金属基复合材料的研究现状与进展论文.doc

成绩 课程论文题目：金属基复合材料的研究现状与进展 学生姓名 学 号 指导教师 余历军 院 系 化工学院 专 业 化工过程机械 年 级 2012级 西北大学课程论文摘要 新材料的研究、发展与应用一直是当代高新技术的重要内容之一其中复合材料，特别是金属基复合材料在新材料技术领域中占有重要的地位金属基复合材料对促进世界各国军用和民用领域的高科技现代化，起到了至关重要的作用，因此倍受人们重视本文概述了金属基复合材料的发展历史及研究现状，对金属基复合材料的分类、性能、应用、制备方法、等进行了综述，提出了金属基复合材料研究中存在的问题，探讨了金属基复合材料的发展关键词：金属基复合材料；发展现状；应用；前景ABSTRACTThe research, development and application of new materials has been one of the important content of contemporary high-tech. And the composite materials, especially metal matrix composites in the field of new materials technology occupie an important position. Metal matrix composites has played a vital role to promote the countries all over the world in the field of military and civilian high-tech modernization, so it is highly appreciated.In this article, the development history and research status of metal matrix composites, the classification and properties of metal matrix composites, application, preparation methods are summarized. The existing problems are put forward and the development are discussed.in the research of metal matrix composites. 目录摘要 IABSTRACT II目录 III1 绪论 11.1 研究的目的与意义 11.2 研究内容 22 金属基复合材料 32.1 金属基复合材料的性能 32.2金属基复合材料的分类 42.3典型的金属基复合材料 62.3.1 铝基复合材料 62.3.2 镁基复合材料 72.3.3 钛基复合材料 73 金属基复合材料的制造 93.1 原位反应自生法 93.2 粉末冶金法 93.3 喷射沉积法 103.4 搅拌铸造法 103.5 挤压铸造法 104 金属基复合材料研究现状 124.1 金属基复合材料的基本研究情况 124.2 国内外研究现状 124.2.1国内研究现状 124.2.2 国外研究现状 134. 3 金属基复合材料在不同领域的研究现状 144. 3. 1 金属基复合材料在汽车领域的研究 144. 3. 2 金属基复合材料在航空航天领域的研究 145 金属基复合材料发展趋势及最新进展 165.1 微结构的优化 165.2 结构-功能一体化 165.3 制备与成型加工一体化 175.4 工艺技术的低成本化 175.5 生产的规模化与应用的扩大化 176 总结 18参考文献 19I1 绪论1.1 研究的目的与意义金属基复合材料(Metal Matrix Composites:MMCs)是指以金属或合金为基体，通过某种可能工艺加入一种或几种金属、非金属及或者合金增强相结合而成的新材料。

金属基复合材料具有优越的综合性能，它一方面具有原金属(或合金)的特性；另一方面，由于增强材料的加入，还赋予其一些特殊的性能或改善金属(或合金)原有的性能由于科技的进步，越来越多的工程应用所需要的材料，在性能发面具有很大的可设计性，而单一的金属、陶瓷、高分子等工程材料均难以满足这些迅速增长的性能需要为了克服单一材料性能上的局限性，充分发挥各种材料特性，弥补其不足，人们已越来越多地根据零、构件的功能要求和工况条件，设计和选择两种或两种以上化学、物理性能不同的材料，按一定的方式、比例、分布结合成复合材料，充分发挥各组成材料的优良特性，弥补其短处，使复合材料具有单一材料所无法达到的特殊和综合性能，以满足各种特殊和综合性能需求，也可以更经济地使用材料金属基复合材料的发展与现代科学技术和高技术产业的发展密切相关，如航天技术和先进武器系统的迅速发展，对轻质高强结构材料的需求变得十分强烈由于航天装置越来越大，结构材料的结构效率变得更为重要宇航构件的结构强度、刚度随构件线性尺寸的平方增加，而构件的重量随线性尺寸的立方增加为了保持构件的强度和刚度就必须采用高比强度、高比刚度和轻质高性能的金属基复合结构材料。

又如在汽车行业，高耐磨性的复合材料被应用在汽车的一些机构零件，发动机、刹车盘、活塞等重要零件，能明显的提高零件的性能在民用工业中， 复合材料的应用领域十分广阔以碳氮化物或金属间化合物颗粒为强化剂的钢基复合材料， 能明显提高强度、韧性、耐磨、耐蚀和切削性能这类材料的特点是重量轻、尺寸稳定、硬度高、摩擦系数小，由于耐高温和高强度， 可用于发动机和泵的叶轮， 也可加工成模具另外， 发动机钢套、连杆、连销、刹车盘等也在使用金属基复合材料制造， 如果能打开市场， 将会有较大的产量其他方面， 如运动器材、自行车架、各种型材以及装甲车履带、轻质防弹装甲车等也初步应用复合材料[1]1.2 研究内容本文简单综述了金属基复合材料研究意义，国内外研究现状，性能，分类和应用；以及制造工艺等，最后指出了金属基复合材料研究中存在的问题并对其发展做出了展望 2 金属基复合材料2.1 金属基复合材料的性能金属基复合材料是以金属或合金为基体，以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料通过合理的设计和复合工艺，使之兼有金属良好的塑韧性和加工性能以及增强体的高比强、比刚，更好的导热性、耐磨性以及尺寸稳定性等优点。

金属基复合材料既能保留原组成材料的主要特色，并通过复合效应获得原组分所不具备的性能不同于化合物和合金材料，复合材料中的组分材料始终作为独立形态的单一材料而存在，没有明显的化学反应金属基复合材料的性能取决于所选用基体金属或合金本身的性能，增强体的特性、含量、分布、尺寸以及界面状态等参数通过优化组合复合材料可以获得既有金属特性，又兼具增强体的比强度、耐热、耐磨等的综合性能相对于基体金属材料而言，金属基复合材料的性能优势主要有如下方面1)力学性能在金属基体中加入适量的高强度、高模量、低密度的纤维、晶须及颗粒等增强体，可显著提高复合材料的比强度和比模量如：碳纤维密度只有1.85g/cm3，最高强度可达7，000MPa，比铝合金强度高出10倍以上石墨纤维的最高模量可达900GPa，比普通钢材要高4倍以上，而B纤维、SiC颗粒的密度也只有2.5~3.4g/cm3，其强度高达3，000~4，500MPa，模量350~450GPa此类增强材料加入后作为复合材料的主要力学承载体，使其比强度、比模量数倍高于相应基体和合金材料2)导热、导电性能，热膨胀系数、尺寸稳定性由于金属基复合材料中金属基体占有很高的体积分数，一般在60%以上，因此仍保持金属所特有的良好导热性和导电性，在电子封装领域，金属基复合材料制造集成电路底板和封装件可以迅速有效地降低温度梯度，提高集成电路的可靠性。

另外，由于C、B、SiC纤维和颗粒等增强体普遍具有高模量和低膨胀系数，尤其是超高模量的石墨纤维具有负的膨胀系数，通过调整增强体的类型和数量，可有效地控制整体材料的线膨胀系数，避免膨胀系数不匹配导致的变形开裂和虚焊3)耐磨性金属基复合材料的增强体一般均为高硬度、高强度的陶瓷纤维和颗粒，尤其是纳米级别的陶瓷颗粒，在复合材料中起到类似于耐磨合金中弥散强化的第二项的作用，不仅可提高材料的强度和刚度，还可提高复合材料的硬度和耐磨性目前SiC、TiB2增强的铝基复合材料耐磨性甚至优于铸铁，已在汽车、机械工业中初步用于发动机部件、刹车盘、活塞等重要零件4)良好的高温性能高温环境下增强体起到主要的力学承载作用，只要增强体具备远比基体材料更高的高温强度和模量，复合材料的高温性能必将大大提高一些高温金属纤维、陶瓷纤维和颗粒可将高温性能保持至接近熔点，如：石墨纤维增强铝基复合材料在500℃下仍有600MPa的高温强度，而基体材料强度在300℃时已降至100MPa5)断裂韧性和抗疲劳性能金属基复合材料的断裂韧性和抗疲劳性能取决于增强体与金属基体的界面结合状态增强体在金属基体中的分布以及金属基体、增强体本身的特性，特别是界面状态，最佳的界面结合状态既可有效地传递载荷，又能阻止裂纹的扩展，提高材料的断裂韧性。

此外，选择合适的金属基体和增强体，并通过，并通过合理的制备技术和加工工艺，还可获得具有耐老化、气密性好、不吸潮等特性的金属基复合材料6)金属基复合材料塑性变形性能金属基复合材料塑性很差主要是由于硬质的脆性增强体加入到塑性基体后，一方面，增强体阻碍了位错的长程滑移，从而制约了基体的变形；另一方面．增强体的断裂应变一般很低，在外加应变较低时就会大量断裂，这两方面原因同时也是金属基复合材料强化的重要机制此外．由于增强体的加入，强烈地改变了复合材料基体中的微观组织结构和残余应力，这也造成了复合材料的低塑性变形实验研究表明，金属基复合材料的塑性变形具有以下特点：由于增强体与基体的不协调合材料形成后其内部存在较高的局部应力，该应力超过基体的屈服强度时，即产生局部塑性变形，造成弹、塑性过渡区在应力应变曲线上表现更加平滑，应力和塑变高度不均匀化，并且由于热残余应力的作用，拉伸与压缩应力应变曲线呈现非对称性；拉伸应力应变曲线上，没有明显的屈服点、屈服平台和颈缩现象；宏观屈服强度随增强体含量及其长径比的增加而升高，该效果随基体强度的升高而受到限制；初始加工硬化率较高[2]2.2金属基复合材料的分类金属基复合材料的发展历史较长，但真正受到重视并进行广泛研究还是近20年由于大都处于研制开发阶段，虽部分复合材料在个别领域得到批量应用，但由于生产成本、生产工艺稳定程度等问题还需要系统地加以解决，因此，至今还没有形成系统完整的工业体系。

对金属基复合材料的分类也因强调的内容不同，而有不同的划分金属基复合材料种类繁多，有各种分类方式，主要为以下三种1）按用途1）结构复合材料：高比强度、高比模量、尺寸稳定性、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。