶須及短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料(mmcw)：碳化硅晶須、三氧化二鋁等陶瓷晶須，增強(qiáng)原理與纖維相似。如圖1.1(b)所示。3）顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料(mmcp)：即利用顆粒自身的性能(如減摩耐磨等)而改進(jìn)并增強(qiáng)材料的性能，顆粒平均直徑在1m以上。增強(qiáng)顆粒有碳化硅、氧化鋁、氮化硅、碳化硼、石墨、金剛石、陶瓷等，如圖1.1(c)所示。2.3典型的金屬基復(fù)合材料2.3.1 鋁基復(fù)合材料鋁及鋁合金具有密度低、塑韌性好、導(dǎo)熱導(dǎo)電性較好等優(yōu)點(diǎn)，但其熔點(diǎn)低、耐磨性差的缺陷限制了其在

19、更廣范圍和更高領(lǐng)域的應(yīng)用。而鋁基復(fù)合材料通過增強(qiáng)相的加入使之具有高比強(qiáng)度、高比剛度、耐磨性好、尺寸穩(wěn)定性好以及易于加工等一系列優(yōu)良特性, 在航空航天、汽車、電子等工業(yè)領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景。鋁基復(fù)合材料常用的基體有al-mg、al-si、al-cu 和al-fe等體系。增強(qiáng)體主要有sic顆粒、al2o3顆粒、bc4顆粒、tic顆粒等。其中采用 sic 顆粒增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料具有性能高、價(jià)格低、密度小等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的鋁基復(fù)合材料，在國外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。美國dwa公司用 sic顆粒增強(qiáng)6092鋁基復(fù)合材料代替鋁合金制造f-16 戰(zhàn)斗機(jī)的垂直尾翼，提高壽命17倍。eurocopte

20、r公司已經(jīng)大規(guī)模采用sicp/a1復(fù)合材料用于生產(chǎn)直升機(jī)旋翼系統(tǒng)的一級關(guān)鍵零件上。美國的duralcan公司研制出用sic顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造汽車制動(dòng)盤，在汽車減重的同時(shí)提高了耐磨性，而且噪音明顯減小，同時(shí)該公司還用sic顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞和齒輪箱等汽車零部件。此類鋁基復(fù)合材料的制備工藝簡單、成本較低，易于二次加工。但陶瓷顆粒與鋁合金基體互不濕潤，難以獲得分布均勻的復(fù)合材料，且陶瓷顆粒一旦與鋁合金液發(fā)生界面反應(yīng)，容易生成大量的脆性界面產(chǎn)物，導(dǎo)致復(fù)合材料在拉伸變形或熱處理過程中產(chǎn)生應(yīng)力集中，使增強(qiáng)顆粒脫粘，這種弱界面的存在會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的強(qiáng)度反而低于基體合金，這類問題還

21、需在以后的研究中著重解決4。2.3.2 鎂基復(fù)合材料與單質(zhì)的同類金屬相比，鎂的最大優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量更輕。但其低高溫強(qiáng)度、低彈性模量和較差的耐磨性能限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。而鎂基復(fù)合材料密度低，比強(qiáng)度和比剛度高，同時(shí)還具有良好的耐磨性、耐高溫性、耐沖擊性及良好的尺寸穩(wěn)定性和阻尼減振性能等，是繼鋁基復(fù)合材料之后又一具有競爭力的輕金屬基復(fù)合材料，是宇航、兵器、汽車和電子等高新技術(shù)行業(yè)的理想材料。構(gòu)成鎂基復(fù)合材料的基體合金主要分為鑄造和變形系列。側(cè)重鑄造性能一般選擇mgal、mgzn、mgalzn等體系；側(cè)重?cái)D壓變形性能則采用mgmn、mgalzn、mgznzr、mgre等。增強(qiáng)體主要有c纖維、ti纖維、b纖

22、維、al2o3顆粒、sic晶須和顆粒、b4c顆粒等。鎂基復(fù)合材料選擇增強(qiáng)體的要求與其他復(fù)合材料大致相同，都要求物理、化學(xué)相容性好，潤濕性良好，載荷承受能力強(qiáng)，盡量避免增強(qiáng)體與基體合金之間的界面反應(yīng)等。由于鎂具有熔點(diǎn)比較低、化學(xué)活性高、易氧化等特點(diǎn)，常規(guī)的許多金屬基復(fù)合材料的制備工藝都無法直接應(yīng)用于鎂基復(fù)合材料。采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┦诡w粒在基體內(nèi)分布均勻, 減少顆粒間的團(tuán)聚, 以改善材料受載時(shí)內(nèi)部的應(yīng)力分布, 是保證鎂基復(fù)合材料具有良好性能的關(guān)鍵因素。目前鎂基復(fù)合材料的制備方法可分為外加法和原位自生法兩種。外加顆粒法制備鎂基復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單，但易造成顆粒表面的污染，基體和顆粒表面潤濕困難，

23、導(dǎo)致界面強(qiáng)度的降低。原位合成有著增強(qiáng)相細(xì)小、分布均勻、界面無污染、結(jié)合良好的優(yōu)點(diǎn)，材料性能優(yōu)越5。2.3.3 鈦基復(fù)合材料鈦與鈦合金是一種物理性能優(yōu)良、化學(xué)性能穩(wěn)定的材料，具有強(qiáng)度高、相對密度小、耐海水和海洋氣氛腐蝕等許多優(yōu)異的特性。但其彈性模量和耐磨性低，在600以上其強(qiáng)度和蠕變抗力急劇下降。而且通過傳統(tǒng)的合金化方法已無法滿足對高溫和蠕變性能的要求。與基材相比，鈦基復(fù)合材料的強(qiáng)度及硬度大幅度提高, 且具有良好的高溫強(qiáng)度、優(yōu)異的蠕變性能、高周疲勞性能、抗蠕變性能以及優(yōu)異耐腐蝕性能。在航空航天、軍工、醫(yī)療和汽車等領(lǐng)域具備廣泛的應(yīng)用前景，并被譽(yù)為超高音速宇航飛行器和下一代先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的黃金材料。

24、鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)體主要有tic、tib2、 sic、b4c、tib等，此類復(fù)合材料具有各相同性、制備簡單、易加工成型、成本較低等特點(diǎn)，近年來發(fā)展迅速。鈦基復(fù)合材料比鋁基復(fù)合材料有更高的耐熱、耐蝕等特性，但其成本也明顯提高，因此應(yīng)用主要集中于航空航天、高端汽車、醫(yī)療材料等附加值高的領(lǐng)域，如：荷蘭皇家空軍將纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料用于f-16主起落架下部的后撐桿；toyota公司已在旗下汽車使用鈦合金復(fù)合材料制造的閥門；美國dynamet公司制造的人體骨替代材料和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件已商業(yè)化。此外，鎳基、銅基、鐵基、高溫合金基等復(fù)合材料也是目前材料學(xué)界的研究熱點(diǎn)，并已在各自領(lǐng)域內(nèi)得到了相應(yīng)的應(yīng)用驗(yàn)證。3

25、金屬基復(fù)合材料的制造依據(jù)增強(qiáng)體的加入方式，金屬基復(fù)合材料的制備方法可分為外加法和原位反應(yīng)法。外加法是以粉體混合、熔融金屬中添加陶瓷顆粒等物理方式達(dá)到基體和增強(qiáng)相相容，再通過燒結(jié)、鑄造、壓力加工等后續(xù)工藝制備成品，常用的外加法主要有粉末冶金法、噴射沉積法、攪拌鑄造法、擠壓鑄造法等。原位反應(yīng)法同外加法的區(qū)別在于增強(qiáng)體不是額外加入，而是通過添加原料與基體、添加原料之間發(fā)生反應(yīng)生成，并原位析出。目前報(bào)道的原位合成法主要有：放熱彌散法、氣液反應(yīng)合成法、自蔓延燃燒反應(yīng)法和反應(yīng)噴射沉積等。各類制備技術(shù)在工藝和材料性能方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，增強(qiáng)體和基材的復(fù)合技術(shù)目前仍是制約金屬基復(fù)合材料應(yīng)用的重要因素，也是各國材料

26、學(xué)者的研究熱點(diǎn)。3.1 原位反應(yīng)自生法原位反應(yīng)自生法分為固態(tài)自生法和液態(tài)自生法。其基本原理是：把預(yù)期反應(yīng)生成增強(qiáng)相的兩種或多種組分粉末與基體金屬混合均勻，或者在熔融基體中加入能反應(yīng)生成預(yù)期增強(qiáng)相的元素或者化合物，在一定溫度下，元素之間發(fā)生放熱反應(yīng)，在基體的熔液中生成并析出細(xì)小、彌散的增強(qiáng)相。增強(qiáng)相的含量可以通過反應(yīng)元素的加入量來控制。反應(yīng)生成的增強(qiáng)相種類繁復(fù)，al2o3、tic、sic、tin等常用陶瓷顆粒均可通過反應(yīng)制備。原位法制備金屬基復(fù)合材料其增強(qiáng)顆粒與基體的相容性好，避免了外加增強(qiáng)顆粒的污染以及顆粒與基體的界面之間的化學(xué)反應(yīng)問題，增強(qiáng)顆粒熱力學(xué)穩(wěn)定，高溫工作時(shí)性能不易退化，此外原位反應(yīng)

27、生成的增強(qiáng)相細(xì)小彌散，均勻性好，性能優(yōu)異。但原位法生成的相比較復(fù)雜、不易控制。3.2 粉末冶金法粉末冶金法是最早開發(fā)用于制備金屬基復(fù)合材料的工藝。同常規(guī)粉末冶金相同，其工藝包括增強(qiáng)體和基體的粉體制備、前處理（包括烘干、清洗）、均勻混合、壓坯、熱成型等步驟。制備工藝中每一步都決定了復(fù)合材料界面結(jié)合狀況，從而對最終材料的性能產(chǎn)生重要影響。在粉末冶金工藝中粉體混合的均勻性至關(guān)重要。由于粉體顆粒細(xì)小，表面帶有電荷，混合時(shí)產(chǎn)生的增強(qiáng)體顆粒團(tuán)聚在后續(xù)擠壓過程中難以有效進(jìn)行分散。為實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)體的均勻分布，一些高能高速的工藝手段，如機(jī)械合金化工藝被引入其中，通過高能球磨實(shí)現(xiàn)部分或全部的固態(tài)合金化轉(zhuǎn)變，同時(shí)使得增

28、強(qiáng)相均勻分布在基體合金之中。粉末冶金制備復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)很突出：（1）基體和增強(qiáng)體基本不受限制，可選擇不同的增強(qiáng)體種類、尺寸、數(shù)量，甚至多種增強(qiáng)體共同強(qiáng)化；（2）基體金屬與強(qiáng)化顆粒之間不易發(fā)生反應(yīng)；（3）工藝簡單易操作。但其缺點(diǎn)也很明顯：尺寸受限，復(fù)雜型腔難以制備，成本高，界面難以融合，成品致密性差等。3.3 噴射沉積法噴射沉積法是將基體金屬熔化后通過導(dǎo)液管流入噴槍，再用惰性氣體將其霧化，在噴射途中與另一路由惰性氣體送出的增強(qiáng)微細(xì)顆粒會(huì)合，共同沉積在有水冷襯底的平臺(tái)上，凝固成復(fù)合材料。根據(jù)沉積坯形狀和冷卻速度的要求，霧化器和襯底的移動(dòng)受計(jì)算機(jī)控制，保持基體的下降速率與沉積坯長大速率一致，經(jīng)過霧化

29、液流的多次往返掃描沉積，最終成形為坯件。噴射沉積法制備金屬基復(fù)合材料工藝簡單快速，可以避免成分偏析和界面反應(yīng)，增強(qiáng)體的加入依靠計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制，分布均勻。但是這種方法制備的坯料中氣孔和疏松多，凝固的霧化顆粒、沉積層之間不能完全冶金結(jié)合，因此后續(xù)必須進(jìn)行熱擠壓、熱軋、熱壓實(shí)等二次加工，對其進(jìn)行有效的熱致密化加工。3.4 攪拌鑄造法攪拌鑄造法也叫摻和鑄造，是利用機(jī)械猛烈攪拌使液態(tài)的合金形成渦流，同時(shí)將增強(qiáng)體顆粒加入，并使顆粒均勻分布在基體中，然后使其快速凝固即可制得顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料。根據(jù)鑄造時(shí)加熱溫度可以分為全液態(tài)攪拌鑄造、半固態(tài)攪拌鑄造和攪熔鑄造。攪拌鑄造法工藝簡單、成本低，對產(chǎn)品的尺寸、形狀限制

30、較低，可以生產(chǎn)大體積的復(fù)合材料，但加入的增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)一般不超過20%，且易造成增強(qiáng)顆粒分布的不均勻。3.5 擠壓鑄造法擠壓鑄造法是目前制備非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料最成功的工藝。它是通過鑄造機(jī)將液態(tài)金屬強(qiáng)行壓入增強(qiáng)材料預(yù)制件中以制造復(fù)合材料的一種方法。擠壓鑄造法是將增強(qiáng)體制成預(yù)成型體，干燥預(yù)熱后，再澆入金屬熔體并將模具壓下并加壓，液態(tài)金屬在壓力下浸滲入預(yù)制件中，并在壓力下凝固，制成接近最終形狀和尺寸的零件。擠壓鑄造法具有成本低、工藝簡單、增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)可調(diào)范圍大、可以制備近凈成型產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于基體合金在高壓下浸滲和凝固，可以大大改善增強(qiáng)體和基體合金的結(jié)合狀況，減少鑄造缺陷，提高材料的致

31、密度，從而改善復(fù)合材料的機(jī)械性能。但擠壓鑄造法受產(chǎn)品形狀和尺寸的影響，對大體積零件的適應(yīng)性不高，而且對模具和設(shè)備要求較高，預(yù)制件的制備技術(shù)直接影響到增強(qiáng)體顆粒在基體合金內(nèi)的分布情況，繼而對復(fù)合材料力學(xué)性能產(chǎn)生影響，同時(shí)擠壓壓力會(huì)損害預(yù)制件的完整性，使得其應(yīng)用受到一定的限制。另外，金屬基復(fù)合材料的制備工藝還有自蔓延高溫合成法、快速凝固法、混合鹽反應(yīng)法、燃燒輔助鑄造、直接還原技術(shù)、懸浮澆注法等6。4 金屬基復(fù)合材料研究現(xiàn)狀4.1 金屬基復(fù)合材料的基本研究情況金屬基復(fù)合材料研究、開發(fā)的基礎(chǔ)是金屬材料。輕金屬鋁、鎂、鈦及其合金由于其比強(qiáng)度、比模量的優(yōu)勢，作為結(jié)構(gòu)材料在航空航天工業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，常作為

32、金屬基復(fù)合材料的首選金屬基體。從國內(nèi)外目前的研究和應(yīng)用狀況來看，其中鋁及其合金應(yīng)用最為廣泛。 顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料是金屬基復(fù)合材料的重要組成部分。顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的顆粒增強(qiáng)體的性能、尺寸、分布、體積比等，對復(fù)合材料的性能很重要。選擇顆粒增強(qiáng)相的參數(shù)包括：彈性模量、拉伸強(qiáng)度、密度、熔點(diǎn)、熱穩(wěn)定性、熱膨脹系數(shù)、尺寸及形狀、與基體材料的相容性、成本等。具體選擇增強(qiáng)相要將其復(fù)合材料用途、生產(chǎn)工藝、以及成本等因素綜合起來考慮。目前應(yīng)用最廣泛的增強(qiáng)材料有：碳化物，如 sic、tic、b4c ；氮化物，如 si3n4、aln；氧化物，如 al2o3、sio2；以及c、si 等。對目前國內(nèi)外的大多數(shù)金

33、屬基復(fù)合材料制造公司和研究機(jī)構(gòu)來說，以 sic 顆粒增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料占絕大多數(shù)。 金屬基復(fù)合材料的研究與開發(fā)主要集中在以下方面： （1）同金屬基體與不同種類、形態(tài)的增強(qiáng)材料的復(fù)合效果，復(fù)合材料的性能； （2）型增強(qiáng)材料的開發(fā)，包括金屬與非金屬纖維、顆粒、晶須、晶片等； （3）金屬基復(fù)合材料的制備工藝，包括固態(tài)法、液態(tài)法、噴涂與噴射沉積和原位復(fù)合法等，提高復(fù)合材料的性能和降低成本； （4）增強(qiáng)相基體界面優(yōu)化的研究，包括各種金屬基復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)、界面穩(wěn)定性、界面結(jié)合與反應(yīng)、界面反應(yīng)的控制等。4.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，輕金屬基復(fù)合材料有了很大的發(fā)展， 已開發(fā)出很多成型制造工藝。另外， 目前

34、大多學(xué)者都投入到輕金屬基復(fù)合材料的研究中， 而對鋼、鐵等重金屬基復(fù)合材料的研究微乎其微。4.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)東北大學(xué)劉進(jìn)平等采用離心預(yù)成型套法制成了sic 顆粒/ 鑄鐵復(fù)合材料。這種方法是依靠離心力把增強(qiáng)顆粒分布于鑄件外表面， 獲得一定復(fù)合層厚度的復(fù)合材料， 最大復(fù)合層厚度可達(dá)6 8mm。劉政等研究了纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的界面。結(jié)果表明界面在材料磨損中具有重要的保護(hù)作用。復(fù)合材料可通過界面消耗裂紋擴(kuò)散能量， 阻止裂紋擴(kuò)散，減輕材料的破壞程度。這種機(jī)制為基體合金所不及， 且在較大載荷下， 復(fù)合材料的耐磨性更佳。哈爾濱工業(yè)大學(xué)李道明等研究了金屬基復(fù)合材料的拉伸斷裂過程 6 ， 詳細(xì)論述了微

35、觀裂紋的萌生及擴(kuò)展，探討了斷裂機(jī)制， 并對拉伸斷裂行為與纖維強(qiáng)度分布進(jìn)行了微機(jī)模擬。結(jié)果表明， 隨著纖維強(qiáng)度分布的變動(dòng)系數(shù)cv 增加， mmc 斷裂形式由非積累型向積累型過渡， 纖維的平均承載能力隨之下降。4.2.2 國外研究現(xiàn)狀美國alloy technology internat ional 公司開發(fā)了熱等靜壓法制造tic 復(fù)合材料。例如cs-40 是以含20%cr 的不銹鋼為基體， 摻和45%( 體積) tic 的復(fù)合材料， 可以用于制造標(biāo)準(zhǔn)件、閥座和機(jī)械密封件。它在油中或惰性氣體下淬火， 硬度達(dá)到hrc68， 此類材料對食品加工所需要的環(huán)境具有良好的橫向破斷強(qiáng)度， 可用作工具及承受很高

36、的彎曲和拉伸應(yīng)力的制品， 最易切削加工， 并具有良好的耐熱震性。另據(jù)報(bào)道， ferro-t ic 復(fù)合材料在磨損條件下使用與工具鋼相比， 壽命提高約20 倍。 日本kurimoto 公司研制了由燒結(jié)碳化鎢合金粉和高鉻鑄鐵組成的復(fù)合材料， 在一層燒結(jié)碳化鎢合金粉上澆注熔化的高絡(luò)鑄鐵形成復(fù)合板。新開發(fā)的這種超級耐腐復(fù)合材料， 用作運(yùn)輸機(jī)的襯板， 工作壽命超過670d， 而原來用的高絡(luò)鑄鐵僅為30 50d。日本富士電機(jī)公司開發(fā)了用以制作水輪機(jī)和水泵等部件的耐氣蝕、耐砂土腐蝕的復(fù)合材料， 金屬基體是一種雙相不銹鋼( 含cr20-30% ， ni3-10% ， mo1-5%) ， 硬質(zhì)顆粒為cr3c2、

37、sic、wc 等， 添加量5 60%( 重量) ， 比原來用的cr13 鑄鋼件的耐氣蝕性提高10 倍。西德蒂森特鋼公司用粉末冶金法生產(chǎn)了ferro-t itant it 復(fù)合材料。該材料含45% ( 體積) t ic， tic均勻分布并鑲嵌在高合金鋼中。用它制成的模具比用萊氏體鉻鋼的壽命提高5 10 倍， 可用普通方法進(jìn)行車、銑、鉆削加工， 最后淬硬到hrc70 而不發(fā)生變形。前蘇聯(lián)開發(fā)應(yīng)用了在干摩擦條件下使用的以12x18h10t 為基體的復(fù)合材料， 就碳化物含量和熱處理制度對此類材料性能的影響進(jìn)行了很多研究。e1pagounis， u1k1lindroos 采用熱等靜壓法制備了體積分?jǐn)?shù)高達(dá)

38、30%的陶瓷顆粒增強(qiáng)鋼基復(fù)合材料。其研究結(jié)果表明在所有增強(qiáng)體中， t ic 和鋼的結(jié)合最好， 加入陶瓷顆粒后， 鋼的耐磨性顯著提高， 而抗拉強(qiáng)度、延展性和沖擊韌性反而下降， 這和輕金屬有很大區(qū)別7。4. 3 金屬基復(fù)合材料在不同領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀在航天航空工業(yè)及民用工業(yè)的推動(dòng)下, 金屬基復(fù)合材料的制備和成形制造工藝有了很大的進(jìn)展，其研究熱點(diǎn)主要圍繞在輕金屬和重金屬合金基體材料方面。4. 3. 1 金屬基復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的研究金屬基復(fù)合材料用于汽車工業(yè)主要是顆粒增強(qiáng)和短纖維增強(qiáng)的鋁基、鎂基、鈦合金等有色合金基復(fù)合材料。由于鋁合金、鎂合金等是傳統(tǒng)的輕質(zhì)材料, 隨著汽車輕量化進(jìn)程的不斷推進(jìn)和科學(xué)技術(shù)的

39、日益進(jìn)步, 在汽車工業(yè)中采用鋁合金、鎂合金, 要求具有良好的耐磨、抗腐蝕、耐熱和尺寸穩(wěn)定性, 并且要求質(zhì)量更輕, 強(qiáng)度、剛度更高。這就為鋁基復(fù)合材料的發(fā)展提供了廣闊的應(yīng)用前景活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要零件之一，它在高溫高壓下工作, 與活塞環(huán)、汽缸壁不斷摩擦, 工作環(huán)境惡劣，因此選擇合適的活塞材料至關(guān)重要，日本豐田公司于1983年首次成功地用al2o3/ al 復(fù)合材料制備了發(fā)動(dòng)機(jī)活塞, 與原來鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)活塞相比, 重量減輕了5% 10%, 導(dǎo)熱性提高了4倍左右，連桿是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中繼活塞之后第二個(gè)成功地應(yīng)用金屬基復(fù)合材料的例子，1984年, fogar等人用氧化鋁長纖維增強(qiáng)鋁合金制造了第一根連桿，后來,

40、 日本mazda公司亦制造出了al2o3/ al 合金復(fù)合材料連桿，這種連桿重量輕, 比鋼質(zhì)連桿輕35%;抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度高, 分別為560mpa和392mpa; 而且線性膨脹系數(shù)小，可滿足連桿工作時(shí)性能要求鈦及鈦合金由于具有質(zhì)輕, 比強(qiáng)度、比模量高, 耐腐蝕, 有較高的韌性等特點(diǎn), 汽車制造廠正在探索用鈦合金來延長氣門、氣門彈簧和連桿等部件的壽命#用鈦制成的部件, 質(zhì)量可減輕60%70%，但是鈦的耐磨性、剛性、熱穩(wěn)定性較差限制了其廣泛應(yīng)用, 通過顆粒增強(qiáng)得到的鈦基復(fù)合材料( pmmc) 可以克服鈦的上述缺點(diǎn)。4. 3. 2 金屬基復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的研究早在20世紀(jì)80年代, 低體積分

41、數(shù)( 15%20%) 的結(jié)構(gòu)級碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料作為非主承載結(jié)構(gòu)件成功地應(yīng)用于飛機(jī), 典型實(shí)例為洛克希德#馬丁公司生產(chǎn)的機(jī)載電子設(shè)備支架f-18/ 大黃蜂0戰(zhàn)斗機(jī)上采用碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料作為液壓制動(dòng)器缸體, 與替代材料鋁青銅相比, 不僅重量減輕、熱膨脹系數(shù)降低, 而且疲勞極限還提高一倍以上，更為引人注目的是, 在20世紀(jì)90年代末, 碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在大型客機(jī)上獲得正式應(yīng)用，普惠公司從pw4084發(fā)動(dòng)機(jī)開始, 將以dwa公司生產(chǎn)的擠壓態(tài)碳化硅顆粒增強(qiáng)變形鋁合金基復(fù)合材料( 6092/ sic/ 17. 5p-t6) , 作為風(fēng)扇出口導(dǎo)流葉片, 用于所有采用pw4000

42、系發(fā)動(dòng)機(jī)的波音777上，與低體積分?jǐn)?shù)的結(jié)構(gòu)級碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料相比, 光學(xué)/ 儀表級的中等體積分?jǐn)?shù)( 35%45%) 碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的功能化特性比較突出, 不僅具有比鋁合金和鈦合金高出一倍的比剛度, 還有著與鈹材及鋼材接近的低熱脹系數(shù)和優(yōu)于鈹材的尺寸穩(wěn)定性#因此, 該種復(fù)合材料可替代鈹材用作慣性器件, 并被譽(yù)為第三代航空航天慣性器件材料，除用作慣性器件外, 光學(xué)儀表級碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料還可替代鈹、微晶玻璃、石英玻璃等用作反射鏡鏡坯，電子級高體積分?jǐn)?shù)( 60%70%) 碳化硅顆粒鋁基復(fù)合材料, 作為新型輕質(zhì)電子封裝及熱控元件在一系列為世人所矚目的先進(jìn)航空航天器上獲得了

43、正式應(yīng)用，在f-22/ 猛禽0戰(zhàn)斗機(jī)的遙控自動(dòng)駕駛儀、發(fā)電單元、飛行員頭部上方顯示器、電子計(jì)數(shù)測量陣列等關(guān)鍵電子系統(tǒng)上, 替代包銅的鉬及包銅的殷鋼作為印刷電路板板芯, 達(dá)到減重70%的顯著效果#此種材料的熱導(dǎo)率可高達(dá)180w/ ( m-k) , 從而降低了電子模塊的工作溫度, 減少了冷卻的裝置，除印刷電路板板芯外, 這種材料被用于f-22戰(zhàn)斗機(jī)的電子元器件基座及外殼等熱控結(jié)構(gòu)#另外, 目前采用無壓浸滲法制備的碳化硅顆粒/ 鋁電子封裝復(fù)合材料應(yīng)用在包括: f-18“大黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)、歐洲“臺(tái)風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)、ea-6b“徘徊者”預(yù)警機(jī)、ale-50型誘餌吊艙以及摩托羅拉銥星、火星“探路者”和“卡西尼”深

44、空探測器等著名的航天器上8。5 金屬基復(fù)合材料發(fā)展趨勢及最新進(jìn)展金屬基復(fù)合材料一直處于快速發(fā)展之中，老品種的工藝不斷改進(jìn)，價(jià)格不斷降低，新品種與新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，應(yīng)用范圍不斷拓展。其發(fā)展趨勢及最新進(jìn)展主要表現(xiàn)在如在幾個(gè)方面： 5.1 微結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 可設(shè)計(jì)性好或者說是設(shè)計(jì)自由度大，是復(fù)合材料最大的特點(diǎn)也是最大的優(yōu)勢所在，金屬基復(fù)合材料自然也不例外。因此，通過微結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)從而進(jìn)一步發(fā)掘金屬基復(fù)合材料的性能潛力、或根據(jù)特定應(yīng)用背景實(shí)現(xiàn)其性能指標(biāo)的最優(yōu)化配置，是金屬基復(fù)合材料的研究發(fā)展的重要方向，這方面的實(shí)例主要包括： （1） 金屬基梯度復(fù)合材料。將梯度功能材料的設(shè)計(jì)思想引入到金屬基復(fù)合材料中，就產(chǎn)

45、生了金屬基梯度復(fù)合材料。最為常見的是陶瓷顆粒增強(qiáng)體含量呈梯度分布的顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。 （2） 微結(jié)構(gòu)韌化金屬基復(fù)合材料。在非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中出現(xiàn)一定數(shù)量、一定尺寸的均勻分布的未被增強(qiáng)基體合金區(qū)域。這些小區(qū)域作為韌化相將會(huì)具有阻止裂紋擴(kuò)展、吸收能量的作用，從而使復(fù)合材料的損傷容限得到提高。 （3）雙連續(xù)金屬基復(fù)合材料。為了更有效地發(fā)揮陶瓷增強(qiáng)體的高剛度、低膨脹等的特性，除了提高金屬基復(fù)合材料中的陶瓷增強(qiáng)體含量外，另一種有效的作法是使陶瓷增強(qiáng)體在基體合金中成為連續(xù)的三維骨架結(jié)構(gòu)，從而以雙連續(xù)的微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來達(dá)到這一目的。 （4）超細(xì)顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。在高質(zhì)量制備工藝的前提下，隨著

46、顆粒尺寸的減小，金屬基復(fù)合材料往往可以呈現(xiàn)出更為理想的力學(xué)及加工性能。 5.2 結(jié)構(gòu)-功能一體化 在金屬基復(fù)合材料研究開發(fā)的初期，增強(qiáng)是復(fù)合的主要目的，甚至常常是唯一目的。所以人們將基體合金中的添加相統(tǒng)稱為“增強(qiáng)體”，這一術(shù)語延用至今。后來特別是近幾年來，人們認(rèn)識(shí)到：增強(qiáng)并不總是唯一目的，有時(shí)甚至根本不是主要目的。增強(qiáng)體的加入還將帶來對復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱及導(dǎo)電等物理性能的影響，從而賦予基體合金以特定的功能特性，使傳統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)材料功能化或?qū)崿F(xiàn)其結(jié)構(gòu)功能一體化。 5.3 制備與成型加工一體化 成型和加工技術(shù)難度大、成本高始終是困擾金屬基復(fù)合材料工程應(yīng)用的最大障礙之一。特別是當(dāng)陶瓷顆粒增強(qiáng)體含量高到一定程度時(shí)（如體分超過50），傳統(tǒng)的鑄造及塑性加工成形幾乎是不可能的，機(jī)械加工也十分困難。因此，開發(fā)制備與成型加工一體化工藝是具有重大工程意義的?；谌垠w無壓浸滲的近凈形制備工藝，是實(shí)現(xiàn)高陶瓷含量金屬基復(fù)合材料制備與成型加工一體化的最有效技術(shù)途徑。 5.4 工藝技術(shù)的低成本化 低成本化是21世紀(jì)初金屬基復(fù)合