摘要：金屬基複合材料是以金屬或合金為基體，並以纖維、晶須、顆粒等為增強體的複合材料。其特點在力學方面為橫向及剪下強度較高，韌性及疲勞等綜合力學效能較好，同時還具有導熱、導電、耐磨、熱膨脹係數小、阻尼性好、不吸濕、不老化和無汙染等優點。
按金屬或合金基體的不同，金屬基複合材料可分為鋁基、鎂基、銅基、鈦基、高溫合金基、金屬間化合物基以及難熔金屬基複合材料等。由於這類複合材料加工溫度高、工藝複雜、介面反應控制困難、成本相對高，應用的成熟程度遠不如樹脂基複合材料，應用範圍較小。但金屬基複合材料除了和樹脂基複合材料同樣具有高強度、高模量外，它能耐高溫，同時不燃、不吸潮、導熱導電性好、抗輻射。
是令人注目的複合材料。
關鍵字：金屬基複合材料製備方法應用
1.複合材料的定義
複合材料的定義：複合材料是由兩種或兩種以上物理和化學性質不同的物質組合而成的一種多相固體材料。複合材料既可保持原材料的某些特點，又能發揮組合後的新特徵，它可以根據需要進行設計，從而最合理地達到使用要求的效能。
2.1優點：高比強度和高比模量，耐高溫性好，導電導熱，熱膨脹係數小，尺寸穩定性好，耐磨性與阻尼性好，不吸濕、不老化、無放氣汙染 。
2.2缺點：製造困難，難於形成理想的介面，加工困難，**昂貴。
金屬基複合材料按組織形態可分為巨集觀組合型和微觀強化型兩類；根據複合材料的基體不同可以分為剛基、鐵基、鋁基、鎂基複合材料等；按增強相形態的不同可分為顆粒增強複合材料、晶須或短纖維金屬複合材料及連續纖維增強金屬基復合材。
由於金屬材料熔點較高，同時不少金屬對增強體表面潤濕性很差加上金屬原子在高溫狀態下很活潑，易與多種增強體發生反應，所以金屬基複合材料的復合工藝比較複雜和困難，這也是金屬基複合材料的發展受到制約的主要原因。
4.1粉末冶金復合法
粉末冶金復合法基本原理與常規的粉末冶金法相同，包括燒結成形法，燒結製坯加塑法加成形法等適合於分散強化型複合材料(顆粒強化或纖維強化型複合材料)的製備與成型。該方法在鋁基復台材料的製備方面應用較廣，但其主要缺點是基體金屬與強化顆粒的組合受限制。原因有二方面：
①強化顆粒與熔體基本金屬之間容易產生化學反應．如4al+3sic→al4c3+3si；②強化顆粒不易均勻分散在鋁合金一類的台金熔儺中。這是由於陶瓷顆粒與鋁合盒的潤醌性較差所致。另乙個問題是陶瓷顆粒容易與溶質原子一起在枝晶間產生偏析。
粉末冶金復合法的工藝主要優點是：基體金屬或合金的成分可自由選擇，基體金屬與強化顆粒之間不易發生反應；可自由選擇強化顆粒的種類、尺寸，還可以多種顆粒強化；強化顆粒新增量的範圍大；較容易實現顆粒均勻化。但缺點是：
工藝複雜、成本高；製品形狀、尺寸受限制；微細強化顆粒的均勻分散困難；顆粒與基體的介面不如鑄造複合材料等。
4.2鑄造凝固成型法
鑄造凝固成型法是在基體金屬處於熔融狀態下進行復合。主要方法有攪拌鑄造法、液相滲和法和共噴射沉積法等。鑄造凝固成型鑄造複合材料具有工藝簡單化、製品***等特點，工業應用較廣泛。
4.2.1原生鑄造復合法
原生鑄造復合法(也稱液相接觸反應合成技術，liquid contact reaction:lcr）是將生產強化顆粒的原料加到熔融基體金屬中，利用高溫下的化學反應強化相，然後通過澆鑄成形。如tib強化鋁基複合材料原生復合法的化學反應是：
2b+ti+al→tib2+ai。這種方法的特點是顆粒與基體材料之間的結合狀態良好，顆牲細小(0．25~1．5m)均勻瀰散，含量可高達40％，故能獲得高效能複合材料。常用的元素粉末有鈦、碳、硼等，化合物粉末有al2o3、tio2、b2o3等。
該方法可用於製備al基、mg基、cu基、ti基、fe基、ni基複合材料。強化相可以是硼化物、碳化物、氯化物等。
4.2.2攪拌鑄造法
攪拌鑄造法也稱摻和鑄造法，是在熔化金屬中加人陶瓷顆粒，經均勻攪拌後澆入鑄摸中獲得製品或二次加工坯料，此法易於實現能大批量生產，成本較低。該方法在鋁基複合材料的製備方面應用較廣，但其主要缺點是基體金屬與強化顆粒的組合受限制。原因有兩方面：
1.強化顆粒與熔體基本金屬之間容易產生化學反應，如：4al+3sic→al4c3+3si；②強化顆粒不易均勻分散在鋁合金一類的合金熔體中，這是由於陶瓷顆粒與鋁台金的潤滑性較差。
另乙個問題是陶瓷顆粒容易與溶質原子一起在枝晶間產生偏析。
4.2.3半固態復合鑄造法
半固態復合鑄造法是從半固態鑄造法發展而來的。通常金屬凝固時，初生晶以枝晶方式長大，固相率達0.2％左右時枝晶就形成連續網路骨架，失去巨集觀流動性。
如果在液態金屬從液相到固相冷卻過程中進行強烈攪拌則使樹枝晶網路骨架被打碎而保留分散的顆粒狀組織形態，懸浮於剩於液相中，這種顆粒狀非枝晶的微組織在固相率達0．5％～0．6％仍具有一定的流變性。液固相共存的半固態合金因具有流變性，可以進行流變鑄造；半固態漿液同時具有觸變性，可將流變鑄錠重新加熱到固、液相變點軟化，由於壓鑄時澆口處及型壁的剪下作用，可恢復流變性而充滿鑄型。強化顆粒或短纖維強化材料加入到受強烈攪拌的半固態合金中，由於半固態漿液球狀碎晶粒對新增顆粒的分散和捕捉作用，既防止顆粒的凝聚和偏析，又使顆粒在漿液中均勻分布，改善了潤濕性並促進介面的結合。
4.2.4含浸凝固法
含浸凝固法是一種將預先製備的含有較高孔隙率的強化相成形體含浸於熔融基體金屬之中，讓基體金屬浸透預成型體後，使其凝固以製備複合材料的方法。有加壓含浸和非加壓含浸兩種方法。含浸法適合於強化相與熔融基體金屬之間潤濕性很差的複合材料的製備。
強化相含量可高達30％～80％；強化相與熔融金屬之間的反應得到抑止，不易產生偏折。但用顆粒作強化相時，預成形體的製備較困難，通常採用晶須、短纖維製備預成形體。熔體金屬不易浸透至預成形體的內部，大尺寸複合材料的製備較困難。
4.2.5離心鑄造法
廣泛應用於空心件鑄造成形的離心鑄造法，可以通過兩次鑄造成型法成形雙金屬層狀複合材料，此方法簡單，具有成本低、鑄件致密度高等優點，但是介面質量不易控制，難以形成連續長尺寸的複合材料。
4.2.6加壓凝固鑄造法
該方法是將金屬液澆注鑄型後，加壓使金屬液在壓力下凝固。金屬從液態到凝固均處於高壓下，故能充分浸滲，補縮並防止產生氣孔得到緻密鑄件。鑄、鍛相結合的方法叉稱擠壓鑄造、液態模鍛、鍛鑄法等。
此法最適合複雜的異型mmcs。加壓凝固鑄造法可製備較複雜的mmcs零件，亦可區域性增強。由於複合材料易在熔融狀態下壓力復合，故結合十分牢固，可獲得力學效能很高的零件。
這種高溫下製成的復合坯，二次成型比較方便，可進行各種熱處理，達到對材料的多種要求。
4.2.7熱浸鍍與反向凝固法
熱浸鍍與反向凝固法都是用來製備連續長尺寸包覆材料的方法。熱浸鍍主要用於線材的連續鍍層，主要控制通過鍍層區的長度和芯線通過該區的速度等。反向凝固法是利用薄帶作為母帶，以一定的拉速穿過反向凝固器，由於母帶的速度遠遠低於熔融金屬的速度，在母帶的表
面附近形成足夠大的過冷度，熔融金屬以母帶表面開始凝固生長，配置在反向凝同器上方的一對軋輥，同時起到拉坯平整和焊合的作用。
4.2.8真空鑄造法
用此法是先將連續纖維纏繞在繞線機上，用聚甲丙烯酸等能分解的有機高分子化合物方法製成半固化帶，把預成型體放人鑄型中，加熱到5o0℃使有機高分子分解。鑄型的一端浸入基體金屬液，另一端抽真空，將金屬液吸人型腔浸透纖維。
4．3 噴射成形法
噴射成形叉稱噴射沉積(spray forming)，是用惰性氣體將金屬霧化成微小的液滴，並使之向一定方向噴射，在噴射途中與另一路由惰性氣體送出的增強微細顆粒會合，共同噴射沉積在有水冷襯底的平台上，凝固成複合材料。凝固的過程比較複雜，與金屬的霧化情況、沉積凝固條件或增強體的送人角有關，過早凝固不能復合，過遲的凝固則使增強體發生上浮下沉而分布不勻，這種方法的優點是工藝快速，金屬大範圍偏析和晶粒粗化可以得到抑制，避免複合材料發生介面反應，增強體分布均勻。缺點是出現原材料被氣流帶走和沉積在效應器壁上等現象而損失較大，還有複合材料氣孔率以及容易出現的疏鬆。
利用噴射成形原理製備工藝有新增法(inert spray form—
ing)和反應法(reactive spray forming)兩種。
反應噴射沉積法是使強化陶瓷顆粒在金屬霧或基體中自動生成的方法。lawly等人[8]採用含氧5％～12％的氮氣，將fe—al[(w(a1)=2％]熔霧合金霧化，使其生成al獲得非常細小的al20 瀰散強化鐵基複合材料的預成形體。
4．4 疊層復合法
疊層復合法是先將不同金屬板用擴散結合方法復合，然後採用離子濺射或分子束外延方法交替地將不同金屬或金屬與陶瓷薄層疊合在一起構成金屬基複合材料。這種複合材料效能很好，但工藝複雜難以實用化。目前這種材料的應用尚不廣泛，過去主要少量應用或試用於航空、航天及其它軍用裝置上，現在正努力向民用方向轉移，特別是在****上有很好的發展前景。
4．5 原位生成復合法
原位生成復合法也稱反應合成技術[1] ，最早出現於2023年前用shs法合成tib:／cu功能梯度材料的研究中[2]。金屬基複合材料的反應合成法是指借助化學反應，在一定條件下在基體金屬內原位生成一種或幾種熱力學穩定的增強相的一種復合方法。
這種增強相一般為具有高硬度、高彈性模量和高溫強度的陶瓷顆粒，即氧化物、碳化物、氯化物、硼化物、甚至矽化物，它們往往與傳統的金屬材料，如al、mg、ti、fe、cu等金屬及其合金，或(niti)、(aiti)等金屬間化合物復合，從而得到具有優良效能的結構材料或功能材料[3]。
金屬基複合材料的原位復合工藝基本上能克服其它工藝中常出現的一系列問題，如基體與增強體浸潤不良、介面反應產生脆性、增強體分布不均勻、對微小的(亞微公尺和奈米級)增強體極難進行復合等。它作為一種具有突破性的新工藝方法而受到普遍的重視，其中包括直接氧化法、自蔓延法和原位共晶生長法等[2]。
4.5.1 直接氧化(dimon)法
直接氧化法是由氧化性氣體在一定工藝條件下使金屬合金液直接氧化形成複合材料。通常直接氧化法的溫度比較高，新增適量的合金元素如mg、si等，可使反應速度加快。這類複合材料的強度、韌性取決於形成粒子的狀態和最終顯微組織形態。
南於形成的增強體可以通過合金化及其反應熱力學進行判斷，因此可以通過合金化、爐內氣氛的控制來製得不同型別增強體的複合材料。
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姓名 xx 班級 xx 學號 xx 學院 xx 金屬基複合材料是上世紀60年代發展起來的一門相對較新的材料科學，是複合材料的乙個分支。隨著航天 航空 電子 汽車以及先進 系統的迅速發展對材料提出了日益增高的效能要求，除了要求材料具有一些特殊的效能外，還要具有優良的綜合性能，這些都有力地促進了先進複合...