金属基复合材料制备自生复合技术

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1、金属基复合材料自生复合制备技术综述摘要：简述了金属基复合材料的定义，分类，性能及应用领域。概述金属基复合材料制备过程的主要要求，及其制备过程中的难点。对金属基复合材料制备的自生复合技术概念及优点进行了阐述，介绍了目前典型的自生复合技术。最后，对金属基复合材料自生复合技术的研究现状及发展趋势进行了展望。关键词：金属基复合材料；自生复合技术1引言复合材料是由两种或两种以上材料通过先进的材料制备技术组合而成的性能优异的新材料。在复合材料种又将其组分称为基体和增强体，通常将其中连续分布的组分称为基体，将纤

2、维、颗粒、晶须等称为增强物。金属基复合材料（metalmatrixcomposites，简称MMCs）[4]是以金属及合金为基体的复合材料，主要有以高性能增强纤维、晶须、颗粒进行增强。金属基复合材料既保持了金属本身的特性，又具有复合材料的综合特性。通过不同基体和增强物的优化组合，可获得各种特殊性能和优异的综合性能。1.1分类金属基复合材料的分类可按:（1）基体材料类型分类。有铝基、镁基、锌基、铜基、铅基、镍基、耐热金属基、金属间化合物基等复合材料。（2）按增强材料类型分类。分为连续纤维增强金属基复

3、合材料；非连续增强金属及复合材料（包括颗粒、短纤维、晶须增强金属基复合材料；自生增强金属基复合材料（包括反应自生和定向自生、大变形）；层板金属基复合材料。（3）按用途分类。分为结构复合材料和功能复合材料。结构复合材料以高比强度、高比模量、尺寸稳定、耐热性等为主要性能特点。用于制造各种航天、航空、汽车、先进武器系统等高性能结构件。功能复合材料以高导热、导电性、低膨胀、高阻尼、高耐磨性等物理性能的优化组合为主要特性，用于电子、仪器、汽车等工业。1.2特点金属基复合材料具有如下特点：（1）高比强度、比模

4、量；（2）导热、导电性好；（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）疲劳性能和断裂韧性良好；（7)不吸潮、不老化、气密性好；（8）二次加工性能较好。这一系列优异的综合性能使金属基复合材料在航天、航空、电子、汽车、先进武器系统中均具有广泛的应用前景。1.3制备要求及难点在金属基材料制备过程中，有如下几点基本要求：（1）增强材料以设计的体积分数和排列方式分布于金属基体中，满足复合材料结构和强度设计要求；（2）不得使增强材料和金属基体原有性能下降；（3）避免增强材料与

5、金属基复合材料之间发生不利于性能的化学反应。（4）设备投资少，工艺简单易行；（5）尽量制造出接近最终产品的形状，尺寸和结构，减少后续加工工艺。由于金属基复合材料加工性，其加工性不如树脂好，在制造过程中，还需要克服一些困难。（1）加工温度高，在高温下易发生不利的化学反应；（2）增强材料与基体湿润性太差，结合力不好。1.4制备方法分类由于金属基复合材料体系很多，各组分的物理化学性质差别很大，复合材料的用途也有很大差别，所以制备方法也是千差万别的。但总体来讲，金属基复合材料的制备方法大致分为如下几类。（

6、1）固态制造技术。固态制造技术是指在金属基体处于固态的情况下，制成复合材料体系的方法，其中包括粉末冶金法、热压法、热等静压法、轧制法、拉拔法和爆炸焊接法等。（2）液态制造技术。液体制造技术是在金属基体处于熔融状态下，与增强材料混合组成新的复合材料的方法。其中包括浸渗法（包括真空、压力、无压）、挤压铸造法、搅拌铸造法、液态金属浸渍法、共喷沉积法、热喷涂法等。（3）其他制造技术。主要有自生复合法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、化学镀和电镀以及复合镀等方法。2自生复合制备金属基复合材料方法综述由于兼容

7、了金属的优良韧性与塑性和陶瓷的强度与模量,因此与传统材料相比,金属基复合材料具有更好的物理与力学性能。然而,现有工艺存在着诸如工艺复杂、成本昂贵、增强体分布不均匀与基体浸润性不良、界面易反应生成脆性化合物等一系列问题,特别是对亚微米和纳米级增强体极难进行复合,从而影响复合材料的性能,阻碍着这一先进材料的应用和发展。自生复合材料是指增强相（或其形态）是由合金熔体中的某种组分与加入的元素或化合物之间的反应生成的[1]。与传统的复合材料相比，自生复合材料主要有如下特点：（1)自生增强相在基体中热力学上是

8、稳定的，这样在高温使用时性能降低减少；（2）增强相与基体的界面清洁，界面结合力强；（3）自生增强相尺寸、体积分数可以通过工艺参数进行有效控制。由热力学原理可知,保证生成增强体的反应的自由能变化为比较大的负值,并使生成有害相的自由能变化为较小的负值或正值,这样不仅在理论上保证了增强相形成的可能,同时也可以最大限度地抑制有害相的形成。正是因为自生复合材料的设计有合金热力学与动力学的理论为依据,并且避免了外加颗粒造成的表面污染、与基体润湿性差、细小颗粒极难复合等问题[3],因而同其他类型