金属基复合材料的制备方法及发展现状

摘要：

金属基复合材料具有较高的比强度和比刚度，广泛用于军事、航天等领域，其研究和发展受到了各行各业，尤其是重工业产业的密切关注。介绍了金属基复合材料的研究历史和发展现状，根据基体类型和增强相形态对其进行了分类。常见的金属基复合材料制备方法包括粉末冶金法、铸造凝固成型法（搅拌铸造法和挤压铸造法）、喷射成型法和原位复合法，重点介绍了粉末冶金法和铸造凝固成型法。指出了现阶段金属基复合材料发展需解决成本偏高、工艺复杂、分布不均匀、高温下易发生界面反应及偏聚等问题。

关键词：金属基复合材料；基体类型；增强相；粉末冶金法；挤压铸造

中图分类号：TG146.4文献标志码：A

doi： 10.7535/hbgykj.2017yx03011

Abstract：

Due to their high specific strength and high specific stiffness， metal matrix composites are widely used in military， spaceflight， etc.， and the research and development of which has been widely concentrated， especially in heavy industry. The research history and development status of metal matrix composites are introduced， and the classification of metal matrix composites is given according to the types of the matrix and the morphology of the reinforcing phase. The common methods for the preparation of metal matrix composites include powder metallurgy， casting solidification molding （stir casting and squeeze casting）， spray forming and in situ compounding. The powder metallurgy method and casting solidification forming method are mainly introduced. The problems that need be solved for the development of metal matrix composites including high cost， complicate craft， uneven distribution， and incident surface reaction and segregation under high temperature are pointed out.

Keywords：

metal matrix composites；matrix type；reinforcing phase；powder metallurgic method；squeeze casting

近些年来，由于一些高新技术的兴起，一些传统材料已无法满足多种产业对其比强度、比刚度等性能的要求。关于高性能材料的研发是现今新科技发展的重要方向，而复合材料的出现在较大程度上解决了材料所面临的问题，促进了材料的发展[1]。

复合材料是由2种或2种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成的具有新性能的材料[2]。由于具备较高的比强度和比刚度，金属基复合材料的研究和发展受到了众多行业尤其是重工业的密切关注，然而加工困难是限制其工业应用的瓶颈问题[3]，成本控制问题也并没有得到完全解决，所以更多应用于航空航天、军事科技等尖端科技领域。本文主要通过结合国内外金属基复合材料相关的研究状况，介绍金属基复合材料的分類、制备方法以及发展趋势。

1金属基复合材料的研究历史及发展现状

在20世纪60年代，由于传统金属材料无法满足一些国家对于高性能武器装备以及航空技术发展的需求，因此人们开始了对新材料的研究和开发，促成了金属基复合材料的开发与发展。20世纪70年代末，粉末冶金法制造复合材料的技术逐渐成熟，利用粉末冶金法制造出的以碳化硅颗粒为增强相的铝合金的投入使用，标志着铝合金复合材料的制造成功和商业化，为以后复合材料进入市场打下了基础。20世纪80年代，金属基复合材料发展迅猛，其中，非连续增强相复合材料逐步进入人们的视野，并成为发展研究的重点。1983年，随着日本Honda汽车公司推出新产品——陶瓷纤维增强相的铝基复合材料局部铝活塞[4]，极大地推动了金属基复合材料由军用到民用的进程。进入到20世纪90年代，金属基复合材料的产量已达到300万t，并逐渐在各种军事、航天、民用工业领域中占据重要地位。

如今，金属基复合材料已与无机非金属复合材料、高分子复合材料一同成为3种重要的复合材料。其中铝合金因较小的密度和优异的性能，得到了广泛应用。

2金属基复合材料的分类

金属基复合材料由于其优异的力学性能和某些特殊性能而备受关注，应用范围广泛[5]。金属基复合材料的分类方法通常有两种，它既可以按照复合材料的基体合金类型进行分类，也可按照复合材料的增强相类别进行分类。

2.1按照基体类型分类

常用的金属基复合材料可分为黑色金属基（如钢、铁）复合材料和有色金属基（如铝、镁、钛、镍等）复合材料两大类。

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