金屬基復合材料（Metal Matrix composites, MMCs）主要是指以金屬,、合金為基體材料,，以纖維、晶須,、顆粒等高強度材料作為增強體,，制備而成的一種復合材料。

    MMCs的常用的制備方法有：粉末冶金法,、原位生成復合法,、噴射成形法、鑄造凝固成型法等,。按照不同增強相可以分為連續(xù)纖維增強（主要有碳及石墨纖維,、碳化硅纖維、硼纖維,、氧化鋁纖維,、不銹鋼絲和鎢絲）、非連續(xù)纖維增強（包括碳化硅,、氧化鋁,、碳化硼等顆粒增強，碳化硅,、氧化鋁,、等晶須增強，氧化鋁纖維等短纖維增強）和疊層復合三類復合材料,。

上海皓越自主研發(fā)的真空燒結爐(左)和真空熱壓爐(右)

    因為引入增強相在一定程度上會改變基體材料的顯微結構和組織,，如亞結構、位錯形態(tài)和晶粒尺寸等,，從而提高和彌補了基體材料在某些性能上的缺陷,，使得MMCs具備高的比強度和比模量、耐高溫、耐腐蝕,、熱膨脹系數(shù)小,、尺寸穩(wěn)定性強、良好的導電和導熱性等優(yōu)異的物理和力學性能,。因此,，MMCs已經(jīng)取代了部分傳統(tǒng)材料，并逐漸成為國內外材料科學研究的重點領域,。 

 圖1.金屬基復合材料的應用

    銅是人類發(fā)現(xiàn)早并廣泛使用的金屬之一,，因其具有優(yōu)良的延展性,，僅次于銀的電導率,，僅次于金銀的熱導率，一直以來備受重視,。但是,，銅的力學性能(耐磨性、硬度,、強度,、抗蠕變性等)較差，限制了銅在工業(yè)和軍事等領域的應用,。在眾多MMCs中,，銅基復合材料以其優(yōu)異的導電、導熱性能,、耐腐蝕性以及良好的加工性而被廣泛關注,。從二十世紀六十年代開始，銅基復合材料的相關研究逐漸開展,，許多科學家在銅基體中加入了不同的增強體,，發(fā)現(xiàn)該復合材料既保持了銅的優(yōu)點，又彌補了銅力學性能上的不足,。時至今日,，銅基復合材料的研究已經(jīng)持續(xù)了幾十年，形成了以顆粒增強銅基復合材料,、纖維增強銅基復合材料,、晶須增強銅基復合材料三大類別。

 圖2.銅基復合材料的應用

1,、顆粒增強銅基復合材料 

    顆粒增強銅基復合材料目的是將性能優(yōu)異的顆粒均勻分散于銅基體,，提高銅基復合材料的綜合性能。顆粒增強相產(chǎn)生的釘扎作用能夠較好的阻礙位錯的運動從而增強復合材料的強度,，使銅基復合材料的力學性能,、耐磨以及高溫性能大幅提高。此外,，由于顆粒增強相的添加量很少,，不至于影響基體材料原有的物理化學特性,，因此基材料原有的高電導和熱導性能不發(fā)生明顯降低。常見的顆粒增強相主要有Al₂O₃,、WC,、TiB₂、Ti₃SiC₂等,。目前研究多是是Al₂O₃,，由于Al₂O₃增強銅基復合材料力學性能高，電導率和熱導率接近純銅,，還具備有良好的抗腐蝕和抗磨損能力,，該復合材料已進入實用化階段。WC顆粒的特點是高強度,、高硬度,、高熔點和高彈性，所以WC增強銅基復合材料也具有高的強度,、高的硬度和高的導電,、導熱等特性。TiB₂顆粒的特點是優(yōu)異的剛度,、高硬度和良好的耐磨性,，因此TiB₂增強銅基復合材料具有優(yōu)異的剛度、硬度和耐磨性,。Ti₃SiC₂是一種新型材料,，具有優(yōu)異的結構、導電和自潤滑性能,，具備金屬材料一樣的導電,、導熱、易加工特點,，同時又具備陶瓷材料輕質,、抗氧化、耐高溫特性,。所以,，Ti₃SiC₂增強銅基復合材料是一種優(yōu)良的自潤滑材料，其力學性能優(yōu)于SiC增強銅基復合材料,。

    由于兼具金屬與非金屬的綜合性能(強韌性,、耐磨性、耐熱性,、導電導熱性及耐候性),，顆粒增強銅基復合材料能廣泛適用工程要求，而且其比強度、比模量和高溫穩(wěn)定性均超過基體材料,，對航空航天等領域的發(fā)展具有重要作用,。

 2、纖維增強銅基復合材料

    纖維增強銅基復合材料是利用強度*的金屬絲或纖維(直徑3~5µm),，來增強銅基體的一種方法,，也是早應用于銅基復合材料的強化方式。由于纖維增強相具有良好的耐高溫性能,，優(yōu)異的導電,、導熱、抗疲勞特性,，以及在輻射和潮濕環(huán)境下優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性,，纖維增強銅基復合材料因其高強度、耐高溫性能被認為在航空航天,、汽車,、電子等領域有巨大的應用前景,。纖維增強銅基復合材料的性能由纖維的性能所決定,，要求纖維增強相具備高的長徑比、高的比強度,、高的比模量,、穩(wěn)定的高溫抗氧化性及良好的導電、導熱性能,。目前應該廣泛的纖維增強相主要有：B纖維,、C纖維、SiC纖維和Al₂O₃纖維等,。B纖維具有低的密度,、大的長徑比、高的彈性模量,、高的導熱性,、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性等特點；C纖維與 B 纖維相比,，除了具有低的密度,、優(yōu)異的力學性能、良好的潤滑和耐磨性外,，它的制造成本更低,；SiC纖維與B、C纖維相比而言,，除力學性能更高外,，其高溫性能更優(yōu)異，在高溫條件下抗氧化能力更強。因此SiC纖維主要用于飛機,、發(fā)動機的各種耐高溫,、高性能結構件的制造。

 3,、晶須增強銅基復合材料

    晶須增強銅基復合材料主要利于晶須增強銅基復合材料的一種方法,。微細針狀無缺陷（即生長軸上只存在一個螺旋位錯）的晶體稱為晶須；通常長徑比大于10,，橫截面積小于52×10^-5 cm^-2,，現(xiàn)在短纖維狀晶體也被視為晶須的一種。結晶時,，晶須的原子結構具有排列高度有序狀,、內部缺陷少的特點，因此晶須的強度和模量均接近完整晶界材料的理論計算值,，從而使晶須增強相成為一種力學性能優(yōu)異的增強增韌相,，可顯著提高復合材料的耐磨耐腐蝕、抗熱疲勞性,，同時可有效降低材料的膨脹系數(shù),。所以，合成晶須并且應用晶須已成為材料科學的熱點研究領域,。經(jīng)過多年的研究和開發(fā),，已經(jīng)形成了以SiC、Si₃N₄,、K₂Ti₆O₁₃,、Mg₂B₂O₅、Al₁₈B₄O₁₃,、Al2O₃,、ZnO為主，總計一百多種的晶須類型,。在所有晶須當中,，SiC晶須被譽為“晶須”，是研究和應用的重點領域,。因為SiC晶須是目前所有已合成晶須中強度,、彈性模量、抗拉強度,、耐熱溫度等性能均較高的,。與SiC相似，Si₃N₄晶須硬度稍低,，但機械加工性能較好,。后期開發(fā)出的K₂Ti₆O₁₃,、Al₁₈B₄O₁₃、Mg₂B₂O₅等晶須除性能優(yōu)異外還更加廉價,。

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