粉末冶金材料?MMC即metal matrix composites?具有高比強度、高比模量、耐磨、耐熱、導電、導熱、不吸潮、抗輻射、低熱膨脹係數等優良性能?並作為先進複合材料將逐步取代部分傳統的金屬材料而套用於航天航空、汽車工業、電子工業等領域?以滿足特殊場合對材料的比強度、比剛度、比模量、高溫性能、低熱膨脹係數等性能的要求。金屬基複合材料是以金屬合金為基體?以高強度第二相為增強體而製得的複合材料?它與高分子基複合材料、碳/碳複合材料、陶瓷基複合材料和納米複合材料一起構成現代複合材料體系。其品種較多?可按增強體和基體進行分類?按照增強體形狀可將複合材料分為?顆粒增強複合材料?層狀複合材料和纖維增強複合材料。從強化的機理上分?纖維增強複合材料更準確地可劃分為連續纖維增強複合材料和不連續纖維增強複合材料。按基體進行分類有?鋁基複合材料?鎳基複合材料?鈦基複合材料及銅基複合材料等。目前在金屬基複合材料中套用最廣泛的一種複合材料是鋁基複合材料。 現代科學技術對現代新型材料的強韌性?導電、導熱性?耐高溫性?耐磨性等性能都提出了越來越高的要求。與傳統的金屬材料相比?金屬基複合材料具有較高的比強度與比剛度?而與高分子基複合材料相比?它又具有優良的導電性而耐熱性?與陶瓷材料相比?它又具有較高的韌性和較高的抗衝擊性能。這些優良的性能決定了它從誕生之日起就成了新材料家庭中的重要一員。它已經在一些領域裡得到套用並且其套用領域正在逐步擴大。
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粉末冶金材料的發展
利用現代粉末冶金技術製取複合材料具有很大的優勢，因此，形形色色的現代複合材料，特別是顆粒強化複合材料，常常伴隨著現代粉末冶金技術同步發展，互為補充，互相促進。
粉末冶金材料的研究現狀
粉末冶金材料的性能不僅與基體金屬有關?也與增強的第二相的性能和數量有關?同時還與基體和增強相的界面結構有關?即與基體和增強相的界面結合力有關。因此?對金屬基複合材料的研究主要集中在以下幾個方面? (1)同金屬基體與不同種類、形態的增強材料的複合效果?複合材料的性能?
(2)增強材料的開發?包括金屬與非金屬纖維、顆粒、晶須、晶片等?
(3)增強相/基體界面最佳化的研究?包括各種金屬基複合材料的界面結構、界面穩定性、界面結合與反應、界面反應的控制等?
(4)擴大金屬基複合材料的套用領域和範圍。 金屬基複合材料研究、開發的基礎是金屬材料。輕金屬鋁、鎂、鈦及其合金由於其比強度、比模量的優勢?作為結構材料在航空航天工業中得到廣泛的套用?常作為金屬基複合材料的首選金屬基體。從國內外目前的研究和套用狀況來看?其中鋁及其合金套用最為廣泛。
粉末冶金材料的研究進展
目前套用的複合材料主要有金屬基、無機非金屬基和高分子基三大類。但是由於金屬基複合材料價格昂貴?主要用於航空航天和軍事領域?一般工業領域不多見。而由於鋁基複合材料的優良的綜合性能?使得鋁基複合材料在金屬基複合材料中套用最為廣泛。
鋁基複合材料的套用
纖維增強鋁基複合材料具有比強度和比模量高、尺寸穩定性好等一系列優異性能?但價格昂貴?目前主要用於航天領域作為太空梭、人造衛星、空間站等的結構材料。 硼纖維增強鋁基複合材料是實際套用最早的金屬基複合材料?美國和前蘇聯的太空梭中機身框架及支柱和起落拉桿等都用該材料製成。硼-鋁複合材料還用做多層半導體晶片的支座的散熱冷卻板材料?硼-鋁複合材料的導熱好?熱膨脹係數與半導體晶片非常接近?能大大減少接頭處的疲勞。硼-鋁複合材料的套用前景寬廣?可用作中子禁止材料?還可用來製造廢核燃料的運輸容器和儲存容器、可移動防護罩、控制桿、噴氣發動機風扇葉片、飛機機翼蒙皮、結構支承件、飛機垂直尾翼、飛彈構件、飛機起落部件、腳踏車架、高爾夫球桿等。 碳纖維增強鋁基複合材料具有比強度高和比剛度高?導電、導熱性好?密度低和尺寸穩定等特點。用這種材料製成的衛星拋物面天線骨架?熱膨脹系效低?導熱性好?可在較大溫度範圍內保持尺寸穩定。碳纖維增強鋁基複合材料用在飛機上?如它使用在F-15戰鬥機上?使其質量減輕20??30?。 碳化矽-鋁複合材料主要用做飛機、飛彈、發動機的高性能結構件?如飛機的Z形加強板、噴氣戰鬥機垂直尾翼平衡器和尾翼梁、飛彈彈體及垂直尾翼和汽車空調器箱。 氧化鋁纖維增強鋁基複合材料最成功的套用是用來製造柴油發動機的活塞。 非連續增強鋁基複合材料有碳化矽晶須和顆粒、氧化鋁短纖維以及矽酸鋁纖維增強鋁基複合材料。碳化矽晶須增強鋁基複合材料用於製造飛彈平衡翼和制導元件?太空飛行器的結構部件和發動機部件?戰術坦克反射鏡部件?輕型坦克履帶?汽車零件?如活塞、連桿、汽缸、活塞銷等?飛機的機身地板和新型戰鬥機尾翼平衡器。 碳化矽增強鋁基複合材料可用來製造衛星及航天用結構材料?如衛星支架、結構連線件、管材?各種型材?飛彈翼、遙控飛機翼、飛機零部件等?它還可用做汽車零部件?如驅動軸、剎車盤、發動機缸套、襯套和活塞等。 氧化鋁短纖維和矽酸鋁纖維增強鋁複合材料目前主要用於製造汽車發動機零件，如活塞鑲圈、傳動齒輪。 鋁基複合材料性能優異?可以用於多種部門?只要價格能夠接受?將有廣闊的套用前景。
