第33卷第1期 金属学报 Vol. 33 No. I 997年1月 ACTA METALLURGICA SINICA January I 97 金属基复合材料的现状与展望 吴人洁 (上海交通大学,上海200030) 摘要本文综述了金属基复合材料的进展情况,包括其所处地位、现有品种、制备工艺、应用 情况和存在问题.报道了目前本领域的研究热点,如:界面问题,凝固过程,一些金属基复合材料 的制备科学以及原位复合工艺等方面的现状,并在此基础上展望发展前景 关键词金属基复合材料,界面原位复合 金属基复合材料在60年代末才有较快的发展,是复合材料一个新的分支,目前尚远不如 高聚物基复合材料那样成熟,但由于金属基复合材料比高聚物基复合材料耐温性有所提高,同 时具有防燃,不吸湿、高导电与导热使用时不释放气体等特点,所以仍具备发展的必要性.2) 1进展现状 金属基复合材料基本上可分为连续纤维增强、非连续体增强(包括颗粒、短纤维和晶须)和 叠层复合三类.所用的基体金属包括A,Mg,Ti等轻金属及其合金、高温合金以及金属间化 合物等,也有少量以钢、铜、锌、铅为基体.连续增强体主要有碳及石墨纤维、碳化硅纤维(包括 钨芯及碳芯化学气相沉积丝)和先驱体热解纤维、硼纤维(钨芯)、氧化铝纤维、不锈钢丝和钨丝 等,非连续增强体中短纤维常用氧化铝(含莫来石和硅酸铝)纤维,颗粒则有碳化硅、氧化铝、氧 化锆、硼化钛、碳化钛和碳化硼等,而晶须类主要为碳化硅、氧化硅以及最近开发的硼酸铝、钛 酸钾等晶须.用以上的各种基体和增强体虽可组成大量金属基复合材料的品种,但实际上只 有极少几种有应用前景,多数仍处在研究开发阶段,甚至也有不少品种目前尚看不到其应用前 景 金属基复合材料的复合工艺比高聚物基复合材料相对复杂和困难.这是由于金属熔点较 高,需要在高温下操作,同时不少金属对增强体表面的润湿性很差,甚至不润湿,加上金属在高 温下很活泼,易与多种增强体发生反应针对这些情况,目前虽然已发展出不少复合工艺(,但 各自仍存在一定的问题常用的复合工艺可分以下三类 1.1扩散粘结法 对于颗粒、晶须等增强体可以采用成熟的粉末冶金法,即把增强体与金属粉末混合后冷压 或热压烧结,也可以用热等静压的工艺.对于连续增强体则较复杂,需先将纤维进行表面涂层 以改善它与金属的润湿性并起到阻碍与金属反应的作用,再浸入液态金属制成复合丝,最后把 复合丝排列并夹入金属薄片后热压烧结.对于难熔金属则用等离子喷涂法把金属喷射在纤维 幸收稿日期:1996-06-07 本文通讯联系人:吴人洁,教授、上海(200030)上海交通大学复合材料研究所 o1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cr
金 属 学 报 ! ∀# ! ! 第 卷 第 期月 年 金属基复合材料的现状与展望 ’ 吴 人洁 上海交通大学 , 上海 摘 要 本文 综述 了金 属 基复合材料 的进 展 情况 , 包括 其所 处 地位 、 现有 品种 、 制备工艺 、 应 用 情况 和 存 在问 题 报 道 了 目前本领域 的研究 热点 , 如 界 面 问题 , 凝 固过程 , 一些 金属 基复合材料 的 制备科学以 及 原位复合工 艺等方 面 的现状 , 并在此基 础 上 展望 发展 前景 , 关键词 金 属基复合材料 , 界面 , 原位复合 金 属基复合材料在 年代末才有较快 的发展 , 是 复合材料一个新的分支 , 目前尚远不 如 高聚物基复合材料那样成熟 , 但由于金 属基复合材料比高聚物基复合材料 耐温性有所 提高 , 同 时具有防燃 、 不 吸 湿 、 高导 电与导 热 、 使用 时不释放 气体等特点 , 所 以 仍具备发展 的必 要性〔’ , 〕 进展现状 金属基复合材料基本上 可分为连 续纤 维增强 、 非连续体增强 包 括颗粒 、 短纤 维和晶须和 叠层 复合三类 所用 的基体金 属 包括 , , 等轻金属 及其合金 、 高温合金 以 及 金 属 间化 合物等 , 也有少 量以钢 、 铜 、 锌 、 铅为基体 连续增强体主 要有碳及石 墨纤维 、 碳化硅纤 维 包括 钨芯及碳 芯化学气相 沉积丝和先驱 体热解纤 维 、 硼 纤维 钨芯 、 氧化铝纤 维 、 不 锈钢丝和钨丝 等 , 非连续增强 体中短纤维常用氧化铝 含莫来石 和硅酸 铝纤 维 , 颗 粒则有碳化硅 、 氧化铝 、 氧 化错 、 硼 化钦 、 碳化钦和碳化硼 等 , 而 晶须 类主要 为碳化硅 、 氧化硅 以及 最近 开发 的硼 酸铝 、 钦 酸钾等晶须 用 以 上 的各种 基体 和增 强 体虽 可 组成大 量金 属基复 合材料 的 品种 , 但实 际上 只 有 极少 几种 有应 用前景 , 多数仍处 在研究开 发阶段 , 甚至 也有 不少 品种 目前 尚看不到 其应用 前 景 金属基复 合材料 的复 合工艺 比高聚物基复 合材 料相 对复 杂和 困难 这 是由于 金属 熔点 较 高 , 需要 在高温 下操作 , 同时不少金 属对增强体表面的润湿性很 差 , 甚 至不 润湿 , 加上 金属在高 温 下很活泼 , 易与多种增强体发生 反应 针对 这些情况 , 目前虽 然 已发展 出不少复合工 艺 〔, 〕 , 但 各 自仍存在一定 的问题 常用 的复合工艺可分以下 三类 扩散粘结法 对于颗粒 、 晶须等增强体可 以 采用 成熟的粉末冶金法 , 即把增强体与金 属粉末混合后冷压 或热压烧结 , 也可 以 用热等静压 的工艺 对 于 连续增 强 体则较 复杂 , 需 先将纤维进行表 面涂层 以 改善它与金属 的润 湿性并起到阻 碍与金属反 应 的作用 , 再浸人 液态 金属制成复合丝 , 最后把 复 合丝 排列并 夹人金 属薄 片后 热压 烧结 对 于 难熔 金属 则用 等离子 喷涂法 把金 属 喷射在 纤维 收稿 日期 一 本文通讯联系人 吴人洁 , 教授 , 上海 上 海交通大学复合材料研究 所
吴人洁:金属基复合材料的现状与展望 已排好的框架上制成复合片,再把这些片材层叠热压或热等静压成型.这类方法成本高,工艺 装备复杂,但制品质量好 1.2铸造法 用铸造法制备金属基复合材料,工艺比较简单,制品质量也较好,所以受到普遍的关 注铸造法中包括熔体搅拌铸造法、液相浸滲法和共喷射法等. 熔体搅拌法是一种简单常用的方法,分液态和半固态搅拌法两种,前者系将固态颗粒逐步 混合于处在机械搅拌下的液态金属中而半固态是利用含有一定固相的半固态熔体在高速切 应力作用下的流变行为使之粘度降低,颗粒逐步加入后,熔体中的固相可以起到阻止颗粒上浮 和下沉的作用,这种方法也称复合铸造法( Compocasting).这类方法的设备与工艺相对简单, 同时可以制成铸锭,用常规二次加工方法制成工件或型材但是制件中容易形成气孔、夹杂 增强体分布不均匀等现象而影响质量 液相浸渍法中有挤压法( Squeeze casting)和真空一压力浸渗法( Vacum- pressure infiltra- tion).这两种方法均需要把增强体制成预制件( Preform),压力浸渗法则将预制件放入模具预 热后,即将金属熔体倾亼,同时压下压头,使其在压力下浸渗,熔体凝固后即可脱模.这种方法 工艺简单,但预制件中的气体不易在凝固前排出而造成气孔与疏松,同时预制件也易发生变形 和偏移.因此,在此基础上又发展了真空-压力浸渗法4,即将预制件放入位于承压容器的模 具内,先抽真空,排出预制件内的气体,再用气压把金属熔体由通道压入模具内,使之浸渗预 制件,等其冷凝后取出.这种方法虽然需要专用设备,但是制件质量好,同时可使增强体达到 很高的体积分数 共喷射沉积法Co- "spray)是一种新复合方法,它是用隋性气体将液体金属雾化成微小 的液滴,并使之向一定方向喷射,在喷射途中与另一路由隋性气体送出的增强体微细颗粒会 合,共同喷射沉积在有水冷衬底的平台上,凝固成复合材料.这是一个较复杂的过程,与金属 的雾化情况、沉积凝固条件和增强体的送入角度等有关,过早的凝固则不能复合,而过迟的凝 固则使增强体发生上浮下沉而分布不匀这种方法的优点是工艺快速,金属的大范围偏析和 晶粒粗化可以得到抑制,避免复合材料发生界面反应,增强体分布均匀;缺点是出现原材料被 气流带走和沉积在设备器壁上等现象而损失较大,还有复合材料气孔率高以及容易出现疏松 情况 13叠层复合法 叠层式金属基复合材料系先将不同金属板用扩散结合方法复合然后采用离子溅射或分 子束外延方法交替地将不同金属或金属陶瓷薄层叠合在一起构成金属基复合材料⑥.这种复 合材料性能很好,但工艺复杂难以实用化.目前金属基复合材料的应用尚不广泛,过去主要少 量应用或试用于航空、航天及其他军用设备上,现在正努力向民用方向转移,特别是在汽车工 业上有很大的发展前景 在航天技术方面,硼纤维/铝复合材料已用于制造航天飞机中部20m长的货舱桁 架,石墨纤维/镁复合材料已作为空间动力回收系统的构件和各种卫星上的天线结构件,石 愚纤维/铝复合材料则用来制造卫星用的波导管和摄影机镜筒因为这些复合材料可以在 满足力学性能的情况下减轻重量,同时还具有低热膨胀系数性能 在航空工业方面,正试用碳化硅纤维/钛和碳化硅纤维/金属间化合物复合材料来制造 先进燃气涡轮发动机,以提高其结构稳定性6,还用碳化硅晶须/铝来制造运输机货舱地板, 如能成功则可望明显降低飞机的重量 o1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cr
期 吴 人洁 金属基复合材料的现状与展望 已排好的框架上 制 成复合片 , 再 把 这些 片材 层叠 热压 或热等静压 成型 这 类方 法成 本高 , 工艺 及装备复杂 , 但制品质量 好 铸造法 用 铸造 法 制备金 属 基 复 合材 料 , 工 艺 比较 简 单 , 制 品 质量 也 较 好 , 所 以 受 到 普遍 的关 注 铸造法中包括熔体搅拌铸造法 、 液相 浸渗法 和共喷射法等 熔体搅拌法是一 种简单常用的方 法 , 分液态 和半固态搅拌法两 种 , 前者系将固态 颗粒逐步 混 合于处在 机械 搅拌下 的液 态金 属 中 而半 固态 是利 用含 有一 定 固相 的半 固态熔体在 高速 切 应力作用下 的流变行为使之粘度降低 , 颗粒 逐步加 人后 , 熔体中的 固相可 以 起到 阻止 颗粒 上浮 和 下 沉的作用 , 这种 方法 也称 复合铸造 法 这 类方 法 的设备与工 艺相 对简单 , 同时 可 以 制成铸锭 , 用 常规二 次 加工 方 法 制成 工 件或型材 但是 制件 中容 易 形 成气孔 、 夹杂 、 增强体分布不 均匀等现象而影 响质量 液相浸 渍法 中有挤压 法 和 真空一 压力 浸 渗法 一 八 这两 种方法 均需 要把增强 体制成预 制件 , 压力浸渗法则将预 制件放人 模具预 热后 , 即将金属 熔体倾人 , 同时压 下压 头 , 使其在压力下 浸渗 , 熔体凝固后 即可 脱模 这种方法 工艺 简单 , 但预 制件中的气体不 易在凝固前排 出而造 成气孔 与疏 松 , 同时预制件也易发 生变形 和偏 移 因此 , 在此基础 上又 发展 了真空一 压力 浸 渗法 川 , 即将预 制件放人 位于承 压 容器 的模 具内 , 先抽真空 , 排 出 预制 件内的 气体 , 再用 气压把 金 属熔 体由通 道压 人模具 内 , 使之 浸 渗预 制件 , 等其冷 凝后 取 出 这 种方 法 虽 然需 要专用设 备 , 但是 制件质量 好 , 同时可 使增 强 体达到 很高的体积分数 共喷射沉 积法 。一 是 一种 新复合方法 内 , 它 是用 隋性 气体将液 体金 属雾 化成微 小 的液滴 , 并使之 向一定 方 向喷射 , 在喷 射途 中与另 一路 由隋性 气体送 出的 增强 体微 细 颗粒会 合 , 共同喷射沉积在有水冷衬底的平台上 , 凝固成复合材料 这 是一 个较复杂的过程 , 与金 属 的雾化情况 、 沉积凝 固条件和增 强体的 送人 角度等有关 , 过 早 的凝 固则不能复 合 , 而过 迟 的凝 固则使增强 体发 生 上 浮下 沉而分布不匀 这种方法 的优点是 工艺快速 , 金 属的大范围偏析和 晶粒粗化可 以 得到 抑制 , 避 免复 合材 料 发生界 面反 应 , 增强 体分布均匀 缺点是 出现原材料 被 气流带走和 沉积在设 备器壁 上等现象而损 失较 大 , 还有 复合材 料气孔 率高以 及容 易 出现疏松 情况 盛层复合法 叠层 式金 属 基复合材 料系先将不 同金属 板 用扩散结合方法 复合 , 然后 采用 离子 溅射或分 子束外延 方法交替地将不 同金属 或金 属 、 陶瓷薄层叠 合在 一起构成金 属基复合材 料旧 这种复 合材料性能很 好 , 但工艺复杂难以 实用 化 目前金属 基复合材 料 的应 用 尚不广泛 , 过 去 主要少 量应 用 或试用于 航空 、 航天及 其他军用 设 备上 , 现在正努力 向民用 方 向转移 , 特别是在汽 车工 业上 有很大的发 展前景 在 航天 技 术 方 面 , 硼 纤 维 铝 复合材 料 已 用 于 制造 航 天 飞 机 中部 长 的 货舱析 架 , 石 墨纤维 镁 复合材料已 作为空 间动力 回收系统 的构件和各种卫星上 的天线结构件 , 石 墨纤维 铝 复 合材料 则用来制造 卫星用 的波 导管 和摄影 机镜 筒 因 为这些 复 合材料可 以 在 满足力学 性能的情况 下减 轻重量 , 同时还具 有低热膨胀 系数性 能 在航空 工业方面 , 正 试用碳化硅 纤维 钦和碳化硅纤 维 金 属 间化合物复合材料来制造 先进 燃气涡 轮发 动机 , 以提高其结构 稳 定性 , 还 用碳 化硅 晶须 铝 来制造运 输机货舱地板 , 如能成功则可望 明显 降低飞机的重量
纪念《金属学报》创刊40周年专辑 卷 金属基复合材料目前最大的应用出路是在汽车工业方面,用氧化铝(包括莫来石和硅酸 铝)增强铝合金已成功地制成镶圈,用于活塞环槽及顶部,以代替现用的含镍奥氏体铸铁镶圈, 不仅耐磨性相当,而且还可以减轻重量、简化工艺和降低成本,现已小批量生产试用.另外,发 动机缸套、连杆、连杆销、刹车盘等也在试用金属基复合材料制造.如果能打开市场,将会有较 大的产量 其他方面如运动器材、自行车车架、各种型材以及装甲车履带、轻质防弹装甲等也有报道, 但不仅处于试用阶段,而且预计的产量也很小 金属基复合材料由于其制造成本高、工艺又增加了复杂性,而且也不成熟,使之与其它金 属材料相比出现价格高、质量稳定性差、使用经验少等冋题,阻碍其发展进程.然而由于它性 能的优越性和具有潜力,因此吸引了很多材料工作者致力于硏究和开发.主要是就当前已经 应用和比较有工业化发展前途的品种对其结构与性能方面进行深人研究,同时也在探索新的 复合工艺方法结果普遍发现多数金属基复合材料的增强体与基体界面上将出现合金元素的 偏析、界面反应等现象,并对复合材料性能有很大的影响.由于在界面上形成的由基体与增强 体的反应产物或基体中的合金元素富集在界面产生的金属间化合物基本上是脆性物质,在受 载时极易萌生裂纹而导致出现低应力破坏.但是适度的界面反应又有利于提高界面结合强 度,特别是对一些润湿性差的体系能够起到改善力学性能的作用.此外在加工过程中,工艺参 数的改变使复合材料的金属基体除了保留原有金属的组织结构的变化规律外,还会受到增强 体的影响,同时增强体的分布也会发生变化,特别是在凝固、时效等过程中其作用是很明显的, 从而也使复合材料的性能产生很大的影响.另一方面,由于金属基复合材料工艺尚不成熟,所 以除了研究试探新的复合途径外,对目前已较实用的复合方法也需要进行深入细致的研究,以 提高其效率和改善制品质量,这些问题都是当前研究的重点内容 2目前研究的热点及其发展情况 21金属基复合材料的界面0 金属基复合材料的界面问题一直是困扰本领域工作者的重大问题.因为金属基复合材料 的界面有三种类型,而且界面以五种不同的方式结合,所以界面区结构非常复杂.虽然多数金 属基复合材料是以界面反应的形式结合,但是反应的程度受工艺方法及温度参数的影响极大 同时由于界面区尺寸仅为纳米级,从而使分析表征工作困难很大.因此当前的研究工作是致 力于用各种先进的分析手段如高分辨透射电镜(HREM)和带有能量色散X射线谱(EDS)或 并列式能量损失谱( PEELS)的分析透射电镜(ATEM),带有电子探针或能谱的扫描电镜 (SEMⅩ射线衍射或电子衍射(XD、ED) Auger电子谱仪(AES),扩展Ⅹ射线吸收精细结构 谱( EXAFS)等方法表征界面结构.这些工作虽然已取得不少成果),例如碳/铝复合材料界 面反应产物Al4C3的生成过程及其晶体形貌,以及含铜的铝合金基体在界面上形成的CuAl2 金属间化合物形貌和界面区的位错分布等均已比较清楚、其它一些复合材料体系如 SiCw/A,SiC。/AI的界面结构研究也有较好的结果.但是迄今为止,还不能说上述方法能强 有力地表征界面结构,而经常需要用多种方法的测定结果加上科学推断才能比较清楚地了解 界面 关于金属基复合材料界面结构与性能间的关系研究也有大量的报道.研究表明,界面结 构对复合材料的性能影响极大.为了防止由于界面反应生成的脆性陶瓷产物在受力时起到萌 o1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cr
纪念《金属学报》创刊 周年专辑 卷 金 属 基复 合材 料 目前最 大 的应用 出路 是在汽 车工业 方面 〔 , , 用 氧化 铝 包括 莫来石 和硅 酸 铝增 强铝 合金 已 成功 地制 成镶 圈 , 用 于活 塞环槽及顶部 , 以 代替现用 的 含镍奥氏体铸铁镶 圈 , 不仅耐磨性相 当 , 而 民还 可 以减 轻重 量 、 简化 工艺 和降低成本 , 现 已 小批 量生 产试用 另外 , 发 动机 缸套 、 连杆 、 连杆 销 、 刹 车盘 等也 在试用 金属基 复合材 料制造 如果 能打开市 场 , 将会有 较 大的产量 其他方面 如运 动器 材 、 自行车车架 、 各种型材 以 及装甲车履 带 、 轻质 防弹装甲等也 有报道 , 但不 仅处 于试用 阶段 , 而且 预计 的产量 也很 小 金属 基复 合材 料 由于其制造 成本 高 , 工 艺 又增加 了复杂性 , 而 且 也不 成熟 , 使之 与其它 金 属材 料 相 比出现价 格 高 、 质 量 稳 定性 差 、 使用经 验 少等问题 , 阻碍 其发 展 进程 然而 由于 它 性 能 的优越 性和具有 潜 力 , 因此 吸 引 了很 多材 料工 作者致 力 于研 究 和 开发 主 要是 就 当前 已 经 应用 和 比较有工业 化发展 前 途 的品种 对其结构 与性 能方 面进 行深 入研究 , 同时也 在探索新 的 复合工 艺方法 结果 普遍 发现 多 数金 属基 复合材料 的增 强体与基 体界 面 上将出现 合金元素的 偏析 、 界面 反应 等现象 , 并对 复合材料性能有很 大的影 响 由于在 界 面上 形成 的 由基体与增强 体的反 应产物或基 体中 的合金元 素富集在 界 面产生 的金 属 间化合物基本上是 脆性物质 , 在受 载 时 极 易 萌生 裂 纹 而导 致 出现 低应 力破 坏 但是 适 度 的 界 面反 应 又有 利 于 提 高界 面结合强 度 , 特别是 对一 些 润湿 性差 的体系能够 起 到改 善力学 性 能 的作用 此 外在 加工 过程 中 , 工艺参 数 的改 变使复 合材 料 的金 属 基体 除 了保 留原有 金属 的组 织结 构 的变 化规 律外 , 还会受 到增 强 体的影 响 , 同时增 强体 的分 布也会 发生 变化 , 特别是 在凝 固 、 时效 等过 程 中其作用 是很 明显 的 , 从而也 使复合材料 的性 能产 生很 大 的影响 另一方 面 , 由于 金属 基复合材料工 艺 尚不成熟 , 所 以 除 了研究 试探新 的复 合途 径外 , 对 目前已较 实用 的复合方法也需 要进 行深人 细致 的研究 , 以 提高其效率和 改善制 品质量 , 这些 问题都是 当前研究 的 重点 内容 目前研究的 热点及其发展情况 金属基复合材料的界面 〔’ 〕 金 属 基复 合材料 的 界 面 问题一 直是 困扰 本领 域工 作者 的重 大 问题 因为金 属基复合材料 的界 面有三 种类 型 , 而 且界 面 以 五 种 不 同的方式结合 , 所 以 界 面 区 结构 非 常复杂 虽 然多 数金 属基复 合材 料 是 以界 面反 应 的形式 结 合 , 但是 反应 的程度 受 工艺方 法及 温度 参数 的影 响极 大 , 同时 由于 界 面 仄 尺 寸仅为纳 米级 , 从 而使分 析表 征 工作困难 很 大 因此 当前的研 究工 作是致 力于 用各种先进 的分析 手段 如 高分辨透 射电镜 和 带有能量 色散 射线谱 或 并列 式能量 损 失 谱 的 分析透 射 电镜 , 带有 电 子 探 针 或 能 谱的 扫 描 电镜 , 射线衍射或 电 子衍射 , 电子谱仪 , 扩展 射线吸收 精细结构 谱 等方 法 表征 界 面结构 这 些工 作虽 然 已取 得不 少成 果 〔” 〕 , 例如碳 铝 复合材 料界 面反 应 产物 的生 成 过 程 及其晶 体形 貌 , 以 及 含铜 的铝 合金基 体 在 界面 上 形成 的 金 属 间 化 合物 形 貌 和 界 面 区 的 位 错 分 布 等 均 已 比 较 清 楚 , 其 它 一 些 复 合 材 料 体 系 如 , 。 的界 面结 构研 究也 有较 好 的结 果 · 但是 迄今 为 卜 , 还不 能说上述方 法能 强 有 力 地表征界 面结构 , 而经 常需 要 用多 种方 法 的测定结 果 加 科学 推 断才 能 比较清楚 地 了解 界 面 关于 金 属 基复合材 料界 面结 构 与性 能 间 的关系研究也 有 大量 的 报道 研 究 表明 , 界 面结 构对 复合材料 的性能影 响极 大 为 了防止 由于界 面反应 生 成的脆性陶瓷产物在受力时起到萌
吴人洁:金属基复合材料的现状与展望 生裂纹源作用,不少研究工作提出各种对增强体表面作涂层处理的方法,使涂层既改善了界 面润湿性又起到反应阻挡层的作用,取得一定的效果,其中复合梯度涂层能起到良好的综合作 用(2),但这种方法工艺复杂难以大量应用,界面结合力的大小也对复合材料产生很大的影 响,因为界面有双重作用,一方面起到传递应力的作用,使增强体承担主要载荷;另一方面又 以界面脱粘和增强体的拔出来使裂纹偏移和吸收能量.因此,实验证明确实存在最佳界面结 合状态(13).然而,由于界面的复杂性,一时难以从理论上取得界面优化的判据,即便界面结合 力的测定也没有满意的方法,目前虽然已提出诸如单丝拔出法、显微单丝顶出法以及利用 般力学试验机测定短梁三点弯曲来计算层间剪切强度等方法,其数据有近数量级的差别,因此 只能作相对比较之用.另外金属基复合材料也存在着界面残余应力,它对性能亦有影响,然而 目前仅能用X射线衍射的sn法,但该方法仅能测出界面两侧一定厚度范围内的平均残余 应力而并非真正的界面残余应力在以上这些方面均留下大量的问题有待解决 22金属基复合材料的凝固过程 金属的凝固过程已经研究得比较成熟,但金属基复合材料的凝固过程由于增强体的存在 使基体金属的凝固过程变得复杂,难以套用现有的金属凝固理论实际上由于增强体的存在, 其凝固过程中的温度场和浓度场、晶体生长的热力学和动力学过程都会发生变化同时一般 凝固过程均处于非平衡条件下,因此流体的流动行为溶质的再分配规律以及凝固体的组织形 态也有相应的变化.由于这些变化均将对金属基复合材料的性能产生明显的影响,所以越来 越得到重视尽管目前的研究结果尚不多,但是已经发现许多值得深入研究的问题,而且正在 不断地扩大与深化之中.例如用铸造复合的复合材料中常会发生因浸渗不良或基体凝固收缩 而造成孔隙,已有报道可以采用两种途径来解决4:一是用定向凝固法在较大的温度梯度下 进行凝固,另一是在凝固的过程中施加较高的压力来提高体系的密度,当然这两种方法都存 在不足之处,前者的设备和工艺均复杂不易用于生产,后者又会由于压力过高而导致增强体破 坏.另外,对不同凝固条件下使基体金属晶粒尺寸改变的情况也有一些研究T作由于复合材 料中金属基复合材料的晶粒尺寸取决于形核速度及凝固过程中液态的滞留情况,形核速度受 凝固时冷却速度及增强体异相形核的作用,从而可以改变基体金属的晶粒尺寸,而液态滞留时 间长会使晶粒不断长大.因此有报道将液态金属注入处于金属熔点(或液相线)温度以下的增 强体预制件中,使金属骤遇冷增强体发生迅速热交换,从而使增强体周围凝固成一层具有细小 晶粒的固态金属对于颗粒增强金属基复合材料的研究发现,在凝固过程中,由于颗粒与基体 的液固界面的相互作用随着凝固速度的改变将出现不同的行为,即凝固速度小时复合材料中 颗粒会被液固界面推移,而凝固速度大时颗粒则被液固界面吞没,使复合材料中颗粒均匀分 布,其中存在一个临界速度作为两种行为的分界线4) 金属基复合材料凝固速度变化对其力学性能的影响因其所用的复合体系不同而异.例如 AlQO3/A356复合材料,由于A356铝合金基体含硅量较高,在凝固过程中随凝固速度的减 慢,脆性的共晶Sⅰ相尺寸增大,容易萌生裂纹而使强度降低(.另外以莫来石纤维增强 A1-Cu合金,则因凝固速度降低使-CuAl2相容易以莫来石为异质形核基底而迅速长大,这 种脆性物质同样也会使复合材料强度降低.但实验表明,以碳纤维增强AlCu合金时,则随凝 固速度的降低,碳纤维表面上生长的0-CuAl2量减少,反而使复合材料强度有所提 高( o1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cr
吴 人洁 金 属 基复合材料的现状 与展望 生裂 纹 源作用 , 不少 研 究 工 作提 出各种 对增 强体表 面作涂层处 理 的方 法 , 使涂层 既 改善了界 面润 湿性又 起到 反应 阻挡层 的作用 , 取 得一定 的效果 , 其中复合梯 度涂 层能起 到 良好的综 合作 用 〔‘“, , 但这 种 方 法工 艺 复 杂 , 难 以 大 量 应用 界面 结合力 的大 小 也对 复合材料 产 生很 大 的影 响 , 因为界 面 有双重 作用 , 一方 面起 到传递应 力的作用 , 使增强 体承担主要 载荷 另 一方面 又 以 界 面脱粘和增 强 体的拔出来 使裂 纹偏移和 吸 收能 量 因此 , 实验证明确实存在最佳界 面结 合状 态〔’〕 然而 , 由于界 面 的 复杂性 , 一时 难以从理论 上取 得界 面 优化的判 据 , 即便界 面结合 力 的 测定 也 没有 满意 的方 法 , 目前虽 然 已提 出诸 如 单丝拔出法 、 显微 单丝 顶 出法 以及 利用 一 般力学试验机 测定短 梁三 点弯曲来计 算层 间剪切强 度等方 法 , 其数据有近数量级 的差别 , 因此 只能作相对 比较 之 用 另外 金属 基复 合材 料也 存在 着界 面残 余应 力 , 它对 性能 亦有 影响 , 然 而 目前仅能 用 射线衍 射的 甲 法 , 但该 方法 仅能测 出界 面两 侧一 定厚 度范 围 内的平均 残余 应 力而 并非真 正 的界 面残 余应 力 在 以 上这 些方 面均 留下 大量 的 问题有待解 决 金属基复合材料的凝固过程 金属 的凝 固过程 已经 研究得 比较 成熟 , 但金属基 复 合材料 的凝 固过程 由于 增强 体的存在 使基 体金 属 的凝固过程 变得 复杂 , 难 以套用 现有的金 属凝固理论 实际上 由于 增强 体的存在 , 其凝 固过程 中的温 度场和 浓 度场 、 晶体生 长的热力 学 和动 力学 过 程都会 发生 变化 同时一 般 凝固过程均处 于非平衡条 件下 , 因此 流体的流动行 为 、 溶质 的再 分配 规律以及凝 固体的组织 形 态也 有相应 的 变化 由于 这 些变化 均将对 金属 基 复合材料 的性能产生 明显 的影 响 , 所 以越来 越得到 重视 尽管 目前 的研 究结 果 尚不 多 , 但是 已 经发 现许多值得深 人研 究 的问题 , 而且 正 在 不 断地扩大 与深 化之 中 例 如用 铸造复合的 复合材料 中常会 发 生 因浸渗不 良或基体凝固收缩 而造 成孔隙 , 已 有报 道 可 以 采用 两 种途 径来解决〔’ 〕 一是 用 定向凝 固法在 较大的温 度梯度下 进行凝 固 , 另一 是 在 凝 固的 过程 中施 加 较 高 的压力 来提高 体 系 的密 度 当然 这 两种 方法 都存 在不 足之处 , 前者的设备和工 艺均复杂不易用于生 产 , 后 者又会 由于 压力过高而 导致增强体破 坏 另外 , 对 不 同凝固条 件下使基 体金 属 晶粒尺 寸改 变的情况 也有一 些研究工作 由于 复合材 料中金 属基复合材料 的晶 粒尺 寸取 决于 形核 速度 及凝 固过 程 中液态 的滞 留情 况 , 形 核速度 受 凝固时冷却速度及增强 体异 相形核 的作用 , 从 而可 以改 变基 体金属 的晶粒尺寸 , 而液态滞留时 间长会 使晶粒不 断长 大 因此 有报 道将液态 金属 注人 处于 金属 熔点 或 液相 线温度 以 下 的增 强体预制件中 , 使金属骤 遇 冷增强体发生 迅速热 交换 , 从 而使增强体 周 围凝固成一层 具有 细小 晶粒 的固态金 属 对 于颗 粒增 强金 属基 复合材料 的研 究发 现 , 在凝固过 程 中 , 由于颗 粒与基体 的液固界面 的相 互作用 随着凝 固速 度 的改变 将 出现不 同 的行 为 , 即凝 固速 度小 时复合材 料 中 颗粒会被液固界 面推移 , 而 凝固速 度大时 颗粒则被液 固界 面 吞没 , 使复合材料 中颗粒均匀分 布 , 其中存在一个临界 速度作为两 种行 为的分界线 〔’ , 金属 基复 合材料凝 固速度变化 对其力 学性 能 的影 响 因其所 用 的复合体系不 同而 异 例如 复 合材料 , 由于 铝 合金 基 体含硅 量 较高 , 在 凝 固过 程 中随凝 固速 度的减 慢 , 脆性 的共 晶 相 尺 寸 增 大 , 容易 萌生 裂 纹 而 使强 度 降低 〔’ , 另 外 以莫来 石 纤 维 增 强 一 合金 , 则因凝 固速 度 降低使 一 相容易 以 莫来石为 异质形核 基底 而 迅速 长大 , 这 种脆性物质 同样 也会使复合材料 强度 降低 但实验表明 , 以碳纤 维增强 一 合金 时 , 则随凝 固 速 度 的 降 低 , 碳 纤 维 表 面 上 生 长 的 决 量 减 少 , 反 而 使 复 合 材 料 强 度 有 所 提 高〔’〕
纪念《金属学报》创刊40周年专辑 23非连续增强金属基复合材料的制备科学 非连续增强体(颗粒、短纤维、晶须)增强的金属基复合材料.由于其制造工艺较简单,价 格相对低廉,所以在汽车、纺织等民用工业中初步获得应用,特别是SC颗粒增强和硅酸铝 或莫来石)短纤维增强的复合材料现在已有一定的生产规模.对这一类金属基复合材料在制 备过程中所出现的问题必然会引起广泛重视.当前已有不少文献报道了这方面的研究工作 由于上述原因,颗粒增强金属基复合材料吸引了不少研究工作者的注意,其中用搅拌工 艺制备过程的研究较多.研究结果表明,液态搅拌与半固态搅拌各有优缺点(3.前者粘度小 流动性好,易于操作,但容易夹杂,发生界面反应和卷入气体;后者虽有工艺上的困难,且容易 造成合金元素偏析,但由于温度低而避免界面反应,同时也有利于细小颗粒的加入和分散均 匀,从而能明显提高复合材料的强度.为改善颗粒和熔体之间的润湿性,提出了对颗粒进行表 处理和改变基体合金组成等两种措施(9,另外也有不少研究致力于设计搅拌形式及桨叶 设计 用挤压铸造法制备复合材料也有很多研究,主要集中在不同温度和压力条件以及增强体 百分体积对颗粒性能的影响0.研究表明,对各种复合体系而言,置入模腔的预制件温度除了 应低于液态金属基体的液相线温度外,还应设定在最佳值上使熔体完全浸渗同时适当的压 力也是必要的,这样才能保证复合材料的质量 由于复合材料制品常用铸锭的形式出现,这将涉及二次加工问题,如挤压、模锻、轧制、旋 压等.用这些不同的方法对复合材料进行二次加工,工艺参数对制品结构性能的影响当然是 研究的目标但近来很多工作集中于研究复合材料的高温形变性能,特别是超塑性的研究以 期达到净形成型,避免出现由于复合材料中存在大量硬质的无机非金属相而带来对加工设备 或模具模口的磨损.研究表明,利用基体和增强体的热膨胀系数的巨大差异,通过热循环使界 面产生大的内应力,并与外应力共同作用下可以使复合材料发生超塑性形变,其最大形变量可 达1400%21) 另外,值得注意的是,受环境保护和资源利用意识的影响,金属基复合材料的回收再生问 题也开始出现探索研究,并正在扩大和深入.初步研究表明,颗粒增强铝基复合材料较容易进 行重熔回收,在一定周期循环下对再生材料的性能影响并不大2 24金属基复合材料的原位复合 金属基复合材料的原位复合工艺基本上能克服其它工艺中通常出现的一系列问题,如基 体与增强体浸润不良,界面反应产生脆性层,增强体分布不均匀,特别是对微小的(亚微米和纳 米级)增强体极难进行复合等,作为一种具有突破性的新工艺方法而受到普遍的重视,并广泛 开展了研究工作24.其中包括直接氧化法( DIMOS),压力浸润法( PRIMEM24)、自蔓延 法(XD1M)和在金属中已有研究基础的原位共晶生长法等这些方法虽各有特点,但具有共性 即复合材料的强度、韧性以及其他力学性能取决于原位生长的增强相本身物理性质和几何尺 寸以及显微组织形态和基体相的含量.概括言之,原位生长的增强相本身具有高强度、高刚度 和小的几何尺寸,生成态呈晶须状并有相当大的长径比,对复合材料强度和刚度的贡献就明 显.因此,研究热点必然集中在合金的配制、参与反应物质的设计、采用的工艺方法、原位反应 机理和过程的研究以及原位复合材料微结构与性能的研究等方面,并已发表了大量硏究论 文23).例如,TC-AN/A1原位复合材料系采用CN元素的混合气体直接注入Al-Ti-Mg 合金液体,在电磁和气动搅拌条件下原位反应生成的由于TC,AN本身的性能好,而TiC 又以晶须形态生成,而且AN颗粒在纳米级,因此力学性能较好,有一定发展前景26 o1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cr
纪念《金属学报》创刊 周年专辑 卷 非连续增强 金属 基复合材料的制备科学 非 连续增强 体 颗 粒 、 短 纤维 、 晶 须 增 强的 金属 基复 合材料 , 由于 其制 造 工艺 较 简单 , 价 格相 对低廉 , 所 以在汽 车 、 纺织 等 民用 工业 中初 步获得 应用 , 特别是 颗粒增 强 和 硅 酸铝 或莫来石 短纤维 增强 的复合材料现 在已 有一定的生产规模 对 这一 类金属基 复合材料在制 备过程 中所 出现 的问题必然 会引起广泛 重视 当前已 有不少 文献报道 了这方 面的研究工 作 由于上 述 原 因 , 颗粒增 强金 属基 复合材料吸 引了不少 研究工 作者的注 意 , 其中用 搅拌工 艺 制备过 程 的研 究较多 研究结果表 明 , 液 态搅拌与半固态搅 拌各有优 缺点〔’“〕 前者粘度小 , 流动 性好 , 易于 操作 , 但容易 夹杂 , 发 生 界面反 应 和卷人气体 后者虽有 工艺 上 的困难 , 且容易 造 成合金元 素偏 析 , 但 由于 温度低而 避免界 面反 应 , 同时也 有利 于 细小 颗粒 的加入 和 分散均 匀 , 从而 能 明显提高复合材 料 的强 度 为改 善颗 粒和熔 体之 间的润 湿性 , 提 出 了对 颗粒 进行表 面处 理和 改变基体合金 组 成等两种措施 ‘’”, , 另 外也有不少 研究致 力于设 计搅拌形 式及 桨叶 设计 用 挤压铸造 法制备复合材料 也有很 多研 究 , 主要集中在 不 同温度和 压力条件以 及增 强体 百 分体积对颗粒性能的影 响 〔 研 究表明 , 对各种复合体系而 言 , 置 入模腔 的预制件温度除了 应低于 液态金 属 基体 的液相线温 度外 , 还 应设定在最 佳值上使熔体完全 浸渗 同时适 当的压 力 也是 必要 的 , 这样才能保证复合材 料的质量 由于复合材料 制品常用铸锭的形 式出现 , 这将涉及 二次加工 问题 , 如挤压 、 模锻 、 轧制 、 旋 压 等 用 这 些不 同 的方 法 对复 合材料 进 行 二次 加工 , 工 艺 参数对 制 品结 构性 能 的影 响 当然是 研究 的 目标 但近 来很 多 工作集 中于研 究 复合材料 的 高温 形 变性能 , 特别是 超 塑性的研 究 以 期达 到净形 成型 , 避免出现 由于 复合材料 中存在大量硬 质的 无机 非金 属相 而带来对加工 设备 或模具模 口 的 磨损 研究 表 明 , 利用 基体和增 强体的热膨胀 系数 的 巨 大差 异 , 通 过热循环 使界 面产生大的 内应 力 , 并与外应力共同作用下 可以使复合材料发生 超塑性形 变 , 其最大形 变量可 达 , 〔 〕 另 外 , 值得 注意 的是 , 受环境保护 和 资源 利用意 识 的影 响 , 金 属基 复合材料的 回收再生 问 题也 开始出现 探索研 究 , 并正 在 扩大和深人 初步研 究表 明 , 颗粒增 强铝基复合材料较容易进 行重 熔回收 , 在一 定周期循 环下对再生 材料 的性 能影 响并不 大 〔翔 金属基复合材料的原 位复合 金属 基复合材料 的 原位复合工 艺基本上 能克服其它工 艺中通常 出现 的一 系 列 问题 , 如基 体与增 强体浸 润不 良 , 界 面反 应产 生脆性 层 , 增 强体分布不均 匀 , 特 别是 对微小 的 亚微米 和纳 米级 增强体极 难进 行 复合等 , 作为一 种具有 突破性 的新工 艺方 法 而受到普遍 的 重视 , 并广泛 开展 了研究 工作 〔 其中包括直接氧化法 、 无 压力浸润 法 〔川 、 自蔓延 法 和在金 属 中已 有研究基 础 的原位 共晶 生长法 等 这 些方 法虽 各有 特点 , 但具有共性 , 即复合材 料的强 度 、 韧性 以及其他力学性能取决于原位生 长的增强 相本身物理性质和 几何尺 寸以及 显 微组 织 形态 和基体相 的含 量 概括 言之 , 原位生 长的增 强相 本身具有高强度 、 高刚 度 和 小 的几 何尺 寸 , 生 成 态 呈 晶须 状并有 相 当大的 长径 比 , 对复 合材料强度和 刚度 的贡献就 明 显 因此 , 研究热 点 必然 集中在 合金的 配制 、 参与反应 物质 的设 计 、 采用 的工艺方法 、 原位反应 机理和 过 程 的研究 以 及原 位 复 合 材 料 微结 构 与 性 能 的研 究 等方 面 , 并 已 发 表 了大 量 研究 论 文 〕 例如 , 一 原位复合材 料 系采用 , 元 素的混合气体直接注 人 一 一 合金液体 , 在 电磁和 气动搅拌条件下 原 位反应 生 成的 由于 , 本身的性 能好 , 而 又 以 晶须形态 生成 , 而且 颗粒在纳 米级 , 因此 力学 性能 较好 , 有一定 发展前景 〔
吴人洁:金属基复合材料的现状与展望 3金属基复合材料发展前景预测 综上所述,金属基复合材料要在未来取得进一步的发展,并列入规模生产品种的行列,还 有一段艰难的路程,但是由于它性能优势的存在,是有明确发展前景的,这就需要广大材料研 究工作者进行深入细致的基础研究,探索新的工艺方法并开拓新的有针对性的应用范 围 在界面研究方面,应致力于发展更有力的分析手段,在对界面结构认识清楚的基础上进 行界面优化设计,克服金属基复合材料突出的界面问题,并力求研究结果有助于改善生产应用 问题,其他基础性问题如凝固过程的研究等也应围绕生产实际过程,提出有效的措施,这样才 真正起到促进金属基复合材料的迅速发展的作用 就当前的实际情况来看,颗粒和短纤维增强的复合材料是有生命力的,并已在汽车工业 等方面初步获得应用.但是其制备科学上尚留下大量问题有待解决.例如熔体浸润过程中的 流变学问题铸造过程中气体吸附、脱附过程,增强体均匀分布与温度场、应力场、塑性流动场 以及两相体积分数的关系,二次加工和超塑性加工过程中增强体与基体之间的相互作用行 为,以及微结构的变化等都是需要研究的问题 此外需要指出的是,原位复合是有发展有前途的,但是,目前在原位反应时,除了所预计 生成的增强体外,仍不免其他副反应夹杂物存在、同时对增强体的体积分数也难以精确控制 因而影响材料质量稳定性.这些都是急待解决的问题 相信经过艰苦的努力,在不远的将来,金属基复合材料作为复合材料的一个分支,会有举 足轻重的地位,并在众多材料行列中占有一席之地 参考文献 吴人洁.复合材料学报,1987:4: 2 Kelly A Composites Sci Technol. 1989: 23: 17 3 Lai S w, Chung DD L J Mater Sci. 1994: 29: 3128 4 AJ Cook. Mater Sci Eng, 1991: A144 W, Lavernia e j JOM, 1991 8:16 6 Helmersson U, et al.J App! Phys, 1987: 62: 481 7 Aronson B Machine Design, 1985: 8: 68 8 Marsaden K. Metals, 1985: 6. 59 9 Allison J E, Cole G S JOM. 1993: 45:19 10吴人洁,李鹏兴.见:李恒德.肖纪美主编,材料的表面与界面,北京:清华大学出版社,1990 l1储双杰,吴人洁.电子显微学报,1996,待发表 12王浩伟,储双杰,张国定,吴人洁.机械工程学报,1996;31(1):97 13 WuR J. Proceedings of ICCM 6& ECCM-2, 1987: 2: 128 14 Fulcunaga H Komatsu S, Kanoh Y. Bull Jpn Soc Mech Eng, 1983: 26: 1814 15 Stefanesu D M, Dhindars b K, et al. Metall Trans, 1988;19A: 2847 16储双杰,金瑞,王浩伟,吴人洁,赵昌正.有色金属,1996,待发表 o1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cr
吴人 洁 金属基复合材料的现状 与展望 金属 基复合材 料发展前景预 测 综上 所述 , 金属 基复合材料 要在 未来取得 进一 步的发展 , 并列人 规模生产 品种的行列 , 还 有一 段艰难的路程 , 但是 由于它 性 能优势的 存在 , 是有明确发 展前景的 , 这 就需要广大材料研 究工 作者 进 行 深 人 细 致 的 基 础 研 究 , 探 索新 的工 艺 方 法 并 开 拓 新 的 有针 对性 的 应 用 范 围 在界 面 研究 方 面 , 应 致 力 于 发展 更 有力 的分 析 手段 , 在 对 界 面结构认识清楚 的基础上 进 行界 面优化 设计 , 克服 金属 基复 合材 料突 出的界 面问题 , 并力求研究结果 有助于 改善生产应 用 问题 , 其他基 础性问 题如 凝 固过 程 的研究 等也应 围绕生 产 实际 过程 , 提出有效的 措施 , 这样 才 真正起到促进 金 属基复合材料的迅速 发展 的作用 就 当 前的实际 情况来看 , 颗粒 和 短纤 维增 强 的复合材料 是 有 生命力的 , 并 已在 汽车工 业 等方面初 步获得应 用 但是 其制备科 学 仁尚留下大 量 问题有待解决 例如熔体浸润 过程 中的 流 变学 问题 , 铸造 过程 中气体吸 附 、 脱附过 程 , 增强 体均 匀分布与温 度场 、 应力场 、 塑性流动场 以 及 两相 体积 分数 的关 系 , 二 次 加工 和 超 塑 性 加工 过 程 中增 强 体与基 体之 间 的相 互 作用 行 为 , 以 及微 结构 的变化 等都是需要 研究 的 问题 此外需 要 指 出的是 , 原位复 合是 有 发展有 前 途 的 , 但是 , 目前 在原 位反 应 时 , 除了所预计 生成的增 强 体外 , 仍不免 其他 副 反应 夹杂 物存在 , 同时 对增 强体的体积分 数也 难 以精确控制 , 因而 影响材料质量 稳定性 这些都是急 待解决的 问题 相信经过 艰 苦的努 力 , 在 不远 的将 来 , 金属 基复 合材 料作 为复 合材 料 的一个 分支 , 会有举 足轻重 的地位 , 并在众多材料 行列 中 占有一席之地 参 考 文 献 吴人洁 复合材料学报 , ! , , ! ∀ # # ∃ % & ∋ ()∗) + 〔 · 1 1 9 9 4 : 2 9 : 3 1 2 8 A J C o o k . M a r e r S c i En g , 1 9 9 1 ; A 1 4 4 Y u e W , L a v e r n i a E J . J O M , 1 9 9 1 ; 8 : 1 6 H e l m e r s s o n U , e t a l . J A PI p h 夕s , 1 9 8 7 ; 6 2 : 4 5 - A r o n s o n R B . M a c h in e D e s ig n , 1 9 8 5 ; 8 : 6 8 M a r s a d e n K . J M e r a ls , 1 9 8 5 ; 6 : 5 9 A l l i s o n J E , C o l e G 5 . J O M , 1 9 9 3 ; 4 5 : 1 9 吴人洁 , 李鹏兴 . 见 :李恒德 , 肖纪美主 编 , 材料的表面 与界 面 , 北京 :清华大学 出版社 , 1 9 90 储 双杰 , 吴人洁 . 电子显微学报 , 1 9 96 , 待发表 王浩伟 , 储 双杰 , 张国定 , 吴人洁 . 机械工程学报 , 1 9 9 6; 3 1 ( l) : 97 W u R J . P r o e e e d i 月9 5 of I C C M 石 凌 百C C M 一2 , 1 9 8 7 ; 2 : 1 2 8 F u l c u n a g a H , K o m a t s u S , K a n o h Y . B u l ‘ IP n So e M e e h E 儿g , 1 9 8 3 ; 2 6 : 1 8 1 4 S t e fa n e s u D M , D h i n d a r s B K , e t a l . M e r a l Tr a n s , 1 9 8 8 ; 1 9 A : 2 8 4 7 储双杰 , 金 瑞 , 王浩伟 , 吴人洁 , 赵 昌正 . 有色金属 , 1 9 96 , 待发表
纪念《金属学报》创刊40周年专辑 17储双杰,吴人洁.金属学报,待发表 18 Stefanescu D M. Key Eng Mater, 1993: 79-80: 74 19谢国宏.材料工程,1994;(12):5 20 Clyne T W, Bader M G. Proc of International Conference on Composite Materials, TMS-ALME 1985:755 21 Doncel GG, Karmarker S D, Divecha A P, Sherby O D. Composite Sci Tech 1989: 35: 105 Schuster D M.JOM, 1993: 45: 26 23 Newkirk M S, Ukgnhart A W.J Mater Res, 1986: 1 81 24 Denillmnscat T, Robin A L Metall Trans, 1994: 25A: 2357 25 Clear T D, Johnson WB Ceram Eng Sci Proc, 1989: 10: 7 6崔春翔,吴人洁.金属学报,1996;32:10 THE PRESENT CONDITION AND PROSPECTS ON METAL MATRIX COMPOSITES WU Renjie(Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030) (Manuscript received 1996-06-07 ABSTRACt This article presents a review on the development condition of metal matrix composites(MMCs), includes its recent situations, varieties, production techniques, applica- tions and existent problems. Some researching topics with great demand such as interface structure and behaviours, solidification, manufacturing science on some popular varieties of MMC and in situ technologies are also involved. On the base of these situations, a future de velopment view is prospected KEY WORDS metal matrix composites, interface, in situ composites Correspondent: WU Renjie, professor, Department of Meterials Science, Shanghai Jiaotong University shanghai 200030 o1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cr
纪念《金属学报》创刊 4 0 周年专辑 33 卷 储双杰 , 吴人 洁 . 金属学报 , 待发表 S te fa n eseu D M . 犬泛厂D 啥 材口 te r , 1 9 9 3 ; 7 9 一8 0 : 7 4 谢国宏 . 材料 工程 , 1 9 9 4 ; ( 1 2 ) : 5 C l y n e T W , B a d e r M G . P r o e of In r e rn a r to n a l C o nfe r e n e e o n C o 玲诬P o s i re M a t e r i a ls , T M S 一A L M E 19 8 5 : 7 5 5 D o n ce l G G , K a rm a r k e r S D , D i v e c h a A P , S h e r b y 0 D . C o m P o s i r e S e i Te e h , 1 9 8 9 ; 3 5 : 1 0 5 S e h u s t e r D M . 了口M , 1 9 9 3 ; 4 5 : 2 6 N e w k i r k M S , U k g n h a r t A W . J M a t e r R e s , 1 9 8 6 ; l : 8 1 D e n i l l m n s e a t T , R o b i n A L . M e r a l Tr a n s , 1 9 9 4 : 2 5 A : 2 3 5 7 C l e a r T D , J o h n s o n W B . Ce ra m En g S c i Pr o e , 1 9 8 9 ; 1 0 : 7 崔春翔 , 吴人洁 . 金属学报 , 1 9 9 6 ; 32 : 1 01 , 矛 只n,n , ,且1 1‘且 l , , 4 I子 6 ,‘乙, ,‘ T H E P R E S E N T C O N D I T I O N A N D P R O S P E C T S O N 入厦E T A L M A T R I X C O M P O S IT E S 牙U R e nj l’e (Sh a馆h ai jia oto馆 Un ivers ily , Sh a 馆h aiZ0003O) (M anuseriP treeeived 1996一0 6 一0 7 ) A B S T R A C T T h i s a r ti e l e P re se n t s a r e v i e w o n th e d e v e l o P m e n t e o n d iti o n o f m e t a l m a t r i x co m P o s ite s (M M C s ) , i n c l u d e s i t s re e e n t s i t u a t i o n s , v a r i e t i e s , p r o d u c t i o n t e c h n i q u e s , a p p l i c a - t i o n s a n d e x i s t e n t P r o b l e m s . S o m e r e s e a r c h i n g t o P i c s w i t h g r e a t d e m a n d s u c h a s i n t e rfa e e s t ru e t u r e a n d b e h a v i o u r s , s o l i d i fi e a t i o n , m a n u fa c t u r i n g s e i e n e e o n s o m e P o P u l a r v a ri e t i e s o f M M C a n d in s i t u t e c h n o l o g i e s a r e a l s o i n v o l v e d . O n t h e b a s e o f t h e s e s i t u a t i o n s , a fu t u r e d e - v e l o P m e n t v i e w 1 5 P r o s P e c t e d . K E Y W O R D S m e t a l m a t ri x e o m P o s i t e s , i n t e r fa c e , in s i r u c o m P o s i t e s n de n r / 砰U R enj ie , P r ofe s o r , D e Pa r r 用en t of M eleria ls Sc ie nce Sh a ng h a i J iao ro ng Un ivers ity , Sh a ng h a i 2 0 0 0 了0
