李鐵

摘要：金屬基復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性。由于其具有高比強(qiáng)度、高比剛度、低膨脹性和耐磨性等優(yōu)良性能，作為一種新型的結(jié)構(gòu)-功能集成材料，在衛(wèi)星、空間實(shí)驗(yàn)室、深空探測(cè)等航空航天領(lǐng)域以及大型飛機(jī)上具有重要的應(yīng)用價(jià)值，應(yīng)用于新一代軍用飛機(jī)、無(wú)人機(jī)等航空領(lǐng)域，金屬基復(fù)合材料將在中國(guó)航天發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

關(guān)鍵詞：金屬基復(fù)合材料;試驗(yàn)方法;研究現(xiàn)狀。分析

1金屬基復(fù)合材料的分類

1.1根據(jù)矩陣類型進(jìn)行分類

1.1.1黑色金屬基復(fù)合材料

常見的黑色金屬基復(fù)合材料是鋼基復(fù)合材料。鋼作為最常用的功能材料，由于其熔點(diǎn)高、比重大、比強(qiáng)度小、制造工藝?yán)щy等特點(diǎn)，一直沒有得到廣泛的研究;然而，現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展迫切需要能夠在惡劣條件下正常工作的結(jié)構(gòu)件，因此，改善和提高鋼基體的性能具有重要的價(jià)值;將具有高比剛度和強(qiáng)度的增強(qiáng)顆粒與鐵基體結(jié)合，可以降低基體材料的密度，提高其硬度、耐磨性和彈性模量等物理性能。

1.1.2有色金屬基底

常見的有色金屬基復(fù)合材料包括鋁基、鎂基、鈦基和鎳基復(fù)合材料。有色金屬基復(fù)合材料因其熔點(diǎn)低、硬度低而得到了比黑色金屬基復(fù)合材料更廣泛的應(yīng)用;目前，各種高比模量、高比強(qiáng)度的有色金屬基復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航空航天和汽車工業(yè);鋁基復(fù)合材料具有鋁合金密度低、導(dǎo)熱性好的特點(diǎn)，但也具有較高的強(qiáng)度和剛度，且制備方法多、易于模具加工的特點(diǎn)，也在一定程度上降低了鋁基復(fù)合材料的制造成本;與鋁基復(fù)合材料相比，鎂基復(fù)合材料具有更輕的重量，因此可用于航空航天、航天等對(duì)質(zhì)量性能有嚴(yán)格要求的高科技零部件。

1.2根據(jù)增強(qiáng)相形態(tài)進(jìn)行分類

1.2.1連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料

連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料是一種由金屬細(xì)絲和無(wú)機(jī)纖維合成的輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。纖維直徑為3～150μm（晶須直徑小于1μm），長(zhǎng)徑比大于102。連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料比其他增強(qiáng)類型的復(fù)合材料具有更明顯的增強(qiáng)效果和各向異性。連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料由于其制造工藝復(fù)雜、制造成本高，主要應(yīng)用于先進(jìn)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。目前，已成功應(yīng)用于金屬基合金復(fù)合材料的連續(xù)長(zhǎng)纖維包括碳（石墨）纖維、硼纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維和不銹鋼絲等。

1.2.2不連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料

由于連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料成本較高，不適合考慮成本較高的普通工業(yè)生產(chǎn)。因此，生產(chǎn)成本較低，具有顆粒、晶須、短纖維等增強(qiáng)相的非連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)，發(fā)展迅速。非連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料不僅具有高比剛度、比強(qiáng)度、高疲勞強(qiáng)度、高耐磨性、高抗蠕變性、低熱膨脹率等特點(diǎn)，而且具有各向同性。因此，可以通過(guò)改變強(qiáng)化階段的類型和形式或采用傳統(tǒng)的冷熱加工工藝來(lái)調(diào)整材料的性能，以滿足設(shè)計(jì)要求。非連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的優(yōu)異性能使其在許多結(jié)構(gòu)領(lǐng)域成為傳統(tǒng)金屬材料的有力競(jìng)爭(zhēng)者，在航空航天、汽車和民用工業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用中受到廣泛關(guān)注。其中，顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用最為廣泛。

1.2.3混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料

混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料（MMC）由單一增強(qiáng)形式組成。根據(jù)組合中所涉及的不同增強(qiáng)劑，它們可分為三種類型：顆粒-短纖維（或晶須）、連續(xù)纖維-顆粒和連續(xù)纖維-連續(xù)纖維。與其他單一增強(qiáng)復(fù)合材料相比，混雜增強(qiáng)相能在一定程度上提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和力學(xué)性能。例如，將顆?；旌系蕉汤w維或晶須預(yù)制件中，可以解決增強(qiáng)相的粘附和團(tuán)聚現(xiàn)象，改善材料性能。除了上述常見的增強(qiáng)材料外，越來(lái)越多的材料被用作增強(qiáng)相來(lái)制備金屬基復(fù)合材料，包括石墨烯、碳納米管等納米級(jí)高科技材料，其中石墨烯金屬基復(fù)合材料取得了突破，顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2金屬基復(fù)合材料的試驗(yàn)方法

與樹脂基復(fù)合材料相比，我國(guó)金屬基復(fù)合材料的檢測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重缺乏。例如，對(duì)于金屬基復(fù)合材料的主要物理和化學(xué)性能，沒有標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法。目前，對(duì)金屬基復(fù)合材料性能的測(cè)試方法大多是對(duì)金屬材料的相應(yīng)測(cè)試方法，往往不能反映金屬基復(fù)合材料的真實(shí)性能。由于我國(guó)尚未建立比較完善的金屬基復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)體系來(lái)指導(dǎo)金屬基復(fù)合材料試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)體系的修訂工作，導(dǎo)致金屬基復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)于金屬基復(fù)合材料行業(yè)的發(fā)展滯后，制約了金屬基復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

為了解決上述問(wèn)題，2008年11月，國(guó)家工程材料標(biāo)準(zhǔn)化工作組（SWG3）在南京成立，其秘書處單位為江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院。工程材料標(biāo)準(zhǔn)化工作組致力于金屬和生物基復(fù)合材料領(lǐng)域。國(guó)家工程材料標(biāo)準(zhǔn)化工作組成立以來(lái)，積極開展金屬基復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)和短缺法標(biāo)準(zhǔn)制定工作。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的大力支持下，國(guó)家質(zhì)檢及公益性行業(yè)科研專項(xiàng)《金屬基復(fù)合材料檢驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)體系研究》（項(xiàng)目編號(hào)：201110223）。通過(guò)本科研項(xiàng)目的開發(fā)，調(diào)查金屬基復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀，建立金屬基復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)體系框架，制定金屬基復(fù)合材料檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，完善金屬基復(fù)合材料檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)體系。到目前為止，國(guó)家工程材料標(biāo)準(zhǔn)化工作組已經(jīng)批準(zhǔn)了兩項(xiàng)金屬基復(fù)合材料檢驗(yàn)方法的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，分別是《金屬基復(fù)合材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》（方案編號(hào)：20120333-T-469）和《金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)體含量試驗(yàn)方法圖像分析》（方案編號(hào)：20120333-T-469）20120334-T-469）。

結(jié)論

與傳統(tǒng)的單一金屬、陶瓷、聚合物等工程材料相比，金屬基復(fù)合材料不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能，而且具有一些特殊性能和良好的綜合性能，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，隨著越來(lái)越多的金屬基復(fù)合材料的制備方法的改進(jìn)和提高，金屬基復(fù)合材料的發(fā)展從基本上起步較早，因?yàn)閮r(jià)格昂貴且只能應(yīng)用于高端行業(yè)的困境，越來(lái)越多地應(yīng)用于機(jī)械，汽車和建材民用產(chǎn)業(yè)，顯示出廣闊的應(yīng)用前景和較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，金屬基復(fù)合材料作為高性能材料領(lǐng)域的一支生力軍，其理論基礎(chǔ)和制備技術(shù)將有更大的突破，并在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1]宋錦柱，朱宇宏，王燕，姚強(qiáng).金屬基復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化及標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2013（05）：38-42.