金属基复合材料的研究进展及发展趋势(DOC)

产业报告铝基新材料铝基新材料产业报告一、引言近年来，随着科技的不断进步和工业的快速发展，铝基新材料作为一种重要的材料，逐渐受到人们的关注。

铝基新材料以其轻质、高强度、耐腐蚀等特性，在各个领域得到了广泛应用。

本文将重点介绍铝基新材料的发展现状、应用领域以及未来的发展趋势。

二、铝基新材料的发展现状铝基新材料是以铝为基础的合金材料，通过添加其他金属或非金属元素来改变其性能。

目前，铝基新材料的发展已经取得了显著的进展。

例如，铝-锂合金具有较低的密度和较高的比强度，被广泛应用于航空航天领域。

铝基复合材料则具有优异的机械性能和耐腐蚀性能，被广泛应用于汽车、船舶等领域。

此外，铝基纳米材料、铝基粉末冶金材料等也是当前研究的热点。

三、铝基新材料的应用领域铝基新材料由于其独特的性能，广泛应用于各个领域。

首先，航空航天是铝基新材料的重要应用领域之一。

铝-锂合金的低密度和高比强度使其成为飞机结构材料的理想选择。

其次，汽车制造也是铝基新材料的重要应用领域。

铝基复合材料具有较高的强度和优异的耐腐蚀性能，可用于汽车车身、发动机部件等。

此外，铝基新材料还广泛应用于电子、建筑、船舶等领域。

四、铝基新材料的发展趋势随着科技的不断进步，铝基新材料的研究和应用将迎来新的发展机遇。

首先，研究人员将继续改进铝基新材料的性能，以满足不同领域的需求。

其次，铝基新材料的制备技术将不断创新，以提高生产效率和降低成本。

此外，铝基新材料与其他新材料的复合应用也将成为未来的发展趋势。

综上所述，铝基新材料在未来将有更广阔的应用前景。

五、结论铝基新材料作为一种重要的材料，具有许多优异的性能和广泛的应用领域。

目前，铝基新材料的发展已经取得了显著的进展，并且未来仍有很大的发展空间。

我们相信，在科技的推动下，铝基新材料将为各个领域的发展做出更大的贡献。

第20卷第1期V o l.20N o.1　硬　质　合　金CE M EN T ED CA RB I D E2003年3月M ar.2003综合评述颗粒增强金属基复合材料的研究现状及展望王基才Ξ　尤显卿　郑玉春　程娟文(合肥工业大学材料学院,合肥,230009)摘　要　从材料的选择、制备技术和性能等方面对颗粒增强金属基复合材料的研究现状进行综合评述。

分析了颗粒增强金属基复合材料发展过程中存在的一些问题及改进措施,指出了颗粒增强金属基复合材料的几个重要发展方向:制备技术的改进、应用范围向特色应用领域的拓宽和再生回收的重视。

关键词　复合材料　碳化物粒子　制备技术　性能　生产应用1　引　言自1965年A Kelly,G J davies和D C ratch ley 等[1]首先总结和提出了金属基复合材料(M etal M atrix Com po sites,简称MM C s)的资料以来, MM C s就以其高的比强度、比刚度及良好的热稳定性、耐磨性、尺寸稳定性及成分可设等优点[2-4]吸引了各国学者和科研人员的关注,成为材料研究和开发的热点。

按增强体的形式MM C s可分为连续纤维增强、短纤维或晶须增强、颗粒增强等。

由于连续纤维增强的MM C s必须先制成复合丝,工艺成本高而复杂,因此其应用范围有很大的局限性,只应用于少数有特殊性能要求的零件。

颗粒增强金属基复合材料(Particu late R einfo rced M etal M atrix Com po sites,简称PRMM C)是将陶瓷颗粒增强相外加或自生进入金属基体中得到兼有金属优点(韧性和塑性)和增强颗粒优点(高硬度和高模量)的复合材料。

PRMM C具有增强体成本低,微观结构均匀,材料各向同性,可采用热压、热轧等传统金属加工工艺进行加工等优点[5-8],因而与纤维增强、晶须增强金属基复合材料相比倍受关注[9-10]。

2　PRMM C材料的选择基体材料是MM C s的主要组成部分,起着固结增强相、传递和承受各种载荷(力、热、电)的作用。

SiCP/Al基复合材料的研究与进展罗洪峰 林 茂 陈致水 廖宇兰（海南大学机电工程学院 海南 570228）摘 要： 综述了SiCP/Al基复合材料的国内外研究现状，从材料的选择、制备技术和性能等方面，分析了该材料发展过程中存在的一些问题，并且展望了该材料今后的发展。

关键词：铝基复合材料 碳化硅颗粒 研究进展1、前言SiC P/Al基复合材料具有较高的比强度、比刚度、弹性模量、耐磨性和低的热膨胀系数等优良的物理性能，且制造成本低，可用传统的金属加工工艺进行加工，引起了材料研究者们的极大兴趣，在航空航天、军事领域及汽车、电子仪表等行业中显示出巨大的应用潜力。

从80年代初开始，国外投入了大量财力致力于颗粒增强铝基复合材料的研究，并已在航空航天、体育、电子等领域取得应用。

如DWA公司生产的25V ol%SiC P/6061Al基复合材料仪表支架已用于Lockheed飞机的电子设备。

美国海军飞行动力试验室研制成SiC P/Al基复合材料薄板并应用于新型舰载战斗机。

俄罗斯航空、航天部门将SiC P/Al基复合材料应用于卫星的惯导平台和支承构件。

国内从80年代中期开始在863计划的支持下，经过十几年的努力，SiC P/Al基复合材料的研究方面有了很大提高，在材料组织性能、复合材料界面等方面的研究工作己接近国际先进水平。

2、SiC P/Al基复合材料的制备工艺目前用于生产颗粒增强铝基复合材料的工艺方法大体可分为四类：液态工艺（搅拌铸造、液态金属浸渗、挤压铸造等）、固态法（粉末冶金等）、双相（固液）法（喷射共沉积、半固态加工等）、原位复合法。

2.1、搅拌铸造法搅拌铸造法是通过机械搅拌装置使增强体颗粒与固态或半固态的合金相互混合，然后浇注成锭子的技术。

与其它制备技术相比，该方法工艺设备简单、制造成本低廉，可以进行大批量工业生产，而且可制造各种形状复杂的零件，因此是目前最受重视、用得最多的制备铝基复合材料的实用方法。

第14卷 第9期 精 密 成 形 工 程收稿日期：2022–05–11基金项目：国家自然科学基金（52105259）；中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室开放课题（2020K06）；江苏大学优秀青年人才基金（19JDG021，18JDG030）；江苏省研究生科研与实践创新计划（KYCX21_3328）；江苏省高校自然科学基金（19KJB460012）；江苏省博士后基金（2021K389C ） 作者简介：刘振强（1996—），男，博士生，主要研究方向为金属基复合材料。

刘振强，王匀，李瑞涛，何培瑜，刘宏，刘为力（江苏大学 机械工程学院，江苏 镇江 212013）摘要：在金属中添加陶瓷增强相是调控和改善金属材料结构和性能的重要途径。

传统硬质陶瓷增强相难以满足金属材料日益严苛的应用需求。

以氮化硼纳米片（boron nitride nanosheet ，BNNS ）和氮化硼纳米管（boron nitride nanotube ，BNNT ）为代表的纳米氮化硼具有极大的比表面积和优异的力学性能、热稳定性、化学稳定性等，是制备性能优异的金属基复合材料的理想增强相。

系统总结了纳米氮化硼的种类和特征，综述了纳米氮化硼增强金属基复合材料的制备方法，归纳了纳米氮化硼增强Cu 、Al 、Ti 复合材料的研究成果，总结了纳米氮化硼/金属复合材料的力学和摩擦学性能，并揭示了复合材料性能改善的机理。

最后，展望了纳米氮化硼/金属复合材料的发展趋势。

关键词：纳米氮化硼；金属基复合材料；力学性能；摩擦学性能DOI ：10.3969/j.issn.1674-6457.2022.09.017中图分类号：TB331 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2022)09-0119-12Research Progress of Nano-boron Nitride Reinforced Metal Matrix CompositesLIU Zhen-qiang , WANG Yun , LI Rui-tao , HE Pei-yu , LIU Hong , LIU Wei-li(School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Jiangsu Zhenjiang 212013, China)ABSTRACT: The introduction of ceramic fillers into metal is an effective way to optimize the microstructure and enhance the properties of metal. Traditional hard ceramic reinforcements are difficult to meet the rising application requirements of metal materials. Nano-boron nitrides such as boron nitride nanosheet (BNNS) and boron nitride nanotube (BNNT) are ideal fillers for high-performance MMCs due to the large specific surface areas and excellent mechanical, chemical and thermal properties. The types and performance of nano-boron nitrides were systematically reviewed. The preparation method of nano-boron nitride re-inforced metal matrix composites was introduced. The research works that led to the advances in nano-boron nitride reinforced Cu, Al, and Ti matrix composites were summarized. The mechanical and wear properties of nano-boron nitride/metal composites were concluded, and the mechanisms improving performance of composites were also revealed. Finally, the promising outlook of nano-boron nitride/metal composites is prospected.KEY WORDS: nano-boron nitride; metal matrix composite; mechanical properties; wear properties航空航天、深海舰船、汽车交通、核电、化工、能源等领域的迅猛发展使金属基复合材料的服役条件日趋复杂和苛刻。

第４２卷第１期２０２３年２月沈㊀阳㊀理㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＬｉｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ ４２Ｎｏ １Ｆｅｂ ２０２３收稿日期:２０２２－０４－０１基金项目:国家自然科学基金项目(５２１７１１８７)ꎻ辽宁省自然科学基金项目(２０１９－ＺＤ－０２５３)作者简介:刘晓云(１９８０ )ꎬ女ꎬ副教授ꎬ博士ꎬ研究方向:高热导复合材料ꎮ材料与化工文章编号:１００３－１２５１(２０２３)０１－００４２－０７金属基热界面材料研究进展刘晓云ꎬ许达善ꎬ李㊀倩ꎬ孙乃坤(沈阳理工大学理学院ꎬ沈阳１１０１５９)摘㊀要:随着芯片向小型化㊁集成化和高功率化发展ꎬ其在工作时产生的热量增多ꎬ若产生的热量不能及时传递到外部ꎬ会严重影响电子元件的性能和使用寿命ꎮ热界面材料是电子元件散热结构中重要的组成部分ꎬ其主要作用是填充电子元件与散热器之间的空气间隙ꎬ使电子元件产生的热量快速转移ꎬ降低界面热阻ꎮ综述了现有热界面材料的种类和特点ꎬ详细介绍了金属基热界面材料的类型与性能特征㊁研究现状及存在的问题等ꎬ并对低熔点金属基热界面材料的发展进行了展望ꎮ关㊀键㊀词:热界面材料ꎻ低熔点金属ꎻ金属基复合材料ꎻ界面热阻中图分类号:ＴＮ３０５.９４文献标志码:ＡＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００３－１２５１.２０２３.０１.００７ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＭｅｔａｌＴｈｅｒｍａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅＭａｔｅｒｉａｌｓＬＩＵＸｉａｏｙｕｎꎬＸＵＤａｓｈａｎꎬＬＩＱｉａｎꎬＳＵＮＮａｉｋｕｎ(ＳｈｅｎｙａｎｇＬｉｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１０１５９ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｒｍａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｉｒｃｕｉｔｓｂｅｃｏｍｅｓａｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｐｒｏｂｌｅｍｄｕｅｔｏｔｈｅｃｈｉｐｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎꎬｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈｐｏｗｅｒ.Ｉｆｔｈｅｈｅａｔｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎ￣ｉｃｃｉｒｃｕｉｔｓｄｏｅｓｎｏｔｔｒａｎｓｆｅｒｔｏｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅｉｎｔｉｍｅꎬｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｗｉｌｌｂｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ.Ｍｅａｎｗｈｉｌｅꎬｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｗｉｌｌｂｅｄｅｃｒｅａｓｅｄａｎｄｔｈｅｌｉｆｅｏｆｔｈａｔｗｉｌｌｂｅｒｅｄｕｃｅｄ.Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｔｈｅｈｅａｔｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｓｔｒｕｃ￣ｔｕｒｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ.Ｔｈｅｉｒｍａｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓｔｏｆｉｌｌｔｈｅａｉｒｇａｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎ￣ｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｈｅａｔｓｉｎｋꎬｓｏｔｈａｔｔｈｅｈｅａｔｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｓｑｕｉｃｋｌｙｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｓｒｅｄｕｃｅｄ.Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｔｈｅｔｙｐｅｓａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｒｍａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ.Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙꎬｔｈｅｍｅｔａｌ￣ｂａｓｅｄｔｈｅｒｍａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｍａｔｅｒｉａｌｓꎬｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｄｅｔａｉｌｅｄ.Ｆｉ￣ｎａｌｌｙꎬｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍｅｔａｌ￣ｂａｓｅｄｔｈｅｒｍａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｔｈｅｒｍａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｍａｔｅｒｉａｌｓꎻｌｏｗｍｅｌｔｉｎｇｐｏｉｎｔｍｅｔａｌꎻｍｅｔａｌｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅꎻｉｎｔｅｒｆａｃｅｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ㊀㊀随着电子科技的不断发展ꎬ芯片的集成化㊁微小化和高功率密度成为其主要发展方向ꎬ由此对热管理技术提出了更高的要求[１]ꎮ芯片的热管理系统比较复杂ꎬ除了需要高热导率的热沉㊁高散热效率的散热器等器件外ꎬ降低电子元件与散热器之间的接触热阻也是芯片热管理系统需要重点关注的问题ꎮ当电子元件与散热器相互接触时ꎬ其固￣固接触界面会存在空气间隙ꎬ实际的接触面积大约是宏观接触面积的１０％ꎬ大量空隙由空气填充ꎮ空气是热的不良导体ꎬ常温下空气的导热系数仅为０.０２６Ｗ/(ｍ Ｋ)ꎬ空气的存在阻碍了界面之间的传热[２－３]ꎬ导致芯片与散热器间的界面热阻增大ꎬ大幅降低系统散热效率ꎬ从而降低芯片使用寿命ꎮ为保证发热元件的正常工作ꎬ在发热电子元件和散热装置之间填充能快速有效传热的材料ꎬ该材料称为热界面材料(ＴｈｅｒｍａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅＭａｔｅｒｉ￣ａｌｓꎬＴＩＭｓ)[４]ꎬ即采用高导热率和高延展性的材料填充两者之间的间隙ꎬ以提高热量输运能力ꎬ有效降低界面热阻ꎬ提高散热器的工作效率ꎬ进而保证芯片高效工作ꎬ提高其使用寿命ꎮ理想ＴＩＭｓ应具有较低的厚度㊁高热导率㊁低接触热阻等特性ꎬ在实际选用及设计ＴＩＭｓ时ꎬ除了总界面热阻外还要综合考虑其他因素ꎬ如电绝缘性㊁机械强度等ꎮ随着ＴＩＭｓ的不断发展ꎬ市场上涌现出很多种类的商业化产品ꎬ主要有导热硅脂[５－６]㊁导热胶[７]㊁导热凝胶㊁导热相变材料[８]和导热垫片[９]等ꎬ传统的聚合物基热界面材料在所有ＴＩＭｓ产品中占比接近９０％ꎮ随着电子元件散热需求逐年升高ꎬ金属基热界面材料因其高热导率成为研究热点ꎬ市场份额也逐年上升ꎮ已有很多学者总结了ＴＩＭｓ的产业现状[１０－１２]ꎬ分析了不同种类ＴＩＭｓ的市场情况ꎬ但对金属基热界面材料缺乏系统阐述ꎮ本文系统介绍金属基热界面材料的研究进展ꎬ从材料类型与性能特征等方面对金属基热界面材料进行总结ꎬ并对其未来发展进行展望ꎬ为热管理技术研究提供参考ꎮ１㊀热界面材料的种类和特点热界面材料是电子元件散热结构中重要的组成部分ꎬ常见芯片散热结构及散热过程如图１所示ꎮ图１㊀芯片散热结构及散热过程示意图㊀㊀由图１可见ꎬ芯片与均热板㊁均热板与散热器间分别置有ＴＩＭｓꎬ芯片工作时产生的热量经ＴＩＭｓ１㊁均热板㊁ＴＩＭｓ２和散热器传递至环境中ꎮ图２[１３]为填充ＴＩＭｓ前后器件界面接触的微观示意图ꎮ图２㊀填充ＴＩＭｓ前后器件界面接触的微观示意图㊀㊀图２(ａ)为电子元件与散热器直接接触的实际情况ꎬ可以看出实际接触点较少且接触不完全ꎻ图２(ｂ)为电子元件与散热器间填充ＴＩＭｓ的实际情况ꎬ可以看出ＴＩＭｓ最大限度地填充了空气间隙ꎬ使器件连接紧密ꎬ实现最大程度散热ꎮ由于ＴＩＭｓ与电子元件和散热器不能完全接触ꎬ仍会存在界面热阻ꎬ故各个界面对应的温差较大ꎬ图中ΔＴ为散热板与电子元器件之间的温差㊁ΔＴｃｏｎｔａｃｔ为热界面材料与散热板之间的温差㊁ΔＴＴＩＭ为热界面材料上下表面的温差ꎮ图中粘结线厚度是指ＴＩＭｓ的厚度ꎬ粘结线厚度是研究ＴＩＭｓ的导热系数和计算界面热阻的重要参数ꎮ因为市售ＴＩＭｓ产品各异ꎬ每种产品各有其优缺点ꎬ目前商业化ＴＩＭｓ主要分为以下几种ꎮ(１)导热硅脂导热硅脂通常是由高导热固体与流动性较好且具有一定黏度的液体通过脱泡方法制成的膏状材料ꎬ在工业上有着广泛应用ꎬ属于耐高温有机材料[１４]ꎮ导热硅脂与接触表面的粘结性比较好ꎬ厚度可以控制到很薄ꎬ同时价格低廉ꎬ但其最大的缺点是在使用过程中会玷污基底材料ꎮ由于导热硅脂为液态膏状ꎬ表现出严重的泵出效应ꎬ具有迁移３４第１期㊀㊀㊀刘晓云等:金属基热界面材料研究进展性且长期使用会逐渐失效ꎬ降低了系统的可靠性ꎮ(２)导热垫片导热垫片是以高分子聚合物材料或其他材料为基体ꎬ添加高导热填料和助剂ꎬ通过加热固化形成的一种软质㊁弹性较好的导热界面片层材料ꎮ导热垫片不仅能够填充电子元件和散热器之间凹凸不平的间隙ꎬ有效传递热量ꎬ而且能够起到密封㊁减震㊁绝缘的作用ꎻ但由于一些产品导热颗粒含量较高ꎬ增加了材料的刚度ꎬ柔软性和填充率之间的矛盾限制了该复合热界面材料的整体性能ꎮ此外ꎬ导热垫片对温度比较敏感ꎬ如果电子元件和导热垫片温度升高ꎬ垫片会发生应力松弛的现象ꎬ填充面积减小ꎬ导热效果变差ꎮ(３)相变热界面材料相变热界面材料是指能够随着温度的变化发生固￣液或固￣固相变的一类材料ꎬ其具有一定的导热性能ꎬ能够降低界面热阻ꎬ实现热量的传递ꎮ相变热界面材料融合了导热垫片和导热硅脂的双重优点[１５－１７]ꎬ电子元件工作时温度升高ꎬ此时材料发生相变成为液态ꎬ有效地润湿热界面ꎬ具有和导热硅脂一样的填充能力ꎬ能够最大化地填充界面间隙ꎬ从而使界面热阻降低ꎮ此外ꎬ相变热界面材料在相变过程中吸收和释放潜热ꎬ具有能量缓冲的效果ꎬ可避免电子元件的工作温度变化过快ꎬ从而延长电子元件的使用时间ꎬ但是该相变热界面材料导热能力一般ꎬ厚度也难以控制ꎮ市售ＴＩＭｓ除了上述三种外ꎬ还有导热凝胶㊁金属片等ꎬ典型的热界面材料及其传热特性[１８]如表１所示ꎮ表１㊀典型热界面材料及传热特性材料种类导热系数/(Ｗ ｍ－１ Ｋ－１)界面热阻/(１０－６ｍ２ Ｋ Ｗ－１)导热硅脂０.４~４１０~２００导热凝胶０.８~３４０~８０相变材料０.７~１.５３０~７０散热垫片１.５~４１００~３００金属片３０~５０５~８㊀㊀(４)金属基热界面材料金属基热界面材料包括低熔点金属以及以低熔点金属为基体添加高导热增强相的金属基复合材料ꎮ由于金属本身的高导热特点ꎬ制备的ＴＩＭｓ固有热导率远远超过聚合物ＴＩＭｓꎬ目前已报道的金属基热界面材料热导率在１０~４０Ｗ/(ｍ Ｋ)之间ꎬ比传统的有机或无机材料高出２个数量级ꎻ而且低熔点金属及其复合材料可在芯片承受的温度范围内熔化ꎬ充分填充界面间隙ꎬ大幅降低界面热阻ꎬ可以保证芯片高效稳定散热ꎮ因此ꎬ近年来低熔点金属及其复合材料迅速成为ＴＩＭｓ领域的研究热点并受到广泛关注ꎮ２㊀金属基热界面材料金属基热界面材料以优异的导热性能在高功率密度半导体中备受青睐ꎬ其主要为低熔点金属和金属基复合材料ꎮ低熔点金属主要有Ｇａ㊁Ｓｎ㊁Ｉｎ㊁Ｂｉ及以其为主要成分组成的合金ꎬ该类材料具有导热系数较高㊁流动性好㊁界面热阻低[１９]㊁易于实现固￣液相转换等诸多优势ꎬ目前在热控与能源㊁增材制造(３Ｄ打印)[２０－２１]㊁生物医学[２２]以及柔性智能机器[２３]等多个领域得到应用ꎬ是近年来学术界和产业界关注的热点ꎮ已有学者采用数值模拟的方法研究液态金属散热问题[２４－２５]ꎬ推动了该类材料的进一步发展ꎮ作为ＴＩＭｓ的金属基复合材料[２６]主要以低熔点金属作为基体ꎬ其增强相可以是无机非金属ꎬ如陶瓷㊁碳类㊁石墨等ꎬ也可以是金属颗粒ꎬ如Ｃｕ㊁Ｚｎ等ꎮ２.１㊀低熔点金属低熔点金属是指熔点在３００ħ以下的金属及其合金ꎬ被视为很有潜力的相变热界面材料[２７]ꎮ许多潜在相变材料的共同缺点是导热系数低ꎬ如有机材料的导热系数为０.１５~０.３Ｗ/(ｍ Ｋ)㊁盐水化合物的导热系数为０.４~０.７Ｗ/(ｍ Ｋ)ꎬ其较低的导热系数会导致传热流体与电子元件表面之间热交换不良ꎬ产生很大的界面热阻ꎮ低熔点金属具有很多优点ꎬ如热导率比传统ＴＩＭｓ高几十倍㊁物理和化学性质较为稳定㊁沸点较高㊁无腐蚀性等ꎬ低熔点金属还可以实现固￣液相转变ꎬ快速吸收和释放热量ꎬ在热管理技术上具有明显优势[２８]ꎮ表２列出了几种低熔点金属或合金的典型热物理性质[２９－３０]ꎬ表中数值上角标表示测试温度:ａ为２５ħꎬｂ为２００ħꎬｃ为１６０ħꎬｄ为１００ħꎬｎ为５０ħꎬｍ为金属熔点ꎮ４４沈㊀阳㊀理㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀第４２卷表２㊀低熔点金属或合金的热物理性质金属或合金熔点/ħ比热容/(ｋＪ ｋｇ－１ ħ－１)热导率/(Ｗ ｍ－１ Ｋ－１)Ｈｇ－３８.８７０.１３９ａ８.３４ａＣｅ２８.６５０.２３６ｄ１７.４ｄＧａ２９.８０.３７ｎ２９.４ｎＲｕ３８.８５０.３６３ｍ２９.３ｍＫ６３.２０.７８５４.０ｍＢｉ５２Ｐｂ３０Ｓｎ１８９６０.１６７２４Ｎａ９７.８３１.３８ｄ８６.９ｄＢｉ５８Ｓｎ４２１３８０.２０１１９Ｉｎ１５６.８０.２３３６.４ｃＬｉ１８６４.３８９ｂ４１.３ｂＳｎ９１Ｚｎ９１９９０.２７２６１㊀㊀在选择低熔点金属作为ＴＩＭｓ时ꎬ除了其良好的热物理性质及稳定性外ꎬ还需要考虑以下原则: (１)合金不能含有环境毒物ꎬ尽可能不使用镉㊁汞等金属ꎻ(２)首选共晶合金(可通过不同配料比得到不同熔点的合金)ꎬ其液相线温度低于芯片工作温度ꎬ更为关键的是其热导率高于目前商业化ＴＩＭｓꎮ许多学者对低熔点金属的热导率及热阻进行了深入研究ꎮ高云霞等[３１]研究了液态金属Ｇａ及其二元㊁三元合金热界面材料的导热性能ꎬ其中Ｇａ９０Ｉｎ１０二元合金的热导率达到１９.２Ｗ/(ｍ Ｋ)㊁界面热阻为５.４ｍｍ２ Ｋ/ＷꎮＰｌｅｖａｃｈｕｋ等[３２]制备出Ｇａ７７.２Ｉｎ１４.４Ｓｎ８.４合金ꎬ其熔点为１０.５ħ㊁热导率为２３.９Ｗ/(ｍ Ｋ)ꎮ刘辰等[３３]制备了液态合金Ｇａ６６Ｉｎ２０.５Ｓｎ１３.５ꎬ将其放置在两片Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ中间制成三层试样ꎬ测试其热导率ꎬ并同样放置Ｃｕ作为对比样ꎬ测试结果表明Ｇａ６６Ｉｎ２０.５Ｓｎ１３.５液态合金表现出比Ｃｕ更好的导热性能ꎬ其试样整体热导率达到１１.８２Ｗ/(ｍ Ｋ)ꎬＣｕ样品热导率仅为４.６２Ｗ/(ｍ Ｋ)ꎮＲｏｙ等[３４]研究了市售由Ｉｎ㊁Ｓｎ㊁Ｂｉ和Ｇａ按不同组成制成的低熔点合金ꎬ结果表明其具有非常低的热阻ꎬ可明显提高材料接触表面之间的导热性ꎮ李静等[３５]制备了一种新的Ｂｉ￣Ｉｎ￣Ｓｎ￣Ｓｂ四元合金ꎬ该合金具有较低的熔点(约６１ħ)㊁较高的热导率(约２３.８Ｗ/(ｍ Ｋ))ꎬ相变后体积膨胀率高达８８.６％(８０ħ时)ꎬ可以减少界面之间的空气带隙残留量ꎬ增加界面之间的接触面积ꎬ表现出极低的接触热阻(约１２.３ｍｍ２ Ｋ/Ｗ)ꎮＭａｒｔｉｎ等[３６]以Ｇａ￣Ｉｎ合金作为ＴＩＭｓ来减少接触热阻ꎬ利用液态金属解决硅芯片和热沉热膨胀系数不同所导致的应力问题ꎮＷｅｂｂ等[３７]利用稳态法对Ｉｎ￣Ｓｎ￣Ｂｉ低熔点合金进行热阻测量ꎬ当接触压力为１３８ｋＰａ时的界面热阻为５.８ｍｍ２ Ｋ/ＷꎮＺｈａｎｇ等[３８]研究了Ｓｎ￣Ｂｉ合金在两个Ｃｕ板之间的热传导性能ꎬ通过激光闪光技术测量了用作ＴＩＭｓ的Ｓｎ￣Ｂｉ合金的热阻ꎬ结果低于５ｍｍ２ Ｋ/Ｗꎮ热界面材料的抗溢性也非常重要ꎬＨｉｌｌ等[３９]以Ｉｎ￣Ｓｎ￣Ｂｉ合金作为热界面材料ꎬ将低熔点合金直接焊接到散热元件上ꎬ使用垫圈提供屏障ꎬ防止空气进入界面区域ꎬ同时避免液态合金溢出导致电子元器件短路ꎬ解决了低熔点合金在使用时氧化和溢出的问题ꎮ低熔点金属具有高导热性㊁较强的流动性和很宽的液相工作区ꎬ可以作为较好的ＴＩＭｓ应用于大功率芯片散热ꎬ但是过强的流动性会导致泄漏ꎬ可能引起芯片短路ꎮ２.２㊀金属基复合材料金属基复合材料是以金属为基体㊁与一种或几种增强相结合而成的复合材料ꎬ其增强相材料大多为无机非金属ꎬ也可以采用金属丝㊁颗粒等ꎬ其与聚合物基复合材料㊁陶瓷基复合材料一起构成现代复合材料体系ꎮ金属基复合材料的剪切强度㊁韧性及疲劳等综合力学性能较好ꎬ同时还具有导热㊁导电㊁耐磨㊁热膨胀系数小㊁不老化和无污染等优点ꎮ在低熔点金属基体中添加高导热陶瓷或碳材料制备ＴＩＭｓꎬ可在提高材料热导率的同时改善ＴＩＭｓ与芯片和热沉之间的热膨胀差异ꎮＮａｉ等[４０]在低熔点金属中加入多壁碳纳米管ꎬ实验测试结果表明ꎬ增强体的存在降低了基体的平均膨胀系数ꎬ其热膨胀系数从(２２.９ʃ０.７)ˑ１０－６Ｋ－１降到(１９.３ʃ０.８)ˑ１０－６Ｋ－１ꎬ机械性能也有所提高ꎮ也有学者采用其他方法来提高材料的导热系数ꎬ可为ＴＩＭｓ的研究提供借鉴ꎮＲａｊ等[４１]提出一种共电沉积工艺用于制备热性能和机械性能优异的复合焊料薄膜ꎬ采用碳化硅和石墨颗粒对焊料电解质进行改性ꎬ加入十六烷基三甲基溴化铵为５４第１期㊀㊀㊀刘晓云等:金属基热界面材料研究进展表面活性剂ꎬ既可以提高颗粒的稳定性ꎬ又可以增强表面的正电荷ꎬ进一步改善了粒子的电泳沉积ꎬ使镀层更加均匀ꎬ其复合材料的导热系数可提高５０％~１００％ꎮＷｅｉ等[４２]采用磁控溅射法在金刚石表面沉积了Ｃｒ作为过渡层制备了Ｇａ基复合材料ꎬ并采用激光扫描共焦显微镜(ＬＳＣＭ)进行表征ꎬ图３为Ｇａ基复合材料包覆金刚石颗粒的界面形貌ꎮ其研究结果表明ꎬ当添加质量分数为４７％的镀Ｃｒ金刚石颗粒可以显著提高Ｇａ基热界面材料在室温下的热导率ꎬ室温下复合材料的热导率可达１１２.５Ｗ/(ｍ Ｋ)ꎬ比Ｇａ基体提高约４倍ꎮ图３㊀Ｇａ基复合材料包覆金刚石颗粒的界面形貌㊀㊀在低熔点金属基体中加入金属颗粒也可显著改善其热传导效果ꎮ纪玉龙等[４３]以液态合金Ｇａ６２.５Ｉｎ２１.５Ｓｎ１６为基体ꎬ添加三种不同尺寸(粒径分别为０.５μｍ㊁５μｍ㊁５０μｍ)的Ｃｕ粉ꎬ研究结果表明ꎬ当添加０.５μｍ的Ｃｕ粉时可很大程度上降低固￣固界面之间的接触热阻ꎬ最大可降至原接触热阻的７２.３％ꎬ提高了其导热性能ꎮＨｕａｎｇ等[４４]在Ｓｎ￣Ｚｎ合金中加入不同含量(质量分数分别为０％㊁０.５％㊁１％㊁３％)的Ｃｕ粉制备复合材料ꎬ复合材料的强度及塑性得到提高ꎬ其中添加０.５％的Ｃｕ粉时复合材料的塑性最高ꎬ比不添加Ｃｕ粉的合金基体提高了３０％ꎬ材料良好的塑性有利于填充界面间隙ꎬ进而提高界面热导率ꎮ李根等[４５]以Ｇａ６２.５Ｉｎ２１.５Ｓｎ１６液态合金为基体ꎬ以Ｃｕ颗粒作为增强相ꎬ制备ＴＩＭｓꎬ并测试其热传导性能ꎬ图４为５种试样的热导率测试结果ꎬ图中ＯＬＭＡ表示氧化的低熔点合金ꎮ由图４可见ꎬＣｕ颗粒填充可以提高液态金属作为ＴＩＭｓ的性能ꎬ由Ｃｕ粉质量分数分别为５％和１０％的液态合金所制备的试样ꎬ其热导率分别为(２００.３３ʃ１５.６６)Ｗ/(ｍ Ｋ)和(２３３.０８ʃ１８.０７)Ｗ/(ｍ Ｋ)ꎬ较未填充Ｃｕ颗粒液态合金图４㊀在Ｃｕ片中间添加不同含量Ｃｕ粉增强Ｇａ６２.５Ｉｎ２１.５Ｓｎ１６的热导率对比所制备试样的热导率分别提高了约６８％和９６％ꎬ接触热阻分别为(７.９５５ʃ０.６２７)ｍｍ２ Ｋ/Ｗ和(５.６２１ʃ０.４３７)ｍｍ２ Ｋ/Ｗꎬ降低了约５７％和７０％ꎬ同时液态合金的黏性也增加ꎮ方秀秀等[４６]研究了镍粉的质量分数对Ｇａ￣Ｉｎ￣Ｓｎ基复合材料导热性能的影响ꎬ结果表明ꎬ当加入质量分数为５％的镍粉时ꎬ复合材料传热效果有很大提升ꎬ相比纯液态金属ꎬ热导率提高了５０.１７％ꎬ界面热阻则从１８.９ｍｍ２ Ｋ/Ｗ降至６.７ｍｍ２ Ｋ/Ｗꎬ约为原来的１/３ꎮ朱晴等[４７]研究了Ｃｕ粉的粒径和填充量对Ｇａ７５Ｉｎ２５液态合金热导率的影响ꎬ结果表明ꎬ当Ｃｕ粉的粒径为２.５μｍ㊁填充量为１２％时ꎬ复合材料的热导率达到３４.７Ｗ/(ｍ Ｋ)ꎮ采用金属基复合材料制备ＴＩＭｓ时ꎬ加入的高导热颗粒可以大幅提高材料的热导率ꎬ改善ＴＩＭｓ的性能ꎮ在服役温度高于基体合金熔点时ꎬ加入的增强相可有效提高材料的黏度ꎬ减小材料的流动性ꎬ有效改善材料流动导致的芯片短路问题ꎬ是一种理想的ＴＩＭｓꎮ但是ꎬ金属基复合材料中增强相与基体的润湿性仍存在较多问题ꎬ如何改善两者的界面结合ꎬ进一步提升材料的热导率㊁强塑性等性能是发展新一代ＴＩＭｓ的关键ꎮ３㊀总结与展望金属基热界面材料因其高导热的特点在高功率半导体热管理系统中具有广阔的应用前景ꎮ本文从材料成分㊁制备工艺和材料性能等方面对用于ＴＩＭｓ的低熔点金属及其复合材料进行了系统总结ꎬ在此基础上对未来金属基热界面材料的设计以及发展提出以下建议ꎮ６４沈㊀阳㊀理㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀第４２卷(１)低熔点金属因其优异的流动性可以充分地填充界面ꎬ但也会存在泄漏导致芯片短路的问题ꎬ需要研究更好地限制其流动性的方法ꎮ同时金属材料长期服役过程中的氧化问题㊁对界面两侧材料的刻蚀等问题也需要重点关注ꎮ(２)对于低熔点金属基复合材料ꎬ未来研究重点应集中于改善增强相与基体的界面结合ꎮ为进一步提升材料的性能ꎬ需要重点关注增强相的表面改性㊁复合形式等方面ꎮ(３)加强ＴＩＭｓ的导热机理研究ꎬ进一步理解多尺度上的声子热传导㊁载流子传导机制㊁声子￣电子耦合机制与声子传输机制等ꎬ选择合适的热导率模型ꎬ为ＴＩＭｓ的设计提供扎实的理论依据ꎮ参考文献:[１]ＳＯＨＥＬＭＵＲＳＨＥＤＳＭꎬＮＩＥＴＯＤＥＣＡＳＴＲＯＣＡ.Ａｃｒｉｔｉｃａｌｒｅｖｉｅｗｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｎｄｅｍｅｒｇｉｎｇｔｅｃｈ￣ｎｉｑｕｅｓａｎｄｆｌｕｉｄｓｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｃｏｏｌｉｎｇ[Ｊ].Ｒｅｎｅｗ￣ａｂｌｅａｎｄＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｖｉｅｗｓꎬ２０１７ꎬ７８:８２１－８３３.[２]ＬＶＰꎬＴＡＮＸＷꎬＹＵＫＨꎬｅｔａｌ.Ｓｕｐｅｒ￣ｅｌａｓｔｉｃｇｒａ￣ｐｈｅｎｅ/ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅａｅｒｏｇｅｌ:ａｎｏｖｅｌｔｈｅｒｍａｌｉｎｔｅｒ￣ｆａｃｅｍａｔｅｒｉａｌｗｉｔｈｈｉｇｈｌｙｔｈｅｒｍａｌｔｒａｎｓｐｏｒｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ[Ｊ].Ｃａｒｂｏｎꎬ２０１６ꎬ９９:２２２－２２８.[３]ＨＡＮＳＳＯＮＪꎬＮＩＬＳＳＯＮＴＭＪꎬＹＥＬꎬｅｔａｌ.Ｎｏｖｅｌｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｔｈｅｒｍａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｍａｔｅｒｉａｌｓ:ａｒｅｖｉｅｗ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｖｉｅｗｓꎬ２０１８ꎬ６３(１):２２－４５.[４]ＰＲＡＳＨＥＲＲ.Ｔｈｅｒｍａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｍａｔｅｒｉａｌｓ:ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅꎬｓｔａｔｕｓꎬａｎｄｆｕｔｕｒｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ[Ｊ].Ｐｒｏｃｅｅｄ￣ｉｎｇｓｏｆｔｈｅＩＥＥＥꎬ２００６ꎬ９４(８):１５７１－１５８６. 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陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法及研究进展【摘要】陶瓷颗粒增强金属基复合材料具有优异的力学性能和热稳定性，因而受到广泛关注。

本文主要探讨了陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法及研究进展。

在分别介绍了研究背景、研究意义和研究现状。

在详细讨论了陶瓷颗粒的选择与表面处理、金属基体材料的选择与预处理，以及增强相的分散与复合方法。

结论部分总结了未来研究方向和发展前景，强调了陶瓷颗粒增强金属基复合材料在材料领域的重要性。

通过本文的研究，可以更好地理解和应用陶瓷颗粒增强金属基复合材料，推动该领域的进一步发展。

【关键词】陶瓷颗粒增强金属基复合材料、制备方法、研究进展、陶瓷颗粒选择、表面处理、金属基体材料、预处理、增强相分散、未来研究方向、发展前景、总结。

1. 引言1.1 研究背景金属基复合材料是一种集金属和陶瓷的优点于一体的高性能材料，具有良好的力学性能和热性能，在航空航天、汽车、能源等领域具有广泛的应用前景。

陶瓷颗粒作为增强相可以有效提高金属基复合材料的强度、硬度和磨损性能，因此备受关注。

在过去的研究中，人们主要关注于增强相的性能和分散性，以及金属基体与增强相的界面结合强度等问题。

当前对于陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法和研究仍存在一些挑战和不足之处，需要进一步深入研究和改进。

本文将针对该领域的研究现状进行综述，探讨目前存在的问题，提出未来的研究方向和发展前景，为相关研究提供参考和指导。

1.2 研究意义陶瓷颗粒增强金属基复合材料在工程材料领域具有重要的应用价值，其具有优异的力学性能、热性能和耐腐蚀性能，可以被广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶建造等领域。

通过研究陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法，可以为相关领域提供高效、可靠的材料解决方案，推动相关行业的技术发展和创新。

陶瓷颗粒增强金属基复合材料的研究也可以促进材料科学领域的交叉融合，推动材料制备技术的进步。

深入探讨陶瓷颗粒增强金属基复合材料的研究意义，不仅可以拓展材料领域的研究范围，还可以为相关产业的发展提供有力支持。

金属基复合材料的制备方法及发展现状赵鹏鹏;谭建波【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.%Due to their high specific strength and high specific stiffness,metal matrix composites are widely used inmilitary,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,andthe 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.【期刊名称】《河北工业科技》【年(卷),期】2017(034)003【总页数】8页(P214-221)【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【作者】赵鹏鹏;谭建波【作者单位】河北科技大学材料科学与工程学院,河北石家庄 050018;河北省材料近净成形技术重点实验室,河北石家庄050018;河北科技大学材料科学与工程学院,河北石家庄 050018;河北省材料近净成形技术重点实验室,河北石家庄050018【正文语种】中文【中图分类】TG146.4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。

粉末冶金法制备铝基复合材料的研究一、本文概述本文旨在探讨粉末冶金法制备铝基复合材料的工艺过程、性能特点及其应用前景。

铝基复合材料作为一种新型的高性能材料，以其轻质、高强、耐磨、抗腐蚀等特性在航空航天、汽车制造、电子信息等领域具有广泛的应用价值。

粉末冶金法作为一种制备铝基复合材料的常用方法，具有工艺简单、成本低廉、材料利用率高等优点，因此受到了广泛的关注和研究。

本文首先介绍了铝基复合材料的基本概念和分类，概述了粉末冶金法制备铝基复合材料的原理和方法。

接着，详细分析了粉末冶金法制备过程中影响铝基复合材料性能的关键因素，包括粉末的选择、复合剂的添加、成型工艺、烧结工艺等。

在此基础上，本文进一步探讨了粉末冶金法制备铝基复合材料的性能特点，如力学性能、热学性能、电磁性能等，并分析了其在实际应用中的潜力和挑战。

本文总结了粉末冶金法制备铝基复合材料的研究现状和发展趋势，提出了未来研究的重点和方向。

通过本文的研究，旨在为铝基复合材料的制备和应用提供理论支持和实践指导，推动铝基复合材料在更多领域的应用和发展。

二、铝基复合材料的理论基础铝基复合材料作为一种先进的轻质高强材料，其理论基础主要建立在金属学、材料科学、复合材料力学以及粉末冶金学等多个学科的基础上。

铝基复合材料以其低密度、高比强度、良好的导热和导电性、出色的抗腐蚀性以及优异的可加工性而广受关注。

铝基复合材料的性能提升主要得益于增强相的选择与加入。

增强相可以是颗粒状、纤维状或晶须状，其种类和性能直接影响复合材料的力学、热学、电磁等性能。

常见的增强相包括SiC、Al₂O₃、TiC等陶瓷颗粒，以及碳纤维、玻璃纤维等。

这些增强相在铝基体中通过阻碍位错运动、提高基体强度等方式，显著提升了复合材料的综合性能。

铝基复合材料的制备工艺对其性能有着至关重要的影响。

粉末冶金法作为一种重要的制备工艺，通过控制粉末的粒度、形貌、分布以及烧结过程中的温度、压力等参数，可以实现对复合材料微观结构和性能的精确调控。

金属基复合材料耐蚀性能研究现状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[1]。

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。

金属基复合材料是由连续的金属或者合金基体和增强体构成，具有一系列与金属性能相似的优点。

当今，作为金属基复合材料的基体有铝基、镁基、铜基、铁基、钛基、镍基、高温合金基、金属间化合物及难熔金属基等，目前，国内外学者研究的金属基复合材料基体主要集中在铝和镁两个合金系上。

增强体的选择要求与复合材料基体结合时的润湿性较好，并且增强体的物理、化学相容性好，载荷承受能力强，尽量避免增强体与基体合金之间产生界面反应等。

常用的增强体主要有C纤维、Ti纤维、B纤维、Al2O3短纤维、SiC晶须、BC颗粒、SiC颗粒、Si3N4颗粒、WC颗粒、Mo2C颗粒、ZrO2颗粒、ZrB2颗粒、A12O3颗粒、碳纳米管和石墨等。

增强相的选择并不是随意的，选择一个合适的增强体需要从复合材料应用情况、制备方法以及增强体的成本等诸多方面综合考虑[2]。

与合金和聚合物相比，金属基复合材料性能特点有:高比强度、高模量、高韧性、高导热导电性、膨胀系数小、耐磨性好、高温强度高、表面稳定性好等[3]。

金属基复合材料具有强大的综合性能，在外层空间结构以及一些工业领域中有广泛应用前景，因而继树脂基复合材料之后，掀起了对其研究开发的热潮[4]。

目前，金属基复合材料（MMC）作为材料的一个新兴领域已在航空航天系统，汽车系统及建筑等各个系统中得。

2004年第5期铸造设备研究2004年　10月RESE ARCH ST UDIES ON FOUNDRY E QUIP ME NTOct 12004　№5收稿日期:2004-06-10作者简介:宋伟(1957-),男,工程师,主要从事实验室工作。

・专题论述・金属基复合材料的发展与应用宋　伟(太原理工大学,山西太原　030024) 摘　要:介绍了金属基复合材料的研究及发展历程,以及国内外的研究进展情况,例举了一些不同制备工艺的金属基复合材料的力学性能和金属基复合材料在各方面的应用。

关键词:金属基复合材料;进展;性能;应用 中图分类号:　T B331 文献标识码:A 文章编号:1004-6178(2004)05-0048-03Development and Application of Metal Matrix CompositesSONG Wei(Taiyuan Univer sity o f Technology ,Shanxi Taiyuan 030024,China ) Abstract :This paper introduces the research and development of metal matrix com posites in the w orld ,and discusses the mechanical prop 2erties of metal matrix com positei and thire application. K ey w ords :metal matrix com posite ,development ,property ,application1　复合材料的发展复合材料(C om posites )是将两种或两种以上性质截然不同的材料,加以优化组合后,所得到的一种新的材料。

复合材料的发展已经历了从自然材料到人工材料、从简单结构材料到复杂结构功能材料的各个阶段,而逐渐进入更高、更精、更快的发展阶段,它将与航天、能源、信息、生物等技术结合起来,带动高科技进入崭新的、高速的发展阶段。