礦物材料作為金屬基復合材料填料的研究進展

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1、科研訓練報告非金屬材料作為金屬基復合材料填料的研究進展非金屬材料作為金屬基復合材料填料的研究進展李杰（中國礦業(yè)大學材料科學與工程學院江蘇徐州）摘要：介紹了金屬基復合材料研究及應用的現(xiàn)狀，介紹了哪些非金屬被用作金屬基復合材料的填料，填充的是哪些金屬，填充工藝有哪些關鍵詞：非金屬填料金屬基復合材料填充工藝金屬基復合材料具有高比強度、高比模量、耐磨、耐熱、導電、導熱、不吸潮、抗輻射、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)良性能，并作為先進復合材料將逐步取代部分傳統(tǒng)的金屬材料而應用于航天航空、汽車工業(yè)、電子工業(yè)等領域，以滿足特殊場合對材料的比強度、比剛度、比模量、高溫性能、低熱膨脹系數(shù)等性能的要求。金屬基復合材料（Met

2、alMatrixComposite），簡稱MMC，是以金屬及其合金為基體，與一種或幾種金屬或非金屬增強相人工合成的復合材料。它與聚合物基復合材料、陶瓷基復合材料以及碳/碳復合材料一起構(gòu)成現(xiàn)代復合材料體系。其品種繁多，按增強體類型可分為連續(xù)纖維增強和非連續(xù)增強兩大類，后一類又分為顆粒增強、晶須增強、短纖維增強等。按基體可分為鋁基、鎂基、銅基、鈦基復合材料等，其中鋁基復合材料的研究和應用最為廣泛。現(xiàn)代科學技術(shù)對現(xiàn)代新型材料的強韌性，導電、導熱性，耐高溫性，耐磨性等性能都提出了越來越高的要求。為了保證構(gòu)件具有一定的強度與剛度，同時減輕重量，就要求材料具有更高的比強度與比模量。纖維增強聚合物基復合材

3、料具有比強度、比模量高等優(yōu)良性能，但由于聚合物本身的性質(zhì)所決定，他們不能在300℃以上的溫度下工作，且耐磨性差，不導電、不導熱，在使用期間逐漸老化、變質(zhì)，尺寸不夠穩(wěn)定。而金屬基復合材料則不存在這些缺點，作為結(jié)構(gòu)材料不但具有一系列與其基體金屬或合金相似的特點，而且在比強度、比模量及耐高溫性能方面甚至超過其基體金屬及合金。1．研究及應用現(xiàn)狀現(xiàn)代金屬基復合材料是從20世紀60年代初發(fā)展起來的。60年代初分別以美蘇為首的兩大陣營在宇宙空間開展的競爭推動了航空航天技術(shù)的發(fā)展，促進了定向凝固復合材料、難熔金屬絲增強高溫合金材料的研究與開發(fā)。由于硼纖維的研制成功，并應用于環(huán)氧樹脂基復合材料，因此出現(xiàn)了硼纖

4、維增強鋁基復合材料，并得到成功的應用。在70年代中期，由于價格低于硼纖維的碳纖維的開發(fā)和迅速發(fā)展，使金屬基復合材料的研究工作主要集中于碳纖維增強鋁基復合材料，雖然碳或石墨纖維與鋁的潤濕性不好，但由于在碳或石墨纖維表面涂覆與浸漬涂層的液鈉法和Ti-B工藝的研究成功，解決了纖維與鋁液的浸潤問題，從而使纖維增強鋁基復合材料的研制及應用取得了較大進展。自70年代末開始，對金屬基和增強材料的研究不斷深化，先后出現(xiàn)了碳化硅單根粗纖維（CVDSiC纖維）、束絲細纖維（NicalonSiC纖維）、晶須、顆粒和氧化鋁長纖維（FPAl2O3纖維）、短纖維（Saffil纖維）增強鋁、增強鈦等多種金屬基復合材料，并

5、且開始向不同金屬基體與不同類型的形態(tài)的增強材料與增強形式的多樣化發(fā)展，也促進了金屬基復材料向多品種發(fā)展，逐漸形成了金屬基復合材料體系。中國礦業(yè)大學材料科學與工程學院材料05-4班李杰學號140555546科研訓練報告非金屬材料作為金屬基復合材料填料的研究進展由于金屬基復合材料制備成本高，除航空航天等高技術(shù)領域之外不易得到廣泛應用，因此人們自80年代初開始重視對其制備工藝技術(shù)的研究。各種液態(tài)法制備顆粒和晶須增強金屬基復合材料工藝相繼問世，促進了顆粒、晶須增強金屬基復合材料的發(fā)展，使復合材料的成本不斷下降，從而使金屬基復合材料從面向航空航天工業(yè)與軍工逐漸也轉(zhuǎn)向民用，如在汽車工業(yè)的應用，進而又促進

6、了金屬基復合材料的發(fā)展。近年來，由于材料成本的降低，制備工藝的逐步完善，金屬基復合材料尤其是顆粒增強鋁基復合材料呈現(xiàn)出非常樂觀的商業(yè)前景。毫無疑問，復合材料已經(jīng)成為當代材料領域中一個重要發(fā)展方向，地位越來越重要。到20世紀90年代初，先進復合材料的世界總產(chǎn)量已經(jīng)達到300萬噸，在許多領域特別是航空航天領域顯示了極其重要的地位。西方國家把先進復合材料列為戰(zhàn)略材料列入為數(shù)有限的國家重點研究和發(fā)展項目，列入不準許輸出的新材料。2.復合體系和性質(zhì)金屬基復合材料使用金屬或者非金屬為增強組分，最主要的基體材料是鋁、鈦、鎂及其合金。當前最常見到的復合體系包括用硼、碳化硅、石墨和氧化鋁等連續(xù)纖維增強的鋁基和

7、鈦基材料，及用不連續(xù)的碳化硅晶須曾強的鋁基材料2大類。對于顆粒增強金屬基復合材料目前應用最廣泛的增強材料有：碳化物，如SiC、TiC、B4C；氮化物，如Si3N4、AlN；氧化物，如Al2O3、SiO2；以及C、Si等。對目前國內(nèi)外的大多數(shù)金屬基復合材料制造公司和研究機構(gòu)來說，以SiC顆粒增強的金屬基復合材料占絕大多數(shù)。國外硼纖維增強鋁復合材料的研究工作始于60年代初，是歷史最長、最成熟的一種金屬基復合材料。