金屬基復合材料

1、MetalMatrixContinuous carbon, silicon carbide, or ceramic fibers are embedded in a metallic matrix material. MetalMatrix 金屬基復合材料是隨著現(xiàn)代技術對材料的要求越來越高而金屬基復合材料是隨著現(xiàn)代技術對材料的要求越來越高而發(fā)展起來的。用高強度、高模量和耐高溫的第二成分增強發(fā)展起來的。用高強度、高模量和耐高溫的第二成分增強金屬，可制成比金屬性能更好的金屬基復合材料。金屬，可制成比金屬性能更好的金屬基復合材料。 金屬材料的韌性要比熱固性聚合物材料和陶瓷材料好。同金屬材料的韌性要比

2、熱固性聚合物材料和陶瓷材料好。同時，金屬材料還有不吸濕、不老化、導電、導熱等一些特時，金屬材料還有不吸濕、不老化、導電、導熱等一些特性。性。 金屬基復合材料（金屬基復合材料（MMCMMC）的大規(guī)模研制和開發(fā)工作起步于）的大規(guī)模研制和開發(fā)工作起步于2020世紀世紀8080年代，主要是對低熔點金屬如鋁、鎂等的復合增年代，主要是對低熔點金屬如鋁、鎂等的復合增韌。以這些材料制成的結構件代替原來的金屬材料構件，韌。以這些材料制成的結構件代替原來的金屬材料構件，構件質量（重量）得到了顯著減輕，這一成果在航空、航構件質量（重量）得到了顯著減輕，這一成果在航空、航天領域具有十分重大的意義天領域具有十分重大的意

3、義 MetalMatrix特點特點1 1、比金屬的比強度高，比剛度大、比金屬的比強度高，比剛度大纖維增強金屬基復合材料多數(shù)足由纖維增強金屬基復合材料多數(shù)足由V Vf f20%-70%20%-70%的高強度和高模量的纖維的高強度和高模量的纖維來增強金屬，與金屬相比，在纖維方向具有很高的比強度和比模量。特來增強金屬，與金屬相比，在纖維方向具有很高的比強度和比模量。特別是纖維增強鎂、鋁等，具有很顯著的效果。別是纖維增強鎂、鋁等，具有很顯著的效果。2 2、良好的高溫性能、良好的高溫性能在復合材料中，作為承載主體的纖維，在高溫下能保持很高的強度和模在復合材料中，作為承載主體的纖維，在高溫下能保持很高的強

4、度和模量。當金屬基體接近熔點溫度時，由于纖維的作用，沿纖維方向的力學量。當金屬基體接近熔點溫度時，由于纖維的作用，沿纖維方向的力學性能主要由纖維控制，因此，還具有很高的強度和剛度；在橫向拉伸和性能主要由纖維控制，因此，還具有很高的強度和剛度；在橫向拉伸和剪切性能方面。由于受基體性能控制，高溫性能不能改善，但鋪設成多剪切性能方面。由于受基體性能控制，高溫性能不能改善，但鋪設成多向疊層復合材料后，在面內(nèi)各方向的高溫性能都比基體金屬有改善。向疊層復合材料后，在面內(nèi)各方向的高溫性能都比基體金屬有改善。3 3、良好的導熱導電性和電磁感應屏蔽性、良好的導熱導電性和電磁感應屏蔽性由于金屬基復合材料的基體為金

5、屬，而金屬均有良好的導熱和導電性，由于金屬基復合材料的基體為金屬，而金屬均有良好的導熱和導電性，特別是鋁和銅等。對于某些構件，這一特點是十分重要的。當構件尺寸特別是鋁和銅等。對于某些構件，這一特點是十分重要的。當構件尺寸需要高度穩(wěn)定時，因金屬基復合材料具有良好的導熱性，可以減少構件需要高度穩(wěn)定時，因金屬基復合材料具有良好的導熱性，可以減少構件上由于運行條件所引起的溫度梯度，由于溫度分布比較均勻，因而可減上由于運行條件所引起的溫度梯度，由于溫度分布比較均勻，因而可減少溫度應力。而良好的導電性可以防止構件出現(xiàn)靜電聚集，并對電磁感少溫度應力。而良好的導電性可以防止構件出現(xiàn)靜電聚集，并對電磁感應產(chǎn)生屏

6、蔽。應產(chǎn)生屏蔽。MetalMatrix4 4、在纖維方向上線膨脹系數(shù)小、在纖維方向上線膨脹系數(shù)小 金屬基復合材料所用的碳纖維、碳化硅纖維和硼纖維均有很高的模量和金屬基復合材料所用的碳纖維、碳化硅纖維和硼纖維均有很高的模量和很低的線膨脹系數(shù)，且石墨纖維的縱向線膨脹系數(shù)為負值。因此纖維很低的線膨脹系數(shù)，且石墨纖維的縱向線膨脹系數(shù)為負值。因此纖維增強金屬基復合材料的線膨脹系數(shù)要比金屬小?？刂评w維的含量和方向增強金屬基復合材料的線膨脹系數(shù)要比金屬小。控制纖維的含量和方向就能設計制造出在纖維方向上線膨脹系數(shù)很低的金屬基復合材料。就能設計制造出在纖維方向上線膨脹系數(shù)很低的金屬基復合材料。5 5、良好的抗疲

7、勞性能、良好的抗疲勞性能金屬基復合材料的抗疲勞性能與纖維類型、金屬基體的性能、生產(chǎn)工藝金屬基復合材料的抗疲勞性能與纖維類型、金屬基體的性能、生產(chǎn)工藝和界面狀況等密切相關。當纖維與基體在界面上結合得合適時，界面能和界面狀況等密切相關。當纖維與基體在界面上結合得合適時，界面能有效地阻止裂紋擴展。纖維增強金屬基復合材料的抗拉、抗疲勞性能，有效地阻止裂紋擴展。纖維增強金屬基復合材料的抗拉、抗疲勞性能，明顯高于金屬基休材料。明顯高于金屬基休材料。6 6、不吸濕和不放氣、不吸濕和不放氣金屬基復合材料不吸濕，沒有分解和污染系統(tǒng)的物質產(chǎn)生。這對衛(wèi)星儀金屬基復合材料不吸濕，沒有分解和污染系統(tǒng)的物質產(chǎn)生。這對衛(wèi)星

8、儀表的穩(wěn)定和可靠運行是十分重要的。表的穩(wěn)定和可靠運行是十分重要的。7 7、其他性能、其他性能金屬基纖維增強復合材料與基體材料相比，可提高抗蠕變性能、硬度和金屬基纖維增強復合材料與基體材料相比，可提高抗蠕變性能、硬度和阻尼等。阻尼等。特點特點MetalMatrix1、金屬基復合材料在基體屈服以前的一個較小范圍內(nèi)，應力應變關系才金屬基復合材料在基體屈服以前的一個較小范圍內(nèi)，應力應變關系才是線性的。除非采用很硬的基體，否則在拐點以上，金屬基復合材料的是線性的。除非采用很硬的基體，否則在拐點以上，金屬基復合材料的有效彈性模量就不再明顯大于樹脂基復合材料。有效彈性模量就不再明顯大于樹脂基復合材料。一般來

9、說，樹脂基復合材料在纖維方向具有很好的線性彈性，具有很高一般來說，樹脂基復合材料在纖維方向具有很好的線性彈性，具有很高的比強度和比剛度。這是金屬基復合材料所不及的。的比強度和比剛度。這是金屬基復合材料所不及的。2 2、剪切強度和層間拉伸強度較低、剪切強度和層間拉伸強度較低與金屬基體材料相比，金屬基復合材料的面內(nèi)剪切強度、層間剪切強度、與金屬基體材料相比，金屬基復合材料的面內(nèi)剪切強度、層間剪切強度、橫向拉仲強度和層間拉仲強度都比較低。與纖維方向金屬基復合材料的橫向拉仲強度和層間拉仲強度都比較低。與纖維方向金屬基復合材料的拉、壓強度比就更低。但與樹脂基復合材料的這些性能比，又強得多。拉、壓強度比就

10、更低。但與樹脂基復合材料的這些性能比，又強得多。提高界面的結合強度，可提高這些性能，但沖擊強度下降。提高界面的結合強度，可提高這些性能，但沖擊強度下降。3 3、在抵抗某些環(huán)境腐蝕方面，金屬基復合材料不如樹脂基復合材料。、在抵抗某些環(huán)境腐蝕方面，金屬基復合材料不如樹脂基復合材料。4 4、在金屬基復合材料制造過程中，涉及到高溫、增強材料的表面處理、在金屬基復合材料制造過程中，涉及到高溫、增強材料的表面處理、復合成型等復雜工藝。因此，金屬基復合材料很難制造、成本很高。復合成型等復雜工藝。因此，金屬基復合材料很難制造、成本很高。5 5、金屬基復合材料密度較大。、金屬基復合材料密度較大。6 6、由于金屬

11、基復合材料的研究起步較晚，再加上實際應用范圍和制造成、由于金屬基復合材料的研究起步較晚，再加上實際應用范圍和制造成本等因素的影響，目前金屬基復合材料的技術水平落后于聚合物基復合本等因素的影響，目前金屬基復合材料的技術水平落后于聚合物基復合材料和陶瓷基復合材料。材料和陶瓷基復合材料。缺點缺點MetalMatrix1、航空航天工業(yè)、航空航天工業(yè)B/AL復合材料是最早工業(yè)化生產(chǎn)的金屬基復合材料，在美國哥倫比復合材料是最早工業(yè)化生產(chǎn)的金屬基復合材料，在美國哥倫比亞號航天飛機構件中，該種復合材料用于制造主骨架、肋條、桁架支亞號航天飛機構件中，該種復合材料用于制造主骨架、肋條、桁架支柱、制動器支撐架等構件

12、共柱、制動器支撐架等構件共89種種243件，總質量件，總質量150kg。使用。使用B/A1復復合材料比原來鋁合金構件質量減輕了合材料比原來鋁合金構件質量減輕了44%。B/AL復合材料還用來制復合材料還用來制造噴氣發(fā)動機風扇葉片、飛機機翼蒙皮和結構支撐件、飛機垂直尾翼造噴氣發(fā)動機風扇葉片、飛機機翼蒙皮和結構支撐件、飛機垂直尾翼和起落架部件。和起落架部件。SiC/AL復合材料被用來制造飛機、發(fā)動機和衛(wèi)星的結構件，如飛機復合材料被用來制造飛機、發(fā)動機和衛(wèi)星的結構件，如飛機上長上長3m的的Z形加強板、戰(zhàn)斗機尾翼平衡器、衛(wèi)星支架以及超輕高性能形加強板、戰(zhàn)斗機尾翼平衡器、衛(wèi)星支架以及超輕高性能太空望遠鏡的

13、管、棒、桁架等。太空望遠鏡的管、棒、桁架等。用于航空航天工業(yè)的金屬基復合材料，一般需要考慮的主要因素是：用于航空航天工業(yè)的金屬基復合材料，一般需要考慮的主要因素是：（1）輕質高強。在保持強度的情況下，材料自重要輕，這樣可以減少）輕質高強。在保持強度的情況下，材料自重要輕，這樣可以減少燃料消耗，所以通常選用低密度陶瓷纖維作為增強材料。燃料消耗，所以通常選用低密度陶瓷纖維作為增強材料。（2）材料的抗疲勞性能好。對復合材料成型工藝要求較高，復合材料）材料的抗疲勞性能好。對復合材料成型工藝要求較高，復合材料的制造成本也相應提高。的制造成本也相應提高。（3）材料具有一定的耐高溫性能。）材料具有一定的耐高

14、溫性能。應用應用MetalMatrix2、機械制造工業(yè)、機械制造工業(yè)金屬基復合材料用于機械制造業(yè)的前提是其制品具有其他材料不可替金屬基復合材料用于機械制造業(yè)的前提是其制品具有其他材料不可替代的優(yōu)點，或者其產(chǎn)品的制造成本接近用金屬制造的成本。代的優(yōu)點，或者其產(chǎn)品的制造成本接近用金屬制造的成本。金屬基復合材料在機械工業(yè)中最早被用于制造汽車發(fā)動機零件。日本金屬基復合材料在機械工業(yè)中最早被用于制造汽車發(fā)動機零件。日本本田公司用含本田公司用含5%的的A12O3短纖維的鋁基復合材料代替含鎳鑄鐵用于短纖維的鋁基復合材料代替含鎳鑄鐵用于制造汽車發(fā)動機活塞環(huán)附近的襯套，質量減輕制造汽車發(fā)動機活塞環(huán)附近的襯套，質

15、量減輕5%-10%，磨損量為鋁，磨損量為鋁合金的合金的1/5，導熱系數(shù)為含鎳鑄鐵的四倍，熱疲勞壽命明顯提高。，導熱系數(shù)為含鎳鑄鐵的四倍，熱疲勞壽命明顯提高。此外，已經(jīng)開發(fā)成功的有此外，已經(jīng)開發(fā)成功的有SiC顆粒增強鋁基復合材料的整體活塞。顆粒增強鋁基復合材料的整體活塞。A12O3 顆粒增強鋁基復合材料制造的汽車發(fā)動機的驅動軸，轉速顆粒增強鋁基復合材料制造的汽車發(fā)動機的驅動軸，轉速可以提高約可以提高約14%。用短切氧化鋁和碳纖維增強的鋁。用短切氧化鋁和碳纖維增強的鋁-硅合金復合材料硅合金復合材料的耐磨性和抗疲勞性好、高溫穩(wěn)定、密度低、減振性強。豐田公司用的耐磨性和抗疲勞性好、高溫穩(wěn)定、密度低、減

16、振性強。豐田公司用它制造發(fā)動機缸體，使功率它制造發(fā)動機缸體，使功率/質量比明顯提高。質量比明顯提高。應用應用MetalMatrix3、電子材料工業(yè)、電子材料工業(yè)電子材料工業(yè)，特別是近年來蓬勃發(fā)展的微電子工業(yè)，對材料有較高的使用電子材料工業(yè)，特別是近年來蓬勃發(fā)展的微電子工業(yè)，對材料有較高的使用要求。要求。SiC顆粒增強鋁基復合材料，可通過調節(jié)顆粒增強鋁基復合材料，可通過調節(jié)SiC顆粒的含量使其熱膨脹系顆粒的含量使其熱膨脹系數(shù)于與基材匹配，并且具有導熱性好、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)良、低密度、適合釬焊數(shù)于與基材匹配，并且具有導熱性好、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)良、低密度、適合釬焊等性能。用它代替鋼等性能。用它代替鋼/鉬基座

17、，可以改善微電子器件的性能。鉬基座，可以改善微電子器件的性能。硼硼/鋁復合材料用作多層半導體芯片的支座，是一種很好的散熱冷卻材料，由鋁復合材料用作多層半導體芯片的支座，是一種很好的散熱冷卻材料，由于這種材料導熱性好、熱膨脹系數(shù)與半導體芯片非常接近，故能大大減少接于這種材料導熱性好、熱膨脹系數(shù)與半導體芯片非常接近，故能大大減少接頭處的熱疲勞。頭處的熱疲勞。石墨纖維增強銅基復合材料的強度和模量比銅高，又保持了銅的優(yōu)異的導電石墨纖維增強銅基復合材料的強度和模量比銅高，又保持了銅的優(yōu)異的導電和導熱性能。通過調節(jié)復合材料中石墨纖維的含量及排布方向，可使其熱膨和導熱性能。通過調節(jié)復合材料中石墨纖維的含量及

18、排布方向，可使其熱膨脹系數(shù)非常接近任何一種半導體材料，因此被用來制造大規(guī)模集成電路的底脹系數(shù)非常接近任何一種半導體材料，因此被用來制造大規(guī)模集成電路的底板和半導體裝置的支持電板，防止了底板的翹曲和半導體基片上裂紋的產(chǎn)生，板和半導體裝置的支持電板，防止了底板的翹曲和半導體基片上裂紋的產(chǎn)生，提高器件穩(wěn)定性。提高器件穩(wěn)定性。在大型蓄電池中的鉛電極自重大、剛性差，容易翹曲引起短路，影響電解過在大型蓄電池中的鉛電極自重大、剛性差，容易翹曲引起短路，影響電解過程的正常進行。用碳纖維增強鉛的復合材料，既保持原來優(yōu)良的電化學性能，程的正常進行。用碳纖維增強鉛的復合材料，既保持原來優(yōu)良的電化學性能，又使強度和模

19、量提高，不易翹曲，同時減小蓄電池的體積。又使強度和模量提高，不易翹曲，同時減小蓄電池的體積。應用應用MetalMatrix4、國防軍工工業(yè)、國防軍工工業(yè) 金屬基復合材料性能優(yōu)異，但制造工藝復雜、成本高、價金屬基復合材料性能優(yōu)異，但制造工藝復雜、成本高、價格貴，所以應用的主要領域是航空航天和國防軍工工業(yè)。格貴，所以應用的主要領域是航空航天和國防軍工工業(yè)。在國防軍工工業(yè)中，硼纖維和碳化硅纖維、碳化硅晶須和在國防軍工工業(yè)中，硼纖維和碳化硅纖維、碳化硅晶須和顆粒增強鋁基復合材料用來制造導彈的零件和構件，如導顆粒增強鋁基復合材料用來制造導彈的零件和構件，如導彈彈體、垂直尾翼、平衡翼、制導元件等。彈彈體、

20、垂直尾翼、平衡翼、制導元件等。 碳化硅晶須和顆粒增強鋁基復合材料被用于制造戰(zhàn)術坦克碳化硅晶須和顆粒增強鋁基復合材料被用于制造戰(zhàn)術坦克的反射鏡部件、輕型坦克的履帶、空間激光鏡等等。的反射鏡部件、輕型坦克的履帶、空間激光鏡等等。應用應用MetalMatrix1、大力研究發(fā)展顆粒增強的鋁基、鎂基復合材料。、大力研究發(fā)展顆粒增強的鋁基、鎂基復合材料。 國際國際ALCON公司已建成年產(chǎn)公司已建成年產(chǎn)1.1萬噸顆粒增強鋁基復合材萬噸顆粒增強鋁基復合材料型材、棒材、鍛材、鑄錠以及零件的專業(yè)工廠。生產(chǎn)的料型材、棒材、鍛材、鑄錠以及零件的專業(yè)工廠。生產(chǎn)的SiCp/Al（Mg）錠塊單重達）錠塊單重達596公斤。公

21、斤。2、高溫金屬基復合材料的研究、高溫金屬基復合材料的研究 主要針對高性能發(fā)動機發(fā)展的需要。研究發(fā)動機滑輪盤、主要針對高性能發(fā)動機發(fā)展的需要。研究發(fā)動機滑輪盤、轉軸等關鍵部件的高性能耐高溫結構材料。轉軸等關鍵部件的高性能耐高溫結構材料。3、金屬基復合材料制備新工藝和新設備的研究、金屬基復合材料制備新工藝和新設備的研究 目前研究的重點是：真空液態(tài)金屬浸漬、液態(tài)金屬擠壓鑄目前研究的重點是：真空液態(tài)金屬浸漬、液態(tài)金屬擠壓鑄造、液態(tài)金屬和顆粒共噴沉積、粉末熱等靜壓工藝等?？稍?、液態(tài)金屬和顆粒共噴沉積、粉末熱等靜壓工藝等?？赏鉀Q批量制造性能穩(wěn)定的金屬基復合材料制件，并降低望解決批量制造性能穩(wěn)定的金屬基

22、復合材料制件，并降低成本。同時研究工藝因素對復合材料結構和性能的影響。成本。同時研究工藝因素對復合材料結構和性能的影響。 發(fā)展方向發(fā)展方向MetalMatrix4、碳纖維增強金屬基復合材料的研究、碳纖維增強金屬基復合材料的研究碳（石墨）纖維是目前強度、模量最高，熱膨脹系數(shù)最小，產(chǎn)量最大碳（石墨）纖維是目前強度、模量最高，熱膨脹系數(shù)最小，產(chǎn)量最大的連續(xù)纖維。用其制作的碳纖維的連續(xù)纖維。用其制作的碳纖維/鎂、碳纖維鎂、碳纖維/鋁復合材料除具有很高鋁復合材料除具有很高的比強度、比模量外，其熱膨脹系數(shù)接近零，并且有很好的尺寸穩(wěn)定的比強度、比模量外，其熱膨脹系數(shù)接近零，并且有很好的尺寸穩(wěn)定性。雖然在界面

23、反應的控制和制造方法上有很大的突破，并已研制出性。雖然在界面反應的控制和制造方法上有很大的突破，并已研制出人造衛(wèi)星的零件，取得了很大的效益，但制造技術仍然復雜。批量、人造衛(wèi)星的零件，取得了很大的效益，但制造技術仍然復雜。批量、廉價制造碳纖維增強金屬基復合材料零件的制造方法和工藝還沒有根廉價制造碳纖維增強金屬基復合材料零件的制造方法和工藝還沒有根本解決。本解決。其研究重點是：從實驗室基礎研究轉向研究部門和工業(yè)部門的工程應其研究重點是：從實驗室基礎研究轉向研究部門和工業(yè)部門的工程應用研究。以應用構件為目標，研究制造工藝方法，研究制造過程工藝用研究。以應用構件為目標，研究制造工藝方法，研究制造過程工

24、藝參數(shù)與復合材料結構、性能的關系，復合材料零件的質量控制和基本參數(shù)與復合材料結構、性能的關系，復合材料零件的質量控制和基本性能評價。性能評價。5、金屬基復合材料界面優(yōu)化，界面反應控制、破壞過程等基礎研究。、金屬基復合材料界面優(yōu)化，界面反應控制、破壞過程等基礎研究。發(fā)展方向發(fā)展方向MetalMatrix主要基體主要基體 （一）金屬基體的選擇原則（一）金屬基體的選擇原則1、根據(jù)復合材料的使用要求、根據(jù)復合材料的使用要求如在航空、航天領域，高比強度、高比模量、尺寸穩(wěn)定性是最重要的性能要如在航空、航天領域，高比強度、高比模量、尺寸穩(wěn)定性是最重要的性能要求。作為航天飛行器和衛(wèi)星的構件宜選用密度小的輕金屬

25、，鋁、鎂或二者的求。作為航天飛行器和衛(wèi)星的構件宜選用密度小的輕金屬，鋁、鎂或二者的合金作為基體，高強度、高模量的石墨纖維、硼纖維等組成連續(xù)纖維復合材合金作為基體，高強度、高模量的石墨纖維、硼纖維等組成連續(xù)纖維復合材料。料。2、根據(jù)復合材料的組成特點、根據(jù)復合材料的組成特點選用不同類型的增強材料如連續(xù)纖維、短纖維或晶須，對基體材料的選擇有選用不同類型的增強材料如連續(xù)纖維、短纖維或晶須，對基體材料的選擇有較大影響。較大影響。例如在連續(xù)纖維增強的復合材料中，考慮到要充分發(fā)揮纖維的作用，希望選例如在連續(xù)纖維增強的復合材料中，考慮到要充分發(fā)揮纖維的作用，希望選用塑性較好的基體。實驗證明，此時如果采用較高

26、強度的合金材料，復合材用塑性較好的基體。實驗證明，此時如果采用較高強度的合金材料，復合材料的性能將有所降低。料的性能將有所降低。相反，對不是連續(xù)纖維增強的復合材料，由于基體是主要承力部分，因此，相反，對不是連續(xù)纖維增強的復合材料，由于基體是主要承力部分，因此，要選用較高強度的合金基體。要選用較高強度的合金基體。3、根據(jù)基體和增強材料的界面狀態(tài)、根據(jù)基體和增強材料的界面狀態(tài)選用基體時，首先要避免基體與增強材料在復合材料中發(fā)生化學反應。其次，選用基體時，首先要避免基體與增強材料在復合材料中發(fā)生化學反應。其次，基體應該和增強材料有較好的浸潤性?；w應該和增強材料有較好的浸潤性。MetalMatrix

27、主要基體主要基體 金屬密度g/cm3熔點比熱容kJ/（kg）熱導率W/m）熱膨脹系數(shù)10-6/抗拉強度MPa彈性模量GPaAl2.85800.9617123.431070Cu8.910800.3839117.6340120Pb11.33200.133328.82010Mg1.75701.007625.228040Ni8.914400.466213.3760210Nb8.624700.25556.8280100鋼7.814600.462913.32070210超合金8.313900.421910.71100210Ta16.629900.17556.5410190Sn7.22300.216423.

28、41040根據(jù)金屬的使用溫度不同，大致可分為兩種類型，即在450以下使用的金屬基體和在450以上使用的金屬基體。下表列出了一些基體金屬和合金的主要特性。MetalMatrix1、在、在450以下使用的金屬基體以下使用的金屬基體在這個溫度范圍內(nèi)使用的金屬基體主要是鋁、鎂和它們的合金，而且在這個溫度范圍內(nèi)使用的金屬基體主要是鋁、鎂和它們的合金，而且主要是以合金的形式被廣泛的應用。主要是以合金的形式被廣泛的應用。（1）鋁和鋁合金）鋁和鋁合金鋁是一種低密度、較高強度和具有耐腐蝕性能的金屬。在實際使用中，鋁是一種低密度、較高強度和具有耐腐蝕性能的金屬。在實際使用中，純鋁中常加入鋅、銅、鎂、錳等元素形成合

29、金，由于加入的這些元素純鋁中常加入鋅、銅、鎂、錳等元素形成合金，由于加入的這些元素在鋁中的溶解度極為有限，因此，這類合金通常稱為沉淀硬化合金，在鋁中的溶解度極為有限，因此，這類合金通常稱為沉淀硬化合金，如如Al-Cu-Mg和和A1-Zn-IVlgCu等沉淀硬化合金。近年來，為航空和航等沉淀硬化合金。近年來，為航空和航天工業(yè)開發(fā)出的天工業(yè)開發(fā)出的A1-Li系列合金，進一步提高了鋁的彈性模量，降低系列合金，進一步提高了鋁的彈性模量，降低了材料的密度。了材料的密度。（2）鎂和鎂合金）鎂和鎂合金鎂是一種比鋁更輕的金屬，但鎂的機械性能較差，因此，通常是在鎂鎂是一種比鋁更輕的金屬，但鎂的機械性能較差，因此

30、，通常是在鎂中加入鋁、鋅、錳、鋯及稀土元素而形成鎂合金。目前常用的鎂合金中加入鋁、鋅、錳、鋯及稀土元素而形成鎂合金。目前常用的鎂合金主要包括主要包括Mg-Mn，Mg-A1-Zn，Mg-Zn-Cr等耐熱合金，可作為連續(xù)等耐熱合金，可作為連續(xù)或不連續(xù)纖維復合材料的墓體?；虿贿B續(xù)纖維復合材料的墓體。主要基體主要基體 MetalMatrix2、在、在450以上使用的金屬基體以上使用的金屬基體目前主要是鈦、鐵、鎳及其合金和金屬間化合物。目前主要是鈦、鐵、鎳及其合金和金屬間化合物。（1）鈦和鈦合金）鈦和鈦合金鈦是過渡元素，有兩種晶形。鈦是過渡元素，有兩種晶形。-鈦具有六角形密排結構，低于鈦具有六角形密排結

31、構，低于885時穩(wěn)定；時穩(wěn)定；-鈦是體心立方結構，高于鈦是體心立方結構，高于885時穩(wěn)定。金屬鋁能提高鈦由時穩(wěn)定。金屬鋁能提高鈦由向相轉變的溫向相轉變的溫度。所以鋁是度。所以鋁是相鈦的穩(wěn)定劑。而大多數(shù)其他合金元素（相鈦的穩(wěn)定劑。而大多數(shù)其他合金元素（Fe、Mn、Cr、Mo、V、Nb、Ta）能降低鈦由）能降低鈦由向向相轉變的溫度，所以是相轉變的溫度，所以是相鈦的穩(wěn)定劑。鈦在相鈦的穩(wěn)定劑。鈦在較高的溫度中能保持強度，抗氧化和抗腐蝕性能優(yōu)良。它具有較高的強度順較高的溫度中能保持強度，抗氧化和抗腐蝕性能優(yōu)良。它具有較高的強度順量比和模量順量比，是一種理想的航空、宇航應用材料。量比和模量順量比，是一種理

32、想的航空、宇航應用材料。（2）鐵和鐵合金）鐵和鐵合金在金屬基復合材料中使用的鐵，主要是鐵合金，可在在金屬基復合材料中使用的鐵，主要是鐵合金，可在600-900范圍內(nèi)使用，范圍內(nèi)使用，按加工工藝分為變形高溫合金和鑄造高溫合金。鐵基變形高溫合金是奧氏體按加工工藝分為變形高溫合金和鑄造高溫合金。鐵基變形高溫合金是奧氏體可塑性變形高溫合金，主要組成為可塑性變形高溫合金，主要組成為15%-60%鐵，鐵，25%-55%鎳和鎳和11%-23%鉻，鉻，此外根據(jù)不同的使用溫度，分別加入鎢、鉬、鈮、釩、鈦等合金元素進行強此外根據(jù)不同的使用溫度，分別加入鎢、鉬、鈮、釩、鈦等合金元素進行強化。鐵基鑄造高溫合金是以鐵為

33、基體，用鑄造工藝成型的高溫合金，基體為化。鐵基鑄造高溫合金是以鐵為基體，用鑄造工藝成型的高溫合金，基體為面心立方體結構的奧氏體。上述兩種類型的高溫合金分別用于制造燃氣渦輪面心立方體結構的奧氏體。上述兩種類型的高溫合金分別用于制造燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒室和渦輪輪盤、渦輪導向葉片等。發(fā)動機的燃燒室和渦輪輪盤、渦輪導向葉片等。主要基體主要基體 MetalMatrix2、在、在450以上使用的金屬基體以上使用的金屬基體（3）鎳和鎳合金）鎳和鎳合金在金屬基復合材料中使用的鎳與鐵相同，主要是按照加工工藝不同形成的變形高溫合在金屬基復合材料中使用的鎳與鐵相同，主要是按照加工工藝不同形成的變形高溫合金和鑄造高溫

34、合金。鎳基變形高溫合金以鎳為基（含量一般大于金和鑄造高溫合金。鎳基變形高溫合金以鎳為基（含量一般大于50%），添加了鎢、），添加了鎢、鉬、鈷、鉻、鈮等合金元素。使用溫度在鉬、鈷、鉻、鈮等合金元素。使用溫度在6501000，具有較高的強度、良好的抗，具有較高的強度、良好的抗氧化和抗燃氣腐蝕能力，用于制造燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒室等。鎳基鑄造高溫合金是氧化和抗燃氣腐蝕能力，用于制造燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒室等。鎳基鑄造高溫合金是以鎳為基，用鑄造工藝成型的高溫合金，能在以鎳為基，用鑄造工藝成型的高溫合金，能在600-1100的氧化和燃氣腐蝕氣氛中承的氧化和燃氣腐蝕氣氛中承受復雜應力，并能長期可靠地工作，主要

35、用于制造渦輪轉子葉片受復雜應力，并能長期可靠地工作，主要用于制造渦輪轉子葉片 和導向葉片及其他在和導向葉片及其他在高溫條件下工作的零件。高溫條件下工作的零件。（4）金屬間化合物）金屬間化合物金屬間化合物種類繁多，有成千上萬種，而用于金屬基復合材料的金屬間化合物通常金屬間化合物種類繁多，有成千上萬種，而用于金屬基復合材料的金屬間化合物通常是一些高溫合金，如鋁化鎳，鋁化鐵，鋁化鈦等，使用溫度可達是一些高溫合金，如鋁化鎳，鋁化鐵，鋁化鈦等，使用溫度可達1600。這些高溫合。這些高溫合金的晶體結構中原子以長程有序方式排列。由于這種有序在金屬間化合物中發(fā)生位錯金的晶體結構中原子以長程有序方式排列。由于這

36、種有序在金屬間化合物中發(fā)生位錯要比在無序合金中受到更大的約束，因此能使化合物在高溫下保持強度。金屬間化合要比在無序合金中受到更大的約束，因此能使化合物在高溫下保持強度。金屬間化合物的缺點是它們的韌性非常低，主要原因是組織中低的對稱性導致滑移系不足和晶體物的缺點是它們的韌性非常低，主要原因是組織中低的對稱性導致滑移系不足和晶體界面結合較弱。目前在改進該類化合物韌性方面的例子有：在冶金過程中采用快速凝界面結合較弱。目前在改進該類化合物韌性方面的例子有：在冶金過程中采用快速凝固法以及向固法以及向Ni3Al一類金屬間化合物中添加硼。硼遷移到晶面，使其增強，研究表明，一類金屬間化合物中添加硼。硼遷移到晶

37、面，使其增強，研究表明，只要添加極少量的硼（只要添加極少量的硼（0.06%，質量分數(shù)）便可使韌性從，質量分數(shù)）便可使韌性從20%增加到增加到50%左右。左右。（5）銅）銅銅是優(yōu)良的導體，其導電率為銀的銅是優(yōu)良的導體，其導電率為銀的94%。銅的塑性好，強度和彈性模量不高，熱膨脹。銅的塑性好，強度和彈性模量不高，熱膨脹系數(shù)大，容易鑄造和加工。銅在復合材料中的主要用途之一是作為鈮基超導體的基體系數(shù)大，容易鑄造和加工。銅在復合材料中的主要用途之一是作為鈮基超導體的基體材料。材料。主要基體主要基體 MetalMatrix 復合材料中金屬和第二成分的類型和性能、第二成分的體復合材料中金屬和第二成分的類型和

38、性能、第二成分的體積分數(shù)及其分布情況、復合材料的制造方法和界面情況等，積分數(shù)及其分布情況、復合材料的制造方法和界面情況等，決定了金屬基復合材料的性能。合理地和適當?shù)乜刂七@些決定了金屬基復合材料的性能。合理地和適當?shù)乜刂七@些因素，可以制成性能范圍很廣，能滿足各種特殊要求的金因素，可以制成性能范圍很廣，能滿足各種特殊要求的金屬基復合材料。屬基復合材料。 MetalMatrix1、對增強纖維的要求、對增強纖維的要求目前，增強纖維主要用于增強低溫合金（如鋁合金）、中溫合金目前，增強纖維主要用于增強低溫合金（如鋁合金）、中溫合金(如鈦如鈦)、高溫合金（如鎳基高溫合、高溫合金（如鎳基高溫合金或鈮合金）這三

39、類金屬。雖然對增強物的要求隨不同基體合金而改變，但下述性能是共同的要求。金或鈮合金）這三類金屬。雖然對增強物的要求隨不同基體合金而改變，但下述性能是共同的要求。（1）高強度。）高強度。纖維的高強度首先是為了滿足復合材料強度的需要。其次還能使整個加工制造過程簡單。纖維的高強度首先是為了滿足復合材料強度的需要。其次還能使整個加工制造過程簡單。（2）高模量。）高模量。對于金屬基復合材料，這種性能非常重要。這是為了使纖維承載時基體不致發(fā)生大的塑性流動。玻對于金屬基復合材料，這種性能非常重要。這是為了使纖維承載時基體不致發(fā)生大的塑性流動。玻璃纖維的模量比較低，因此，很少用作金屬基體的增強纖維。璃纖維的模

40、量比較低，因此，很少用作金屬基體的增強纖維。（3）化學穩(wěn)定性好。）化學穩(wěn)定性好。包括在空氣中的穩(wěn)定性和對基體材料的穩(wěn)定性。包括在空氣中的穩(wěn)定性和對基體材料的穩(wěn)定性。（4）纖維的尺寸和形狀。）纖維的尺寸和形狀。對于采用固相制造法的金屬基復合材料，大直徑的圓纖維更加合適。借助金屬基體的塑性流動，這對于采用固相制造法的金屬基復合材料，大直徑的圓纖維更加合適。借助金屬基體的塑性流動，這些纖維很容易和基體結合。如用液態(tài)金屬制造法，由于大直徑圓纖維表面積小，化學反應也比較小。些纖維很容易和基體結合。如用液態(tài)金屬制造法，由于大直徑圓纖維表面積小，化學反應也比較小。（5）纖維性能的一致性。）纖維性能的一致性。

41、很多情況下，復合材料的強度取決于纖維的束強度和纖維強度的分布函數(shù)。很多情況下，復合材料的強度取決于纖維的束強度和纖維強度的分布函數(shù)。（6）抗損傷與抗磨損性能。）抗損傷與抗磨損性能。（7）耐高溫。）耐高溫。金屬基復合材料成型加工溫度較高，大部分加工工藝需要基體為熔融狀態(tài)，在此狀態(tài)下，要避免基金屬基復合材料成型加工溫度較高，大部分加工工藝需要基體為熔融狀態(tài)，在此狀態(tài)下，要避免基體與增強材料的反應和使基體很好地浸漬纖維，首先必須選擇耐高溫的增強材料。體與增強材料的反應和使基體很好地浸漬纖維，首先必須選擇耐高溫的增強材料。（8）要對增強材料進行表面處理。）要對增強材料進行表面處理。以提高浸潤性和防止基

42、體與增強材料發(fā)生各類化學反應。以提高浸潤性和防止基體與增強材料發(fā)生各類化學反應。MetalMatrix2、顆粒（顆粒（particle）。）。直徑為直徑為0.5-100m。以顆粒增強的金屬基復合材料中基體的含量可在。以顆粒增強的金屬基復合材料中基體的含量可在25%-90%范圍內(nèi)（范圍內(nèi)（SiC，碳化硼，碳化鈦）。目前，顆粒增強金屬基復合材料已，碳化硼，碳化鈦）。目前，顆粒增強金屬基復合材料已成為金屬基復合材料的發(fā)展方向之一。成為金屬基復合材料的發(fā)展方向之一。3、晶須（、晶須（Whisker）。）。直徑約直徑約0.1-0.5m，長徑比可達，長徑比可達200。以短纖維、晶須增強的金屬基復合材料。以

43、短纖維、晶須增強的金屬基復合材料中基體含量在中基體含量在70%以上，一般為以上，一般為80%-90%。4、纖維。、纖維。在連續(xù)纖維增強的金屬基復合材料中，基體約占在連續(xù)纖維增強的金屬基復合材料中，基體約占50%-70%。金屬基復合材料用的增強纖維中，有代表性的纖維是氧化鋁纖維、硼纖維、金屬基復合材料用的增強纖維中，有代表性的纖維是氧化鋁纖維、硼纖維、碳纖維和碳化硅纖維等。碳纖維和碳化硅纖維等。硼纖維和碳（石墨）纖維使最早用于金屬基復合材料中的增強纖維。例如：硼纖維和碳（石墨）纖維使最早用于金屬基復合材料中的增強纖維。例如：硼纖維硼纖維/鋁，碳纖維鋁，碳纖維/鎂復合材料制成的航天飛機艙框架和人造

44、衛(wèi)星拋物面天鎂復合材料制成的航天飛機艙框架和人造衛(wèi)星拋物面天線等。線等。硼纖維的主要缺點：制造成本高，化學穩(wěn)定性不如氣相沉積的碳化硅纖維。硼纖維的主要缺點：制造成本高，化學穩(wěn)定性不如氣相沉積的碳化硅纖維。碳（石墨）纖維發(fā)展迅速，其特點為：強度高、模量高。有的碳纖維（例如：碳（石墨）纖維發(fā)展迅速，其特點為：強度高、模量高。有的碳纖維（例如：美國聯(lián)合碳公司的美國聯(lián)合碳公司的P100，P120，P130）熱膨脹系數(shù)為負，用其制作的碳纖）熱膨脹系數(shù)為負，用其制作的碳纖維維/鎂復合材料的熱膨脹系數(shù)為零。此外，價格低。鎂復合材料的熱膨脹系數(shù)為零。此外，價格低。 MetalMatrix（一）注意的問題（一）

45、注意的問題1、溫度對增強材料的影響、溫度對增強材料的影響在金屬基復合材料的制造過程中，為了保證金屬基體有足夠的流動性，需要較高的制造溫度（高于或接近基體的熔點），在此溫度下，增強材料易發(fā)生氧化和與基體界面反應，如碳纖維作為增強材料與鋁復合，在400以上發(fā)生氧化反應，與Al發(fā)生界面反應生成碳化鋁。這些反應造成增強材料的損傷，同時界面反應造成過強的界面結合，會使材料發(fā)生早期的低應力破壞，在應力作用下首先斷裂，成為裂紋源，引起復合材料的整體破壞。因此在優(yōu)化工藝方法中，要盡量縮短基體與增強材料在高溫下的接觸時間，將界面反應減少到最低程度。提高加工壓力，用真空-壓力鑄造是優(yōu)化工藝的典型例子。2、表面處理

46、對增強材料的影響、表面處理對增強材料的影響大部分金屬基體與增強材料之間浸潤性差，如碳-鋁、碳-鎂、碳化硅-鋁、氧化鋁-鎂等。通過在增強材料表面覆以薄的涂層防止和抑制界面反應，獲得合適的界面結構和結合強度，可以有效地改善增強材料的浸潤性。涂層有金屬、非金屬以及復合涂層三種。金屬涂層與基體金屬液間的浸潤性好，但易被溶解引起增強材料和基體金屬的化學反應。金屬涂層密度較大，降低了復合材料的比強度、比模量。非金屬涂層一般為氧化物、碳化物或氮化物，與金屬基體之間不易發(fā)生各類反應，可有效抑制界面反應，但與基體的浸潤性差。復合涂層為幾種不同性質涂層的組合，它們各自完成不同的功能，滿足工藝和性能的多種需要，包括

47、疊合和梯度等涂層。表面涂覆的方法有化學氣相沉淀、物理氣相沉淀、溶膠凝膠、電鍍和化學鍍等。制造方法制造方法 MetalMatrix（一）固態(tài)法（一）固態(tài)法1、擴散黏結法、擴散黏結法2、形變法、形變法3、粉末冶金法、粉末冶金法（二）液態(tài)法（二）液態(tài)法1、擠壓鑄造法、擠壓鑄造法2、真空壓力浸漬法、真空壓力浸漬法3、液態(tài)金屬攪拌鑄造法、液態(tài)金屬攪拌鑄造法4、井噴沉積法、井噴沉積法（三）其他方法（三）其他方法（1）定向凝固法）定向凝固法（2）反應自生成法）反應自生成法制造方法制造方法 MetalMatrix 固態(tài)法是指基體處于固態(tài)下制造金屬基復合材料的方法。固態(tài)法是指基體處于固態(tài)下制造金屬基復合材料的方

48、法。在整個制造過程中，溫度控制在基體合金的液相線和固相在整個制造過程中，溫度控制在基體合金的液相線和固相線之間。使整個反應控制在較低溫度，盡量避免金屬基體線之間。使整個反應控制在較低溫度，盡量避免金屬基體和增強材料之間的界面反應。和增強材料之間的界面反應。 固態(tài)法包括粉末冶金法、熱壓法、熱等靜壓法、軋制法、固態(tài)法包括粉末冶金法、熱壓法、熱等靜壓法、軋制法、擠壓法和拉拔法、爆炸焊接法等擠壓法和拉拔法、爆炸焊接法等制造方法固態(tài)法制造方法固態(tài)法 MetalMatrix1、擴散黏結法、擴散黏結法 在加壓狀態(tài)下，通過固態(tài)焊接工藝，使同類或不同類金屬在高溫下互擴散而黏結在一起。在加壓狀態(tài)下，通過固態(tài)焊接工

49、藝，使同類或不同類金屬在高溫下互擴散而黏結在一起。（1）通常先將纖維與金屬基體）通常先將纖維與金屬基體(主要是金屬箔主要是金屬箔)制成復合材料預制片，然后將預制片按設計要制成復合材料預制片，然后將預制片按設計要求切割成型，疊層排布（纖維方向）后放入模具內(nèi)。求切割成型，疊層排布（纖維方向）后放入模具內(nèi)。（2）加熱、加壓使其擴散黏結并成型。擴散黏結過程分為三個階段。）加熱、加壓使其擴散黏結并成型。擴散黏結過程分為三個階段。 第一階段：黏結表面之間的最初接觸。由于加熱和加壓使表面發(fā)生變形、移動、表面膜第一階段：黏結表面之間的最初接觸。由于加熱和加壓使表面發(fā)生變形、移動、表面膜（通常是氧化膜）破壞。（

50、通常是氧化膜）破壞。 第二階段：隨著時間的進行發(fā)生界面擴散、滲透，使接觸面形成黏結狀態(tài)。第二階段：隨著時間的進行發(fā)生界面擴散、滲透，使接觸面形成黏結狀態(tài)。 第三階段：擴散結合界面最終消失，黏結過程完成。第三階段：擴散結合界面最終消失，黏結過程完成。（3）冷卻脫模后即制得所需產(chǎn)品。）冷卻脫模后即制得所需產(chǎn)品。 影響擴散黏結過程的主要因素是：溫度、壓力和加工時間。為保證熱壓產(chǎn)品的質量，加影響擴散黏結過程的主要因素是：溫度、壓力和加工時間。為保證熱壓產(chǎn)品的質量，加熱加壓過程可在真空或惰性氣氛中進行，也可在大氣中進行。熱加壓過程可在真空或惰性氣氛中進行，也可在大氣中進行。優(yōu)點：優(yōu)點：可以焊接品種廣泛的

51、金屬；易控制纖維取向和體積分數(shù)。可以焊接品種廣泛的金屬；易控制纖維取向和體積分數(shù)。缺點主要是：缺點主要是： 焊接需若干小時，較高的焊接溫度和壓力需要較高的生產(chǎn)成本，只能制造有限尺寸的零件。焊接需若干小時，較高的焊接溫度和壓力需要較高的生產(chǎn)成本，只能制造有限尺寸的零件。擴散黏結法在實際工藝中主要分熱壓法和熱等靜壓法，后者也是熱壓的一種方法，主要擴散黏結法在實際工藝中主要分熱壓法和熱等靜壓法，后者也是熱壓的一種方法，主要使用惰性氣體加壓，工件在各個方向上受到均勻壓力的作用。使用惰性氣體加壓，工件在各個方向上受到均勻壓力的作用。制造方法固態(tài)法制造方法固態(tài)法 MetalMatrix制造方法固態(tài)法制造方

52、法固態(tài)法 MetalMatrix2、形變法、形變法 形變法是利用金屬具有塑性成型的工藝特點，通過熱軋、熱拉、熱擠壓等加工手段，使已復合好的顆粒、晶須、短纖維增強金屬基復合材料進一步加工成板材。 對金屬/金屬復合材料，用擠、拉和軋的方法，使復合材料的兩相都發(fā)生形變，其中作為增強材料的金屬被拉長成為纖維狀增強相。右圖是用熱拉法制備金屬基復合材料棒材的示意圖。制造方法固態(tài)法制造方法固態(tài)法 MetalMatrix3、粉末冶金法、粉末冶金法 粉末冶金法就是： 將金屬基體粉末和增強體粉末均勻混合， 混合后進行冷壓得到半成品，其致密度約為80%， 冷壓的半成品裝入密封模具，升溫至基體合金固相線附近，熱壓或熱

53、等靜壓得到完全致密的復合材料。 粉末冶金法也可以用來制造晶須增強的金屬基復合材料。將晶須或短纖維與金屬粉末混合后進行熱壓，制得纖維隨機取向的復合材料，以這種方法制得的鋁基復合材料，具有很高的比強度、比模量和耐磨性，已用于飛機、航天器等部件。制造方法固態(tài)法制造方法固態(tài)法 MetalMatrix 液態(tài)法是指基體處于熔融狀態(tài)下制造金屬基復合材料的方法。 為了減少高溫下基體和增強材料之間的界面反應，提高基體對增強材料的浸潤性，通常采用加壓滲透、增強材料表面處理、基體中添加合金元素等方法。 液態(tài)法包括真空壓力浸漬法、擠壓鑄造法、攪拌鑄造法、液態(tài)金屬浸漬法、井噴沉淀法、熱噴涂法等。 制造方法液態(tài)法制造方法

54、液態(tài)法 MetalMatrix1、擠壓鑄造法、擠壓鑄造法 擠壓鑄造是通過壓機將液態(tài)金屬壓入增強材料預制件中制造復合材料的方法。其工藝過程是： 先將增強材料按照設計要求制成一定形狀的預制件， 經(jīng)干燥預熱后放入同樣預熱的模具中，澆鑄入熔融金屬， 用壓頭加壓，使液態(tài)金屬浸滲入預制件，并在壓力下凝固。 加壓壓力根據(jù)預制件的形狀、尺寸一般在70-100MPa。 在這么高的壓力下，如何保護預制件的形狀、尺寸不發(fā)生變化，熔融金屬不濺出等都對工藝、模具提出較高要求。因此在制造一些高性能、高精密度復合材料時，此法不能勝任。目前擠壓鑄造法主要用于批量制造低成本陶瓷短纖維、顆粒、晶須增強鋁、鎂基復合材料的零部件，如

55、用陶瓷纖維增強鋁基復合材料制造汽車活塞的工藝已得到使用。制造方法液態(tài)法制造方法液態(tài)法 MetalMatrix2、真空壓力浸漬法、真空壓力浸漬法 真空壓力浸漬法是在真空和高壓惰性氣體的共同作用下，使熔融金屬浸滲入預制件中制造金屬基復合材料的方法。它綜合了真空吸鑄和壓力鑄造的優(yōu) 點，經(jīng)過不斷改進，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為能夠控制熔體溫度、預制件溫度、冷卻速率、壓力等工藝參數(shù)的工業(yè)制造方法。 真空壓力浸漬法主要在真空壓力浸漬爐中進行，根據(jù)金屬熔體進入預制件的方式，主要分為底部壓入式、頂部注入式和頂部壓人式。 右圖為典型的底部壓入式真空壓力浸漬爐的結構簡圖。浸漬爐由耐高壓的殼體、熔化金屬的加熱爐、預制件預熱爐

56、、坩堝升降裝置、真空系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)、氣體加壓系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)組成。金屬熔化過程和預制件預熱過程可在真空或保護氣氛下進行，以防止金屬氧化和增強材料損傷。制造方法液態(tài)法制造方法液態(tài)法 MetalMatrix真空壓力浸漬法制備工藝是：（1）先將增強材料預制件放人模具，基體金屬裝入坩堝，（2）然后將裝有預制件的模具和裝入基體金屬的坩堝分別放人浸漬爐的預熱爐和熔化爐內(nèi)，（3）密封和緊固爐體，（4）將預制件模具和爐腔抽真空，（5）當爐腔內(nèi)達到預定真空度后開始通電加熱預制件和熔化金屬基體?？刂萍訜徇^程使預制件和熔融基體達到預定溫度，保溫一定時間，（6）提升坩堝，使模具升液管插入金屬熔體，通入高壓惰性氣體，在真

57、空和惰性氣體高壓的共同作用下，液態(tài)金屬浸入預制件中形成復合材料。（7）降下坩堝，接通冷卻系統(tǒng)，待完全凝固后，即可從模具中取出復合材料零件或坯料。制造方法液態(tài)法制造方法液態(tài)法 MetalMatrix 真空壓力浸漬的主要優(yōu)點如下：（1）適用面廣?？捎糜诙喾N金屬基體和連續(xù)纖維、短纖維、晶須和顆粒等增強材料的復合，增強材料的形狀、尺寸、含量基本上不受限制。（2）可直接制成形狀復雜的復合材料零件，基本上無需進行后續(xù)加工。（3）浸漬在真空中進行，壓力下凝固，無氣孔、疏松、縮孔等鑄造缺陷，組織致密，材料性能好。（4）工藝簡單、參數(shù)易于控制?？筛鶕?jù)增強材料和基體金屬的物理化學特性，嚴格控制溫度、壓力等參數(shù)，避

58、免嚴重的界面反應。 但是，真空壓力浸漬法的設備比較復雜，工藝周期長，成本較高，制備大尺寸的零件投資更大。制造方法液態(tài)法制造方法液態(tài)法 MetalMatrix3、液態(tài)金屬攪拌鑄造法、液態(tài)金屬攪拌鑄造法液態(tài)金屬攪拌鑄造法是將增強相顆粒直接加入金屬熔體中，通過攪拌使顆粒均勻分散，然后澆鑄成型制成復合材料制品的方法。它是一種適合于工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)顆粒增強金屬基復合材料的主要方法。目前用此法生產(chǎn)高性能顆粒增強金屬基復合材料還需解決兩個主要困難：一是顆粒如何與金屬熔體均勻混合，并防止團聚；二是強烈攪拌容易吸入大量空氣造成金屬熔體的氧化。與其他制造顆粒增強金屬基復合材料的方法相比，液態(tài)金屬攪拌鑄造法工藝簡單、生

59、產(chǎn)效率高、制造成本低，適用于多種基體和多種顆粒，具有競爭力。目前這種鑄造方法在不斷地進行改進，如在攪拌方式上就開發(fā)了旋渦法、Duralcon法、復合鑄造法、底部真空反旋渦攪拌法等。制造方法液態(tài)法制造方法液態(tài)法 MetalMatrix4、井噴沉積法、井噴沉積法 井噴沉積法就是運用特殊的噴嘴，將液態(tài)金屬基體通過惰性氣體氣流的作用后霧化成細小的液態(tài)金屬流，將增強相顆粒加入到霧化的金屬流中，與金屬液滴混合在一起并沉積在襯底上，凝固形成金屬基復合材料的方法。井噴沉積法主要用于制造顆粒增強金屬基復合材料。它的工藝過程中有： 基體金屬熔化，液態(tài)金屬霧化，顆粒加入及與金屬霧化流的混合，沉積和凝固等工藝過程。

60、其中液態(tài)金屬霧化是關鍵工藝。液態(tài)金屬霧化液滴的大小和尺寸分布、液滴的冷卻速率影響復合材料的最后性能。一般金屬液滴的尺寸在10-30m，到達沉積表面時保持半固態(tài)和液態(tài)，在沉積表面形成厚度適當?shù)囊簯B(tài)金屬薄層，能夠充分填充顆粒間的孔隙，獲得均勻致密的復合材料。此外，一些工藝參數(shù)如熔融金屬溫度、惰性氣體壓力、流量和速度、顆粒加入速率、沉積底板溫度等都會影響復合材料的質量。需要根據(jù)不同的金屬基體和增強相進行調整組合，從而獲得最佳工藝。制造方法液態(tài)法制造方法液態(tài)法 MetalMatrix井噴沉積法的工藝特點如下：（1）適用面廣。可用于鋁、銅、鎳、鈷、鐵、金屬問化合物基體，可加入SiC、Al2O3、TiC、