金屬基復合材料除了具有高比強度、高比模量和低膨脹系數等特點(diǎn)外，還具有良好的耐熱性、高韌性、耐老化性、高導電和高導熱性，同時(shí)還能抗輻射、阻燃、不吸潮、不放氣等特點(diǎn)。通過(guò)不同材料的組合，可以人為地制造出符合科技與工業(yè)生產(chǎn)要求的復合金屬材料，可以應用于機械制造、冶金、交通、船舶、制藥等多個(gè)領(lǐng)域。

 1、金屬基復合材料的研究歷史及發(fā)展現狀

    在２０世紀６０年代，由于傳統金屬材料無(wú)法滿(mǎn)足一些國家對于高性能武器裝備以及航空技術(shù)發(fā)展的需求，因此人們開(kāi)始了對新材料的研究和開(kāi)發(fā)，促成了金屬基復合材料的發(fā)展。２０世紀７０年代末，粉末冶金法制造復合材料的技術(shù)逐漸成熟，以碳化硅顆粒為增強相的鋁合金材料的使用，標志著(zhù)鋁合金復合材料逐漸商業(yè)化。２０世紀８０年代，金屬基復合材料的發(fā)展進(jìn)入井噴時(shí)期。１９８３年，日本Ｈｏｎｄａ汽車(chē)公司推出新產(chǎn)品——以陶瓷纖維增強相的鋁基復合材料制造鋁活塞，使得金屬基復合材料逐漸從軍用開(kāi)始轉向民用。進(jìn)入到２０世紀９０年代，金屬基復合材料廣泛應用于各種軍事、航天、民用工業(yè)領(lǐng)域中。

圖1 陶瓷纖維增強鋁活塞

2、金屬基復合材料的發(fā)展現狀 

 2.1黑色金屬基復合材料

    常見(jiàn)的黑色金屬基復合材料是鋼鐵基復合材料。作為較常用的功能材料，鋼鐵因其熔點(diǎn)高，比例大，比強度小，制造工藝困難等導致基于鋼鐵材料的復合材料研究并不廣泛。然而隨著(zhù)現代工業(yè)的高速發(fā)展，工件要在惡劣的工況條件下還能正常穩定的工作，因此，改進(jìn)和提高鋼鐵基體的性能具有重要得研究意義和實(shí)用價(jià)值。鋼鐵基復合材料采用高比剛度、比強度的增強顆粒與鐵基體相結合的方法，可以降低基體材料的密度，并提高其硬度、耐磨度、彈性模量等物理性能。鋼鐵基復合材料現主要用于切削工具和等工業(yè)領(lǐng)域。

圖2 磨煤機的耐磨襯板

    鋼鐵基復合材料可分為表面復合材料和整體復合材料。對于整體復合材料，常見(jiàn)的制備方法有粉末冶金法、原位反應復合法、外加增強體顆粒法；表面復合技術(shù)常見(jiàn)的制備方法為鑄滲法、鑄造燒結法等。鋼鐵基復合材料多采用顆粒增強形式，其中碳化鈦、碳化鎢、碳化硅、碳化釩顆粒是較為常見(jiàn)的增強相。 

 2.2有色金屬基復合材料

    常見(jiàn)的有色金屬基復合材料包括鋁基、鎂基、鈦基、鎳基復合材料。由于有色金屬具有熔點(diǎn)低、硬度小的特點(diǎn)，故有色金屬基復合材料比起黑色金屬基復合材料應用更為廣泛。目前，在航天、航空和汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域中，各種高比模量、高比強度的有色金屬基復合材料輕型結構件正在被廣泛應用。

    鋁基復合材料在具有鋁合金密度小、導熱好等特性的同時(shí)還具有更高的強度和剛度，而較多的制備方法和易于進(jìn)行塑形加工的特點(diǎn)也在一定程度上降低了鋁基復合材料的制造成本。目前已經(jīng)研制成功的鋁基復合材料主要有以下五種:硼-鋁復合材料、碳(石墨)-鋁復合材料、碳化硅-鋁復合材料、氧化鋁-鋁復合材料和不銹鋼絲-鋁復合材料。

    鎂基復合材料是繼鋁基復合材料之后又一具有競爭力的輕金屬基復合材料，其主要特點(diǎn)是密度低,比強度和比剛度高，同時(shí)還具有良好的耐磨性、耐高溫性、耐沖擊性，優(yōu)良的減振性能及良好的尺寸穩定性和鑄造性能等；此外，還具有電磁屏蔽和儲氫特性等，是一類(lèi)良好的結構和功能材料，也是當今高新技術(shù)領(lǐng)域中有希望采用的復合材料之一；但由于價(jià)格昂貴，目前主要應用于航天及航空領(lǐng)域。

    鈦基復合材料可在比鋁、鎂基復合材料更高的溫度下使用,曾引起人們很大的關(guān)注。鈦基復合材料(TMCs)以其高比強度、比剛度，以及良好的抗高溫、耐腐蝕性能,在航空、航天、汽車(chē)等領(lǐng)域有著(zhù)廣闊的應用前景。國外對鈦基復合材料的研究已有近40年的歷史,發(fā)展相當迅速,原位合成工藝、纖維涂層等制備技術(shù)已經(jīng)成功用于制備高性能鈦基復合材料。鈦基復合材料分為連續纖維增強（FTMCs）和顆粒（晶須）增強鈦基復合材料（PTMCs）兩大類(lèi)，這兩種復合材料都要求基體材料具有較好的力學(xué)和加工成形性能。

    鎳基復合材料是另一種常見(jiàn)的有色金屬基復合材料，其優(yōu)異的高溫強度、抗熱疲勞、抗氧化和抗熱腐蝕性能使其在國內外得到迅速發(fā)展，成為制造艦船、航空以及工業(yè)燃氣渦輪發(fā)動(dòng)機中重要受熱部件的重要材料。

圖3金屬基復合材料的廣泛應用于上述行業(yè)

3、金屬基復合材料的展望 

    實(shí)際上，金屬基復合材料應用廣泛、生產(chǎn)發(fā)展的速度和規模，已成為衡量一個(gè)國家材料科技水平的重要標志之一。以用量計算，美國、英國、日本是位列前三的金屬基復合材料消費大國，超過(guò)消費總質(zhì)量2／3的金屬基復合材料為其所用，這與它們作為發(fā)達國家的地位相符。金屬基復合材料一開(kāi)始因價(jià)格比較昂貴,首先應用于航空、航天和軍事領(lǐng)域。而隨著(zhù)新的材料制備技術(shù)的研制成功和廉價(jià)增強物的不斷出現,金屬基復合材料正越來(lái)越多地應用于汽車(chē)、機械、冶金、建材、電力等民用領(lǐng)域，顯示出廣闊的應用前景和巨大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及相關(guān)領(lǐng)域研究工作的不斷深入,金屬基復合材料的理論基礎和制備技術(shù)將會(huì )有更大的突破,在各方面將有越來(lái)越廣闊的應用前景。

    皓越科技針對市場(chǎng)需求，不斷研發(fā)，改進(jìn)技術(shù)，推出性能優(yōu)異的熱處理設備，并提供相應的技術(shù)支持，助力國內復合材料市場(chǎng)，為復合材料行業(yè)的熱處理工藝提供相應的技術(shù)咨詢(xún)。

    皓越科技是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售電爐為一體的先進(jìn)型企業(yè)。公司一直專(zhuān)注于先進(jìn)陶瓷與復合材料、半導體材料、碳材料和鋰電及新能源材料裝備四大領(lǐng)域，擁有豐富的行業(yè)經(jīng)驗和專(zhuān)業(yè)技術(shù)，竭誠服務(wù)于客戶(hù)，提供完善的一體化產(chǎn)業(yè)解決方案。