【正文】 比鋁合金強(qiáng)度高出10倍以上。此類增強(qiáng)材料加入后作為復(fù)合材料的主要力學(xué)承載體，使其比強(qiáng)度、比模量數(shù)倍高于相應(yīng)基體和合金材料。另外，由于C、B、SiC纖維和顆粒等增強(qiáng)體普遍具有高模量和低膨脹系數(shù)，尤其是超高模量的石墨纖維具有負(fù)的膨脹系數(shù)，通過(guò)調(diào)整增強(qiáng)體的類型和數(shù)量，可有效地控制整體材料的線膨脹系數(shù)，避免膨脹系數(shù)不匹配導(dǎo)致的變形開裂和虛焊。目前SiC、TiB2增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料耐磨性甚至優(yōu)于鑄鐵，已在汽車、機(jī)械工業(yè)中初步用于發(fā)動(dòng)機(jī)部件、剎車盤、活塞等重要零件。一些高溫金屬纖維、陶瓷纖維和顆?？蓪⒏邷匦阅鼙３种两咏埸c(diǎn)，如：石墨纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在500℃下仍有600MPa的高溫強(qiáng)度，而基體材料強(qiáng)度在300℃時(shí)已降至100MPa。增強(qiáng)體在金屬基體中的分布以及金屬基體、增強(qiáng)體本身的特性，特別是界面狀態(tài)，最佳的界面結(jié)合狀態(tài)既可有效地傳遞載荷，又能阻止裂紋的擴(kuò)展，提高材料的斷裂韌性。(6)金屬基復(fù)合材料塑性變形性能金屬基復(fù)合材料塑性很差主要是由于硬質(zhì)的脆性增強(qiáng)體加入到塑性基體后，一方面，增強(qiáng)體阻礙了位錯(cuò)的長(zhǎng)程滑移，從而制約了基體的變形；另一方面．增強(qiáng)體的斷裂應(yīng)變一般很低，在外加應(yīng)變較低時(shí)就會(huì)大量斷裂，這兩方面原因同時(shí)也是金屬基復(fù)合材料強(qiáng)化的重要機(jī)制。實(shí)驗(yàn)研究表明，金屬基復(fù)合材料的塑性變形具有以下特點(diǎn)：由于增強(qiáng)體與基體的不協(xié)調(diào)合材料形成后其內(nèi)部存在較高的局部應(yīng)力，該應(yīng)力超過(guò)基體的屈服強(qiáng)度時(shí)，即產(chǎn)生局部塑性變形，造成彈、塑性過(guò)渡區(qū)在應(yīng)力應(yīng)變曲線上表現(xiàn)更加平滑，應(yīng)力和塑變高度不均勻化，并且由于熱殘余應(yīng)力的作用，拉伸與壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)非對(duì)稱性；拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線上，沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)、屈服平臺(tái)和頸縮現(xiàn)象；宏觀屈服強(qiáng)度隨增強(qiáng)體含量及其長(zhǎng)徑比的增加而升高，該效果隨基體強(qiáng)度的升高而受到限制；初始加工硬化率較高[2]。對(duì)金屬基復(fù)合材料的分類也因強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容不同，而有不同的劃分金屬基復(fù)合材料種類繁多，有各種分類方式，主要為以下三種。用于制造各種航天、航空、汽車、先進(jìn)武器系統(tǒng)等高性能結(jié)構(gòu)件。（2）按基體類型1）鋁基復(fù)合材料：這是在金屬基復(fù)合材料中應(yīng)用得最廣的一種。由于鋁的基體為面心立方結(jié)構(gòu)，因此具有良好的塑性和韌性，高的比強(qiáng)度、比剛度以及較好耐熱性和耐磨性，再加之它所具有的易加工性、工程可靠性及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，工程應(yīng)用廣泛，已在航空航天工業(yè)及汽車工業(yè)得到應(yīng)用。由于鎳的高溫性能優(yōu)良，因此這種復(fù)合材料主要是用于制造高溫下工作的零部件。但是由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，影響了該系復(fù)合材料的發(fā)展速度[3]。（3）按增強(qiáng)相形態(tài)按增強(qiáng)相形態(tài)分有以下幾種，[2]1）纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料(MMCf)：即利用無(wú)機(jī)纖維(或晶須)、金屬細(xì)絲的極高強(qiáng)度來(lái)增強(qiáng)金屬而得到輕而強(qiáng)的材料，纖維直徑從3μm到150μm(晶須直徑小于1μm)，增強(qiáng)纖維有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維等，(a)所示。(b)所示。增強(qiáng)顆粒有碳化硅、氧化鋁、氮化硅、碳化硼、石墨、金剛石、陶瓷等，(c)所示。而鋁基復(fù)合材料通過(guò)增強(qiáng)相的加入使之具有高比強(qiáng)度、高比剛度、耐磨性好、尺寸穩(wěn)定性好以及易于加工等一系列優(yōu)良特性, 在航空航天、汽車、電子等工業(yè)領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景。增強(qiáng)體主要有SiC顆粒、Al2O3顆粒、BC4顆粒、TiC顆粒等。美國(guó)DWA公司用 SiC顆粒增強(qiáng)6092鋁基復(fù)合材料代替鋁合金制造F16 戰(zhàn)斗機(jī)的垂直尾翼，提高壽命17倍。美國(guó)的Duralcan公司研制出用SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造汽車制動(dòng)盤，在汽車減重的同時(shí)提高了耐磨性，而且噪音明顯減小，同時(shí)該公司還用SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞和齒輪箱等汽車零部件。但陶瓷顆粒與鋁合金基體互不濕潤(rùn)，難以獲得分布均勻的復(fù)合材料，且陶瓷顆粒一旦與鋁合金液發(fā)生界面反應(yīng)，容易生成大量的脆性界面產(chǎn)物，導(dǎo)致復(fù)合材料在拉伸變形或熱處理過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力集中，使增強(qiáng)顆粒脫粘，這種弱界面的存在會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的強(qiáng)度反而低于基體合金，這類問(wèn)題還需在以后的研究中著重解決[4]。但其低高溫強(qiáng)度、低彈性模量和較差的耐磨性能限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。構(gòu)成鎂基復(fù)合材料的基體合金主要分為鑄造和變形系列。增強(qiáng)體主要有C纖維、Ti纖維、B纖維、Al2O3顆粒、SiC晶須和顆粒、B4C顆粒等。由于鎂具有熔點(diǎn)比較低、化學(xué)活性高、易氧化等特點(diǎn)，常規(guī)的許多金屬基復(fù)合材料的制備工藝都無(wú)法直接應(yīng)用于鎂基復(fù)合材料。目前鎂基復(fù)合材料的制備方法可分為外加法和原位自生法兩種。原位合成有著增強(qiáng)相細(xì)小、分布均勻、界面無(wú)污染、結(jié)合良好的優(yōu)點(diǎn)，材料性能優(yōu)越[5]。但其彈性模量和耐磨性低，在600℃以上其強(qiáng)度和蠕變抗力急劇下降。與基材相比，鈦基復(fù)合材料的強(qiáng)度及硬度大幅度提高, 且具有良好的高溫強(qiáng)度、優(yōu)異的蠕變性能、高周疲勞性能、抗蠕變性能以及優(yōu)異耐腐蝕性能。鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)體主要有TiC、TiB SiC、B4C、TiB等，此類復(fù)合材料具有各相同性、制備簡(jiǎn)單、易加工成型、成本較低等特點(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展迅速。此外，鎳基、銅基、鐵基、高溫合金基等復(fù)合材料也是目前材料學(xué)界的研究熱點(diǎn)，并已在各自領(lǐng)域內(nèi)得到了相應(yīng)的應(yīng)用驗(yàn)證。外加法是以粉體混合、熔融金屬中添加陶瓷顆粒等物理方式達(dá)到基體和增強(qiáng)相相容，再通過(guò)燒結(jié)、鑄造、壓力加工等后續(xù)工藝制備成品，常用的外加法主要有粉末冶金法、噴射沉積法、攪拌鑄造法、擠壓鑄造法等。目前報(bào)道的原位合成法主要有：放熱彌散法、氣液反應(yīng)合成法、自蔓延燃燒反應(yīng)法和反應(yīng)噴射沉積等。 原位反應(yīng)自生法原位反應(yīng)自生法分為固態(tài)自生法和液態(tài)自生法。增強(qiáng)相的含量可以通過(guò)反應(yīng)元素的加入量來(lái)控制。原位法制備金屬基復(fù)合材料其增強(qiáng)顆粒與基體的相容性好，避免了外加增強(qiáng)顆粒的污染以及顆粒與基體的界面之間的化學(xué)反應(yīng)問(wèn)題，增強(qiáng)顆粒熱力學(xué)穩(wěn)定，高溫工作時(shí)性能不易退化，此外原位反應(yīng)生成的增強(qiáng)相細(xì)小彌散，均勻性好，性能優(yōu)異。 粉末冶金法粉末冶金法是最早開發(fā)用于制備金屬基復(fù)合材料的工藝。制備工藝中每一步都決定了復(fù)合材料界面結(jié)合狀況，從而對(duì)最終材料的性能產(chǎn)生重要影響。由于粉體顆粒細(xì)小，表面帶有電荷，混合時(shí)產(chǎn)生的增強(qiáng)體顆粒團(tuán)聚在后續(xù)擠壓過(guò)程中難以有效進(jìn)行分散。粉末冶金制備復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)很突出：（1）基體和增強(qiáng)體基本不受限制，可選擇不同的增強(qiáng)體種類、尺寸、數(shù)量，甚至多種增強(qiáng)體共同強(qiáng)化；（2）基體金屬與強(qiáng)化顆粒之間不易發(fā)生反應(yīng)；（3）工藝簡(jiǎn)單易操作。 噴射沉積法噴射沉積法是將基體金屬熔化后通過(guò)導(dǎo)液管流入噴槍，再用惰性氣體將其霧化，在噴射途中與另一路由惰性氣體送出的增強(qiáng)微細(xì)顆粒會(huì)合，共同沉積在有水冷襯底的平臺(tái)上，凝固成復(fù)合材料。噴射沉積法制備金屬基復(fù)合材料工藝簡(jiǎn)單快速，可以避免成分偏析和界面反應(yīng)，增強(qiáng)體的加入依靠計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制，分布均勻。 攪拌鑄造法攪拌鑄造法也叫摻和鑄造，是利用機(jī)械猛烈攪拌使液態(tài)的合金形成渦流，同時(shí)將增強(qiáng)體顆粒加入，并使顆粒均勻分布在基體中，然后使其快速凝固即可制得顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料。攪拌鑄造法工藝簡(jiǎn)單、成本低，對(duì)產(chǎn)品的尺寸、形狀限制較低，可以生產(chǎn)大體積的復(fù)合材料，但加入的增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)一般不超過(guò)20%，且易造成增強(qiáng)顆粒分布的不均勻。它是通過(guò)鑄造機(jī)將液態(tài)金屬?gòu)?qiáng)行壓入增強(qiáng)材料預(yù)制件中以制造復(fù)合材料的一種方法。擠壓鑄造法具有成本低、工藝簡(jiǎn)單、增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)可調(diào)范圍大、可以制備近凈成型產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)。但擠壓鑄造法受產(chǎn)品形狀和尺寸的影響，對(duì)大體積零件的適應(yīng)性不高，而且對(duì)模具和設(shè)備要求較高，預(yù)制件的制備技術(shù)直接影響到增強(qiáng)體顆粒在基體合金內(nèi)的分布情況，繼而對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能產(chǎn)生影響，同時(shí)擠壓壓力會(huì)損害預(yù)制件的完整性，使得其應(yīng)用受到一定的限制。4 金屬基復(fù)合材料研究現(xiàn)狀 金屬基復(fù)合材料的基本研究情況金屬基復(fù)