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金属基复合材料（MMC） 材料学院 沈卫平shenwp@mater.ustb.edu.cn 一、金属基复合材料概述 1、金属基复合材料的分类 1 - 1、按增强材料分类： — 纤维增强金属基复合材料 — 颗粒、晶须增强金属基复合材料 1 - 2、按基体材料分类： — 铝基复合材料 — 镁基复合材料 — 钛基复合材料 — 高温合金基复合材料 — 金属间化合物基复合材料 2、金属基复合材料的研究重点 2、金属基复合材料的研究重点 1）不同基体和不同增强相复合效果、复合材料的设计和性能； 2）增强相/基体的界面优化、界面设计； 3）制备工艺的研究，以提高复合材料的性能和降低成本； 4）新型增强剂的研究开发； 5）复合材料的扩大应用。 二、金属基复合材料的制备工艺 1、金属基复合材料制备工艺概述 1 - 1 金属基复合材料制备工艺的研究内容以及选择原则： 1）基体与增强剂的选择，基体与增强剂的结合： 增强剂与基体之间应具有良好的物理相容性和化学相容性。另外，如果在复合材料中使用高强度的纤维，就必须寻找具有高断裂功的基体材料。在这方面，固态法制备方法更好一些，因铸造合金一般具有较低的断裂韧性。 2）界面的形成及机制，界面产物的控制及界面设计； 3）增强剂在基体中的均匀分布： 在选择制备方法时，应选择那些使得增强剂更均匀、均质排布（分布）的方法。在这方面，液态法与固态法相比较差。4）制备工艺方法及参数的选择和优化； 5）制备成本的控制和降低，工业化应用的前景。 金属基复合材料制备工艺的分类： 金属基复合材料制备工艺的分类： 1）固态法：真空热压扩散结合、超塑性成型 / 扩散结合、模压、热等静压、粉末冶金法。 2）液态法：液态浸渗、真空压铸、反压铸造、半固态铸造。 3）喷射成型法：等离子喷涂成型、喷射成型。 4）原位生长法。 1 - 2、连续增强相金属基复合材料的制备工艺 铝合金 —— 固态、液态法 碳纤维 镁合金 —— 固态、液态法 硼纤维 钛合金 —— 固态法 SiC纤维 高温合金 —— 固态法 氧化铝纤维 金属间化合物 —— 固态法 1 - 3、不连续增强相金属基复合材料的制备工艺 铝合金 — 固态、液态、原位生长、喷射成型法 颗粒 镁合金 —— 液态法 晶须 钛合金 —— 固态、液态法、原位生长法 短纤维 高温合金 —— 原位生长法 金属间化合物 —— 粉末冶金、原位生长法 2、 先驱（预制）丝（带、板）的制备 2 - 1 纤维/（基体箔材）聚合物粘结剂先驱（预制）带（板）(图9-1)： 缠绕鼓(基体箔材)?纤维定向定间距缠绕?涂敷聚合物粘结剂定位。  图9-1 纤维 / 聚合物粘结剂先驱（预制）带（板） 2 - 2 等离子喷涂纤维 / 基体箔材先驱（预制）带（板）： 纤维定向定间距缠绕 ? 等离子喷涂基体粉末定位（图9-2）。  图9-2 等离子喷涂纤维 / 基体箔材先驱（预制）带（板）示意图 2 -3 PVD法纤维/基体复合丝 图 9-3 PVD法纤维/基体复合丝原理图 2 -3 PVD法纤维/基体复合丝 采用磁控溅射等物理气相沉积（PVD）手段将基体金属均匀沉积到纤维表面（图9-3、4）上，形成纤维/基体复合丝。使用这种复合丝制备复合材料时，主要是基体与基体之间的扩散结合，有利于材料界面的改善；同时通过控制基体沉积层的厚度可控制纤维的体积比。 2 - 4 粉末法纤维/基体复合丝 首先将金属基体粉末与聚合物粘接剂混合制成基体粉末/聚合物粘接剂胶体，然后将纤维通过带有一定孔径毛细管的胶槽，在纤维表面均匀地涂敷上一层基体粉末胶体，干燥后形成一定直径的纤维/基体粉末复合丝。复合丝的直径取决于胶体的粘度、纤维走丝速度以及胶槽的毛细管孔径等。 由于在复合材料制备过程中需要预先彻底除去复合丝中的聚合物粘接剂胶体，因此要求聚合物粘接剂具有在真空状态的低温下能够完