金属基复合材料研究进展及展望.docx

金属基复合材料研究进展及展望
金属基复合材料（MetalMatrixComposites，简称MMC）是指一种具有金属基体和非金属增强剂的复合材料，具有优异的力学、导热、导电等性能，近年来在航空航天、汽车、电子等领域得到广泛应用。本文将从MMC的定义、研究进展、应用现状以及未来展望等方面进行阐述。
一、MMC的定义
MMC是指由金属基体、增强剂和界面层组成的一类复合材料。其中金属基体是指常用的铝、镁等金属，而增强剂可以是碳纤维、陶瓷颗粒、纳米颗粒等非金属材料。界面层作为金属基体和增强剂之间的粘接层，能够增强二者的结合强度，同时提高整体性能。MMC的制备工艺可以采用浇铸、挤压、粉末冶金等多种方法。
二、MMC的研究进展
自上世纪60年代MMC问世以来，其研究一直处于飞速发展阶段。在增强剂的选择和制备工艺上，经历了碳化硅颗粒增强的第一代MMC，到二氧化硅颗粒增强、碳纤维增强的第二代MMC，再到近年来发展迅速的纳米颗粒增强的第三代MMC等。同时，在制备工艺上也逐渐形成了基于浇铸、挤压、粉末冶金等多种方法的复合材料制备工艺。目前，MMC领域的研究主要集中在以下几个方面：
1、增强材料的研究。在增强剂的选择方面，陶瓷颗粒、碳纳米管、纳米颗粒等工业化生产的新材料，正在引起越来越多的关注和研究。此外，通过改变增强剂的几何形状和体积分数等方法，也为开发新型增强材料提供了新思路。
2、界面层的研究。界面层一直是制约MMC应用的关键因素之一，目前已经发展出了无电解镀金、化学镀等界面处理技术。同时，还有通过增强剂表面喷涂等方法来改善界面层强度的研究。
3、表征技术的研究。表征技术包括热分析、力学性能测试、电子显微镜等方法，为MMC的性能评估和优化提供了重要手段。其中，纳米压痕技术、原子力显微镜等新的表征技术的逐步发展，为MMC性能表征和设计提供了更加精细化的手段。
4、应用领域的研究。MMC在航空航天、汽车、电子等领域的应用日益广泛。如在航空领域，MMC被广泛应用于制作发动机结构件、飞机机翼等关键部件。在汽车领域，MMC则被广泛应用于制作刹车盘、缸套等关键部件。此外，MMC还可以用于制作复合材料电路板、高速列车的钢轨等。
三、MMC的应用现状
随着MMC材料的研究不断深入，其应用领域也日益拓展。目前，MMC在航空航天、汽车、电子等领域已经得到广泛应用。
1、航空航天领域。MMC的优异力学性能、高温性能及耐腐蚀等特点，使其在航空航天领域被广泛应用。例如，美国NASA使用碳纤维增强的铝基MMC（Al-C）材料，制造火箭引擎制导部件以及发动机涡轮叶片等。
2、汽车领域。随着人们对汽车轻量化、高性能的需求不断提高，MMC在汽车领域的应用也不断增加。例如，MMC被广泛应用于刹车盘、齿轮、连接杆等汽车关键零部件。其中，14英寸的铝基MMC刹车盘比标准钢制刹车盘轻30%以上，散热性能更佳。
3、电子领域。MMC的导电性能优异，加之可热浸镀、无电解镀金等表面处理技术的拓展，使得MMC被广泛应用于电子领域。例如，MMC可以用于制作高温管壳、夹钳等电子部件。
四、MMC的未来展望
MMC具有高强度、高刚度、高温耐性、磨损耐久、低密度等优点，为其广泛应用奠定了基础。在未来，MMC仍面临以下方面的挑战。
1、提高MMC的强度和刚度，降低其延展性等力学性能的矛盾问题，需要通过合理设计增强剂的形状、改善增强剂分布，优化增强材料化学成分等多种途径来解决。
2、改善MMC的耐磨性，降低摩擦系数，提高其表面抗腐蚀性等问题。这需要研发新的增强材料、提高增强材料的加工工艺等手段。
3、降低MMC制备成本。目前MMC制备成本较高，这涉及到制备工艺、境内外原材料的价格等因素，需要综合考虑并寻找合适的解决方案。
4、加快MMC的产业化进程。MMC的应用领域广泛，但产业化程度不高。因此，推动MMC产业化化进程将成为未来发展的重要方向。
综上所述，MMC是一种前景广阔的复合材料，其研究和应用前景十分可期，但也需要通过不断研究，克服MMC的技术难点，推动其快速发展并顺利实现产业化。