金属基复合材料的种类与性能

现代科学的发展和技术的进步，对材料性能提出了更高的要求，往往希望材料具有某些特殊性能的同时，又具备良好的综合性能。

传统的单一材料已经很难满足这种需要。

因此，人们将注意力转向复合材料，复合材料是指由两种或两种以上成分不同，性质不同，有时形状也不同的相容性材料以物理方式合理的进行复合而制成的一种材料。

其以最大限度的发挥各种材料的特长，并赋予单一材料所不具备的优良性能，复合材料的性能还具有可设计性的重要特征。

作为复合材料重要分支的金属基复合材料（MMCs），发展于20世纪50年代末期或60年代初期。

现代材料方面不但要求强度高，还要求其重量要轻，尤其是在航空航天领域。

金属基复合材料正是为了满足上述要求而诞生的。

1.金属基复合材料的分类金属基复合材料（Metal matrix Composite，简称MMCs）是以陶瓷（连续长纤维、短纤维、晶须及颗粒）为增强材料，金属（如铝、镁、钛、镍、铁、桐等）为基体材料而制备的。

金属基复合材料分为宏观组合型和微观强化型两大类。

前者指其组分能用肉眼识别和具备两组分性能的材料(如双金属、包履板等)；后者需显微观察分辨组分以改善成分来提高强度为主要目标的材料。

根据用途分类：（1）结构复合材料：高比强度、高比模量、尺才稳定性、耐热性等是其主要性能特点。

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。

（2）功能复合材料：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是其主要特性，用于电子、仪器、汽车等工业。

强调具有电、热、磁等功能特性。

（3）智能复合材料：强调具有感觉、反应、自监测、自修复等特性。

根据复合材料基体可划分为铝基、镁基、钢基、钛基、高温合金基、金属间化合物基及耐热金属基复合材料等。

按按增强体分类划分为颗粒增强金属基复合材料、层状增强金属基复合材料和纤维增强金属基复合材料。

2.金属基复合材料的性能特点与传统的金属材料相比，金属基复合材料具有较高的比强度与比刚度，而与高分子基复合材料相比，它又具有优良的导电性而耐热性，与陶瓷材料相比，它又具有较高的韧性和较高的抗冲击性能。

金属基复合材料特点一、金属基复合材料的特点1. 高强度和刚性：金属基复合材料具有很高的强度和刚性，比一般的金属材料更加坚固和耐用。

这种材料通常用于需要承受高强度和高压力的工程应用中。

2. 耐高温性能：金属基复合材料通常具有良好的耐高温性能，可以在高温环境下保持稳定的物理和化学性质。

这种特性使其在航空航天和发动机制造领域得到广泛应用。

3. 耐腐蚀性能：金属基复合材料具有出色的耐腐蚀性能，可以抵抗各种化学物质的侵蚀和腐蚀。

这使其成为在化学工业和海洋工程中广泛使用的材料。

4. 良好的导热性和导电性：金属基复合材料保留了金属材料良好的导热性和导电性，可以有效传递热量和电流，适用于需要热传导和电导的应用。

5. 易加工性：金属基复合材料在加工过程中具有较好的可塑性和可加工性，可以通过锻造、压铸、热处理等工艺加工成各种形状和尺寸，满足不同工业领域的需求。

6. 轻量化：金属基复合材料相比纯金属材料更轻，可以有效降低结构重量，提高整体性能。

因此，在航空航天、汽车制造等领域有着广泛的应用前景。

7. 良好的疲劳性能：金属基复合材料具有较好的疲劳性能，可以在多次载荷循环下保持稳定的性能，延长材料的使用寿命。

8. 损伤容限性：金属基复合材料在遭受外部冲击或应力时，具有较好的损伤容限性，能够有效减缓损伤扩张速度，延缓失效。

9. 界面结合强度高：金属基复合材料的金属基体和非金属增强相之间具有良好的界面结合强度，提高了材料的整体性能和稳定性。

10. 抗磨损性能：金属基复合材料具有良好的抗磨损性能，可以在高摩擦和磨损环境下保持长久的使用寿命，适用于摩擦材料和润滑部件。

二、金属基复合材料的优点1. 综合性能优异：金属基复合材料综合了金属材料和陶瓷、聚合物等非金属材料的优点，具有较好的强度、刚性、耐热耐腐等性能。

2. 可调性强：金属基复合材料的组分和结构可以根据具体需求进行调整和设计，以获得满足不同工程应用需求的材料。

3. 轻量化设计：金属基复合材料比纯金属材料更轻，可以实现结构轻量化设计，提高整体性能和效率。

⾦属基复合材料以⾦属或合⾦为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料。

按所⽤的基体⾦属的不同，使⽤温度范围为350～120℃。

其特点在⼒学⽅⾯为横向及剪切强度较⾼，韧性及疲劳等综合⼒学性能较好，同时还具有导热、导电、耐磨、热膨胀系数⼩、阻尼性好、不吸湿、不⽼化和⽆污染等优点。

例如碳纤维增强铝复合材料其⽐强度3～4×107mm，⽐模量为6～8×109mm，⼜如⽯墨纤维增强镁不仅⽐模量可达1.5×1010mm，⽽且其热膨胀系数⼏乎接近零。

⾦属基复合材料按增强体的类别来分类，如纤维增强(包括连续和短切)、晶须增强和颗粒增强等，按⾦属或合⾦基体的不同，⾦属基复合材料可分为铝基、镁基、铜基、钛基、⾼温合⾦基、⾦属间化合物基以及难熔⾦属基复合材料等。

由于这类复合材料加⼯温度⾼、⼯艺复杂、界⾯反应控制困难、成本相对⾼，应⽤的成熟程度远不如树脂基复合材料，应⽤范围较⼩。

树脂基复合材料通常只能在350℃以下的不同温度范围内使⽤。

近些年来正在迅速开发研究适⽤于350℃～1200℃使⽤的各种⾦属基复合材料。

⾦属基复合材料是以⾦属或合⾦为基体与各种增强材料复合⽽制得的复合材料。

增强材料可为纤维状、颗粒状和晶须状的碳化硅、硼、氧化铝及碳纤维。

⾦属基体除⾦属铝、镁外，还发展有⾊⾦属钛、铜、锌、铅、铍超合⾦和⾦属间化合物，及⿊⾊⾦属作为⾦属基体。

⾦属基复合材料除了和树脂基复合材料同样具有⾼强度、⾼模量外，它能耐⾼温，同时不燃、不吸潮、导热导电性好、抗辐射。

是令⼈注⽬的航空航天⽤⾼温材料，可⽤作飞机涡轮发动机和⽕箭发动机热区和超⾳速飞机的表⾯材料。

⽬前不断发展和完善的⾦属基复合材料以碳化硅颗粒铝合⾦发展最快。

这种⾦属基复合材料的⽐重只有钢的1/3，为钛合⾦的2/3，与铝合⾦相近。

它的强度⽐中碳钢好，与钛合⾦相近⽽⼜⽐铝合⾦略⾼。

其耐磨性也⽐钛合⾦、铝合⾦好。

⽬前已⼩批量应⽤于汽车⼯业和机械⼯业。

第5章金属基复合材料第5章金属基复合材料的基体金属基复合材料的种类和性能金属基复合材料的制造工艺前言在结构材料方面，不但要求强度高，还要求其重量要轻，尤其是在航空航天领域。

金属基复合材料与传统的金属材料相比——具有较高的比强度与比刚度；与树脂基复合材料相比——具有优良的导电性与耐热性；与陶瓷基材料相比——具有高韧性和高抗冲击性能。

5.1金属基复合材料的基体5.1.1金属基体的选择原则(1)金属基复合材料的使用要求(2)金属基复合材料的组成特点(3)基体与增强体的相容性(1)金属基复合材料的使用要求在航天、航空领域高比强度、比模量、尺寸稳定性是最重要的性能要求。

宜选用密度小的轻金属合金镁合金、铝合金作为基体材料，高强度、高模量的石墨纤维、硼纤维等组成连续纤维复合材料。

(1)金属基复合材料的使用要求高性能发动机则要求复合材料不仅有高的比强度、比模量、而且具有优良的耐高温持久性能，能在高温氧化性气氛中长期正常工作。

铝、镁合金某√钛基合金、镍基合金及金属间化合物作为基体材料发动机推重比是指在标准大气和静止的条件下，飞机发动机在最大工作状态时所产生的推力与其结构重量的比值。

(1)金属基复合材料的使用要求电子工业集成电路需要高导电、高导热、低热膨胀的金属基复合材料作为散热元件和基板。

通常选用导电和导热性能优异的银、铜、铝等为基体材料与导电导热、低热膨胀的高模量石墨纤维等组成复合材料。

(2)金属基复合材料的组成特点金属基复合材料有连续增强和非连续增强两种，由于增强材料的性质和增强机制的不同，在基体材料的选择原则上有很大差别。

对于连续纤维增强金属基复合材料，纤维是主要承载组分。

如：高强度碳纤维的最高强度可达7000MPa,超高模量石墨纤维的弹性模量已高达900GPa。

金属基体的强度和模量远远低于纤维，因此在连续纤维金属基复合材料中基体的主要作用应是充分发挥纤维性能，基体应有好的塑性，与纤维有良好的相容性，而并不要求具有高的强度和弹性模量。

金属基复合材料
金属基复合材料是一种由金属基体和其他非金属材料（如陶瓷、碳纤维等）组
成的复合材料。

它具有金属的高强度、刚性和导热性，同时又具有非金属材料的轻量化和耐腐蚀性能。

金属基复合材料在航空航天、汽车制造、电子设备等领域有着广泛的应用。

首先，金属基复合材料的制备方法有多种，其中包括粉末冶金法、热压法、热
处理法等。

粉末冶金法是将金属粉末与非金属粉末混合后，通过压制和烧结得到复合材料。

热压法是将金属基体和非金属材料层叠在一起，然后通过高温和高压进行热压，使两者紧密结合。

热处理法则是将金属基体与非金属材料进行热处理，使其在高温下发生化学反应，形成复合材料。

其次，金属基复合材料具有优异的性能。

首先，它具有高强度和高刚性，能够
承受较大的载荷，因此在航空航天领域得到广泛应用。

其次，金属基复合材料具有良好的导热性和导电性，能够有效地传递热量和电流，因此在电子设备中有着重要的作用。

此外，金属基复合材料还具有耐磨损、耐腐蚀等特性，能够在恶劣环境下长期稳定运行。

最后，金属基复合材料的发展前景广阔。

随着科技的不断进步，金属基复合材
料的制备工艺和性能将不断得到提升，其应用领域也将不断扩大。

未来，金属基复合材料有望在汽车制造、建筑领域等方面发挥更加重要的作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。

综上所述，金属基复合材料具有制备方法多样、优异的性能和广阔的发展前景。

它在现代工业中有着重要的地位，为各个领域的发展提供了重要支撑。

相信随着科技的不断进步，金属基复合材料将会迎来更加美好的未来。

金属基复合材料的类型金属基复合材料是一种由金属基体和增强体组成的复合材料。

金属基体通常占据主导地位，承担大部分载荷，而增强体则起到增强材料性能的作用。

根据增强体的类型、形状、尺寸和分布，金属基复合材料可分为多种类型。

以下是几种常见的金属基复合材料类型：1. 按增强体形状分类（1）颗粒增强金属基复合材料：增强体为颗粒状，如陶瓷颗粒、金属颗粒等。

这种复合材料具有较好的韧性和耐磨性，但强度和刚度相对较低。

（2）纤维增强金属基复合材料：增强体为纤维状，如碳纤维、玻璃纤维、硼纤维等。

这种复合材料具有较高的强度和刚度，但韧性和耐磨性相对较低。

（3）晶须增强金属基复合材料：增强体为晶须状，如氧化铝晶须、碳化硅晶须等。

这种复合材料具有较高的强度和刚度，较好的韧性和耐磨性。

2. 按增强体材料分类（1）陶瓷增强金属基复合材料：增强体为陶瓷材料，如氧化铝、碳化硅等。

这种复合材料具有较高的硬度和耐磨性，但韧性较低。

（2）金属增强金属基复合材料：增强体为金属材料，如不锈钢、钛合金等。

这种复合材料具有较高的强度和韧性，但耐磨性相对较低。

（3）塑料增强金属基复合材料：增强体为塑料材料，如聚四氟乙烯、聚酰亚胺等。

这种复合材料具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，但强度和刚度较低。

3. 按增强体分布方式分类（1）连续增强金属基复合材料：增强体呈连续分布，如纤维增强金属基复合材料。

这种复合材料具有较高的强度和刚度，但韧性和耐磨性相对较低。

（2）非连续增强金属基复合材料：增强体呈非连续分布，如颗粒增强金属基复合材料。

这种复合材料具有较好的韧性和耐磨性，但强度和刚度相对较低。

4. 按制备工艺分类（1）铸造法制备的金属基复合材料：采用铸造工艺将增强体与金属基体结合，如陶瓷颗粒增强铝基复合材料。

（2）粉末冶金法制备的金属基复合材料：采用粉末冶金工艺将增强体与金属基体结合，如碳纤维增强铜基复合材料。

（3）热压法制备的金属基复合材料：采用热压工艺将增强体与金属基体结合，如碳化硅晶须增强钛基复合材料。

金属基复合材料的特性金属基复合材料是一种由金属基体和非金属增强相组成的材料。

它具有独特的特性，使其在许多领域得到广泛应用。

本文将介绍金属基复合材料的特性，包括高强度、高刚度、耐磨性、耐腐蚀性和导热性。

1. 高强度金属基复合材料具有较高的强度，这是由于增强相的加入使其具有更好的抗拉强度和屈服强度。

增强相可以是纤维、颗粒或片状材料，如碳纤维、陶瓷颗粒或硼片。

这些增强相的加入可以有效地提高金属基体的强度，使其在承受高载荷时不易发生变形或破裂。

2. 高刚度金属基复合材料的刚度也较高，这是由于增强相的加入使其具有更好的抗弯刚度和剪切刚度。

增强相的加入可以有效地提高金属基体的刚度，使其在受力时不易发生变形或屈曲。

这使得金属基复合材料在需要高刚度的应用中具有优势，如航空航天、汽车和船舶制造等领域。

3. 耐磨性金属基复合材料具有较好的耐磨性，这是由于增强相的加入使其具有更好的耐磨性能。

增强相可以有效地提高金属基体的硬度和耐磨性，使其在摩擦和磨损环境中具有更长的使用寿命。

这使得金属基复合材料在需要耐磨性的应用中得到广泛应用，如机械零件、刀具和轴承等领域。

4. 耐腐蚀性金属基复合材料具有较好的耐腐蚀性，这是由于增强相的加入使其具有更好的耐腐蚀性能。

增强相可以有效地提高金属基体的抗腐蚀能力，使其在腐蚀介质中具有更长的使用寿命。

这使得金属基复合材料在需要耐腐蚀性的应用中得到广泛应用，如化工设备、海洋工程和石油钻探等领域。

5. 导热性金属基复合材料具有较好的导热性，这是由于金属基体的导热性能较好。

金属基体可以有效地传导热量，使其在需要导热性的应用中具有优势，如散热器、电子器件和航空发动机等领域。

综上所述，金属基复合材料具有高强度、高刚度、耐磨性、耐腐蚀性和导热性等特性。

这些特性使得金属基复合材料在许多领域得到广泛应用，如航空航天、汽车、机械制造和化工等领域。

随着科技的不断进步，金属基复合材料的特性将得到进一步的提升和应用拓展。