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二 0 一 五 年 专 业 课 论 文 复 合 材 料 学 院：材料科学与工程学院 专 业：材料工程 姓 名：郭皓 学 号：2014231008 专业课教师：刘开平 金属基复合材料的发展及其应用 郭皓 （长安大学 材料学院 学号：2014231008） 摘 要:近年来人们对于金属复合复合材料的发展趋于关注。本文综述了金属基复合材料的发展史、分类、性能特点、制备方法以及应用前景。 关键词:金属基复合材料;复合材料分类；复合材料性能；复合材料制备；复合材料应用。 Development and application of metal-matrix composites Guo Hao （School of material and engineering in Chang’an university, Number:2014231008） Abstact: MMCs (metal-matrix composites) has become a hot study field in recent years. The paper presents the classification, characteristics and fabricating methods of the material. The development and application of MMCs are summarized as well. Key words: MMCs(metal-matrix composites); classification; characteristics; preparation； application 前言 金属基复合材料，是在各金属材料基体内用多种不同复合工艺，加进增强体以改进特定所需的机械物理性能。金属基复合材料在比强度、比钢度、导电性、耐磨性、减震性、热膨胀等多种机械物理性能方面比同性材料优异得多。因此，金属基复合材料在新兴高科技领域，宇航、航空、能源及民用机电工业、汽车、电机、电刷、仪器仪表中日益广泛应用。 一 金属基复合材料发展史 近代金属基复合材料的研究始于 1924 年Schmit［1］关于铝 / 氧化铝粉末烧结的研究工作。在30 年代，又出现了沉淀强化理论[2,3]，并在以后的几十年中得到了很快地发展。到了 60 年代，金属基复合材料已经发展成为复合材料的一个新的分支。到了 80 年代，日本丰田公司首次将陶瓷纤维增强铝基复合材料用于制造柴油发动机活塞，从此金属基复合材料的研制与开发工作得到了飞快地发展。土耳其 的 S.Eroglu 等 用 离 子 喷 涂 技 术 制 得 了NiCr-Al/MgO-ZrO2功能梯度涂层。目前，金属基复材料已经引起有关部门的高度重视，特别是航空航天部门推进系统使用的材料，其性能已经接近了极限。因此，研制工作温度更高、比钢度、比强度大幅度增加的金属基复合材料，已经成为发展高性能材料的一个重要方向。1990 年美国在航天推进系统中形了 3 250 万美元的高级复合材料（ 主要为 MMC）市场，年平均增长率为 16%，远远高于高性能合金的年增长率[4]。到 2000 年，金属基复合材料的市场价值达到了 1.5 亿美元，国防/ 航空用金属基复合材料已占市场份额的 80%[5]。预计到 2005 年市场对金属基复合材料的需求量将达 161 t，平均年增长率为 4.4%。 二 金属基复合材料的分类 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。金属基复合材料一般分为铝基、镁基、钢基、铁基及铝合金基复合材料等。按增强相形态的不同分为颗粒增强金属复合材料、晶须或短纤维增强金属基复合材料及连续纤维增强金属基复合材料。 三 金属基复合材料的性能特点 金属基复合材料的性能取决于所选金属或合金基体和增强物的特性、含量、分布等。通过优化组合可以获得既具有金属特性,又具有高比强度、高比模量、耐热、耐磨等优良综合性能的复合材料[6]。金属基复合材料有以下性能特点。 1高比强度和高比模量 在金属基体中加入适量高比强度、高比模量、低密度的纤维、晶须、颗粒等增强物,能明显提高复合材料的比强度和比模量。密度只有1185 g/cm3的碳纤维的最高强度可达到7 000 MPa,比铝合金强度高出10倍以上,石墨纤维的最高模量可达91 GPa。加入质量分数为30%～50%高性能纤维作为复合材料的主要承载体,复合材料的比强度、比模量成倍地高于基体合金或金属的比强度和比模量。 2导热