金属基复合材料范文1
关键词：铁磁性材料； 金属线阵列； 双负材料； 多重散射方法
中图分类号：TN6134 文献标识码：A 文章编号：1004373X(2012)10015505
基金项目：国家自然科学基金项目(61001017;61071007)；
高等学校博士学科点专项科研基金项目(20100091120045;20110091110030)0 引 言
双负材料(DNM)是介电常数和磁导率同时为负数的材料，也常被称为左手材料(LeftHanded Material,LHM)，它具有一些反常的电磁性质，比如返波、逆多普勒效应、负折射率特性等［1］。自从第一个由谐振环(SplitRing Resonator,SRR)和金属线阵构成的DNM被实验验证以来［2］，DNM在基础科学和工程技术领域都成为研究热点［34］。Pendry和Smith等人的研究表明，金属线阵列能够降低复合体系的等离子体频率，在一定频段具有等效的负介电常数，而SRR结构则在其谐振频率附近具有等效的负磁导率［2］。实际上，很多天然铁磁性材料在其铁磁谐振频率附近就具有负的磁导率，通常铁磁谐振频率就在GHz量级，而且铁磁性材料还具有磁导率受外加偏置磁场调节的特点［5］，能够实现工作频段可调节的DNM。因此基于铁磁性材料的DNM受到广泛关注，国内外的一些研究小组分别通过理论和实验研究了如何应用铁氧体、铁磁性金属等铁磁性材料设计实现DNM［57］。
在Pendry有关金属细线阵列结构低频等离子体模型的基础上［2,8］，Dewar提出了一种采用磁性基体的金属线阵列结构［9］。他给出了这种复合结构的等效电磁参数在长波近似条件下的理论模型，并指出这种结构可以在一定频段实现DNM。本文基于Dewar提出的理论模型设计了一种应用铁磁性基体的二维DNM。建立了磁性基体中金属线单元结构的电磁散射模型，利用多重散射方法计算了该单元结构构成的复合体系的传输特性，并与利用近似模型计算的传输谱进行了对比，初步确认了该模型的正确性。通过全波电磁仿真结合电磁参数反演提取了该单元结构的等效电磁参数，进一步验证了长波近似模型的正确性。全波仿真了复合体系的电磁场分布，观察了反向波现象的发生，设计的复合体系在一定的频段内具有明显的DNM特性。
1 磁性基体与金属线复合结构等效电磁参数的理论模型 Dewar提出的结构如图1所示，磁性基体中插入金属细线阵列的复合结构［9］，这个结构和PendrySmith结构非常接近，只是周期结构中的背景媒质换成了本身具有负磁导率的铁磁性材料。但是，在PendrySmith结构中产生负磁导率的谐振环和产生负介电常数的金属细线之间是有一段间隙，并且在理论分析时认为它们相互之间没有耦合［2］。但是金属细线直接插入到铁磁性材料中构成的复合体系中，就必须考虑背景媒质的负磁导率对金属细线阵列结构等效负介电常数的影响［9］。因此，正如图1所示的那样，在Dewar提出的结构中，金属细线和磁性基体之间被一层磁导率大于0的介质隔离着。
图1 磁性基体（灰色区域）中金属细线
（黑色圆点）阵列复合结构单元示意图
假定金属线外包裹的介质层为自由空间，它的外径为r2，金属线半径为r，阵列周期常数为a，并且r
ε(ω) = εf(1-σeff0ωεf{i+(ωa2σeff02π)［μ0lnr2r + μf(lnar2-3 + ln 2-π/22)］} )
(1)式中：σ0是金属线的电导率；σeff0=σ0πr2/a2，εf和μf分别是磁性基体的介电常数和磁导率。很显然，磁性基体中金属线阵列结构的等效介电常数和结构的几何参数、工作频率、金属线的电导率以及磁性基体的磁导率都有关。由于r2< (2)式中：μ∞=1；μs是磁性基体的静态相对磁导率；ωr是其谐振频率；δ为阻尼因子。
假定复合结构的几何参数为：a=4 mm,r=1 μm,r2=100 μm，材料参数为：εf=3ε0，μs=35，ωr约为0.8 GHz,δ约为0.01 GHz。选用铝线作为金属细线，它的电导率约为3.82×107 s/m。图2给出的是利用式1中的模型计算得到的复合结构在3~12 GHz频带内的等效电磁参数。从图中可以看出，由于受到了磁性基体磁导率的影响，金属线阵列的等效介电常数εeff实部不再单调变化,而是在出现一个负的峰值后开始朝大于0的方向增加。
图3还给出了利用上述等效电磁参数求出等效波数keff。图中结果表明在磁性基体磁导率μf0，|Re(keff)/lm(keff)|
金属基复合材料范文2
关键词：新型金属材料；成型加工；加工技术
引言
当前，新型的金属复合材料已经得到了广泛的应用，复合型材料虽然成本与技术要求都较高，但其所具有的材料特性相较于普通的金属材料具有更高的性能优势，成为工程建设的重要材料除此之外，更多的零部件制作采用新型金属材料，也催生了很多先进的成型加工技术。那么在新时代背景下，究竞如何才能促进新型金属材料成型加工技术的发展与完善，是当前的材料工程师应该重点关们的问题。
1新型金属材料的选材原则
金属复合材料中添加增强物可使复合材料强度高，耐磨性好，但也会给对金属复合材料的二次加工增加相当的困难，而因为金属复合材料种类的不同，使得在加工方法和工艺上也会产生许多的差异。比如某些金属复合材料在复合过程中便能完成，如连续纤维曾强金属基复合材料构件，而有些却需要更多的技术手段，而这些技术的应用与实践，更是需要我们长期研究与探讨的长久性课题。
2新型金属材料成型加工的原则分析
应用于工程施工以及企业产品中的新型金属材料通常具各耐磨性良好、硬度高的特性，具各这此特性的新型金属材料能够满足工程及产品的成型与质量要求，却也为成型加工带来了定的难度通常情况下，为了保障金属材料成型加工的质量，针对小同的金属会采用小同的加工技术例如有此特殊的金属复合金属材料只有通过金属基复合材料的纤维性增强，才能实现成型加工而其他特殊的新型金属材料在进行成型加工时需要更加复杂的技术，因此，在进行一次加工-时要做到因材料的小同而采取有针对性的技术，做到具体问题具体分析，从而切实推进新型金属材料成型加工的实践进程。
3新型金属材料成型加工的技术
3.1铸造成型法
铸造成型法借鉴了现有成熟的铸造工艺，是满足第二节所述的几点要求的一种有效方法，也是一种生产复合材料零件的常用方法。但是在选择工艺方法和参数时必须对现有铸造工艺做必要的改进，因为这些熔体的黏度、流动性等特点会随着增强颗粒的加入而发生改变，高温时还会发生化学反映，如增强颗粒与金属之间的化学反应。解决办法是：在制造形状复杂的零件时，可采用砂型铸造、压铸、熔模铸造以及金属型铸造等几种方法。对于颗粒增强金属基复合材料，为了防止增强物和液态金属之间的化学反应，应该在熔化时严格控制熔化温度和保温时间。如界面反应：3SiC+4AlAl4C3+3Si时有发生，特别是对于高温时的碳化硅颗粒增强铝基复合材料，而界面反应导致的后果是其黏度增大且无法浇铸，不稳定的化学反应物会生成，材料性能也会受到影响，如：Al4C3。而铝合金复合材料在铸造过程中需要对铝熔液进行精炼和除气，常用方法是先精炼、再用变质剂进行造渣，而后除去熔体中的杂质和气体。而这些方法不能用在颗粒增强铝基复合材料中，因为材料中的颗粒会被加入精炼剂除去。
3.2挤压、模锻塑性成型法
制造短纤维、晶须、颗粒增强金属基复合材料，特别是颗粒增强铝基、镁基复合材料可以应用挤压、模锻、超塑成型等工艺方法，这种方法也是一种有效方法，这种方法能生产出组织致密，性能好的零件。在实际工程应用中，注意以下几个要点。（1）可以使用剂和模具表面涂层处理改善摩擦条件，有效的可以使挤压力降低25%～35%。金属基体中含有一定体积分数的增强物（如晶须、颗粒），大大降低了金属的塑性，变形阻力大，成型困难，坚硬的增强颗粒对模具磨损厉害。（2）适当的提高挤压温度，可提高材料的塑性，这是由于颗粒的加入会使基体金属的变形抗力增加，塑性降低，降低变形抗力，但挤压温度也不宜过高，太高的温度会导致基体合金过烧现象。（3）增强物含量的不同决定着挤压速度的不同，采用较高的挤压速度用于增强物含量低的金属基复合材料，采用较低的挤压速度用于增强物高的金属基复合材料。挤压速度不宜过高，过高的挤压速度使挤压出的型材产生严重的横向裂纹。
3.3电切割法
根据有形状的负极决定切削的几何形状是电化学机加工的常用方法，即通过正极溶解来切割材料，再基于负极与工件的间隙，冲洗残屑，这可以用某种离子电解质溶液来实现，如未溶解的纤维等。这跟传统的放电加工法（闪弧或磨蚀）有所不同，该方法是将移动的电极线浸于某种介电液流当中。切削材料可以通过工件表面上的局部高温和液体压力冲刷而实现。需探求适宜的工艺参数来进行电火花成型加工金属基复合材料。加工SiC/Al复合材料的实验，发现从单个火花的材料去除机制研究电火花，放电痕大于钢的SiC/Al，会干扰放电的SiC颗粒，复合材料上与周围熔化了的铝液滴一起脱落的未熔的SiC颗粒，而一些铝液滴被介质冲走，可以形成重铸层，松脱的SiC颗粒重新可以固化在复合材料表面上。放电线切割金属基复合材料虽然可行，增强体通常为非导体复合材料，切割一般金属材科放电效果显然差。例如增强铝基复台材料的工艺就不能沿用铝合金的切割参数，切口粗糙度与切割速度有差别，后者的某些加工表面会呈玻璃样粉状硬化。
3.4焊接法
焊接工艺是制造金属基复合材料构件时需要的一种方法，在自行车、汽车传动轴、航天飞行器中的构件。焊接熔池的黏度和流动性可能被增强物的加入有所影响影响，化学反应发生在增强物与基体金属之间，这限制了焊接速度，金属基复合材料焊接出现较大的困难。主要有以下几种方法：（1）最早用于金属基复合材料焊接的方法是熔化焊，经过热处理强化在焊后，不良影响被消除，这一影响主要是焊接热循环对焊缝及母材造成的。（2）扩散焊是使两根焊件紧密结合，在真空或保护气氛中及一定温度和压力下保持一段时间，接触面局部产生塑性变形、发生原子相互扩散而完全焊接结合的一种压焊方法。（3）将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，毛细作用填充接头间隙，并与母材相互扩散从而实现连接的一种焊接方法，但低于母材熔点的温度，钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，利用液态钎料润湿母材。（4）惯性摩擦焊需要的能量是通过待连接的两个部件之间的摩擦产生的。作为摩擦焊的一种，惯性摩擦焊主要用于至少其中有一个部件是轴对称旋转的情况。
4 结束语
新型金属材料作为种现代化的先进材料，拥有更为广泛的实际应用价值，而其所具有的高模量、高韧性以及高强度的特性使其更具生命力成型加工作为一次加工，涵盖了金属学、物理学、传热学等多个学科，这就使得在在成型加工时需要进行更加深入的、广泛的探究笔者相信，在现代科学技术迅速发展的今天，通过对新型金属材料成型加工技术的探究，能够为金属材料的广泛应用提供可能，同时为金属产业结构的调整与优化奠定基础"
参考文献
[1]刘志兵，王西彬，解丽静.难加工材料的高速切削与加工实例[J].新技术新工艺，2006（1）.
金属基复合材料范文3
1在机械制造专业上应用复合结构材料
与传统材料相比金属复合材料具有明显的优势。由金属复合材料质量轻于传统的钢铁材料，其抗性也略胜一筹。另外，金属复合材料的性能也更适用于机械制造。现阶段金属复合材料相对而言使用性能更高，现今阶段常见的金属复合材料大体分为以下四种。
1.1不锈钢复合钢板
由合金元素组成的不锈钢板决定了不锈钢板的性能差异。这些元素促成了不锈钢板在金属材料中拥有最强的耐化学腐蚀和电化学腐蚀性，有利于保障不同材质材料的原子结合率达到百分之百。同时其导热性能较好，适用于焦化设备。有利于降低运营成本提高机械使用寿命[2]。
1.2金属粒塑料复合结构材料
金属粒塑料复合结构材料能够有效改善传统金属缺少的导电和导热性，可以很大程度的降低线膨胀系数,其质量小、强度大等优势在机械设备制造中得到了很好的应用。
1.3碳纤维石墨纤维复合结构材料
这种复合结构材料的劲度、强度与重量比、比刚度较高，性和耐磨损性良好，线膨胀系数小、耐摩擦性能高，同时由于耐热性和耐腐蚀性良好的特性被广泛于高新机械制造技术之中。
1.4弥散强化复合结构材料
弥散强化复合结构材料有利于提升机械设备的耐热性和强度值。弥散强化复合结构材料广泛适用于耐热性良好的机械制造中[3]。
2复合材料在冲压模具制造上的应用
由于工作条件的差异，冲压模具对材料的要求也各有不同。这些模具材料大致可以分为冲裁模材料、冷挤压模材料、拉深模材料这三种材料的要求[4]。而在模具制造中对原材料的需求较高，必须要达到能够承受冲击、振动、拉伸、摩擦拉伸等巨大负荷的要求，能够保障在高温材料下工作。目前大多以钢材为制造冲压模具的主要制作材料，而碳素工具钢由于其性价比高，加工塑形难度小，在模具的机械制造中被广泛应用。但由于其承载能力低，对于硬度大塑性低的机械零部件制造难以适用。而金属复合材料的性能好可以有效避免零部件在工作过程中受到的强烈的磨擦和冲击。
3复合材料在机械制造上的应用
研究金属基复合材料是当代新材料技术领域中的重要内容之一。金属复合材料本身具有许多优良特性，但同时也存在着一些限制因素。不论其在航天航空领域的应用还是从当今一些小的应用范围来看，相比于普通的材料的突出优点还是在于低热膨胀系数和高疲劳极限。在机械制造的过程中想要确定原材料需要根据机械零部件的工作环境和要求来进行选择，既要避免零件在工作过程中失效的问题，又要保障延长机械的使用寿命。与传统的材料相比，金属材料的综合力学性更好，同时还具有导电、导热、耐磨、阻尼性好等特点。而且其膨胀系数几乎为零。现阶段金属复合材料性能的优越性和应用范围的广泛性优势日益突出。同时由于复合材料的可塑性强、结构功能一体化、抗疲劳断裂性能好等优越性能，在机械制造过程中逐步成为其他传统金属材料无法替代的功能和结构材料，更是促进现代机械制造业发展的重要基础。金属复合材料应用于现代化的机械设备中有利于合理的整合资源，响应国家节能减排的政策方针。金属复合材料由于其容易造型、重量轻、等优势相对而言更便于推广，方便使用和制造，其优良性能可适应机械制造工作中的恶劣环境，并有较高的抗腐蚀的作用，其在机械制造中的使用和推广深受喜爱。金属复合材料由于其造价低，已维修的特质。可有效避免机械零部件的磨损报废率，有利于带动新兴工业的发展，形成新的经济增长点。
4结语
从长远的角度看，金属复合材料在这些行业的应用不仅可以提高生产的系数，更可以降低成本，赢得更多的经济效益。金属复合材料由于其质量小、强度大弹性良好、抗化学腐蚀等优势，现已经广泛应用于机械制造领域当中。近年来我国机械制造方面针对新型金属复合材料性能的研究和运用获得了巨大的进步，金属复合材料在机械制造工业当中的运用比例也逐渐加强。在大多数大型企业的设备都开始应用金属复合材料，会使很多的轻工业从中受益，在与日俱增的激烈竞争中取得更稳定的立足之地。
参考文献
[1]杨浩瀚.金属复合材料在机械制造方面的应用前景[J].工程技术:全文版,2016(1):00252-00252.
[2]单忠德,刘丰,宋祥宇,等.一种金属复合材料零件的成形方法:,CN104550959A[P].2015.
[3]李壮苗.当代产业大发展背景下的金属爆炸复合材料的热处理研究[J].时代报告,2016(24).
金属基复合材料范文4
【关键词】材料成型；控制工程；金属材料
1机械加工成型
现在的金属材料加工成型，主要是使用机械加工，加工机械的关键部位是加工刀具，现在使用的刀具很多是金刚石成分的刀具[1]。使用这种刀具对铝基复合材料进行加工比较广泛，铝基复合材料使用金刚石刀具加工主要可以分成三种，分别是钻销形式、铣销形式和车销形式。钻销形式使用的是镶钻麻花钻头，对铝基复合材料加工，一般情况下使用B4C颗粒钻销，而且在加工的过程中还需要添加切销液，这种液体可以增加铝基复合材料的强度。铣销形式使用材料有2.0%的粘接剂，还要8.5%的端面铣刀，这样的加工方法能强化铝基复合材料。车销形式主要使用刀具是硬合金刀具，而且在使用这种加工模式中还需要添加乳化剂，使用这种液体的目的是起到冷却效果。
2挤压和锻模塑性成型
金属材料在实际成型加工时，可以在模具的表面涂抹一层润滑剂，所选用的压力成型方法里要能有效控制压力，以减小在制造时产生的摩擦系数[2]。有研究表明，使用有效压力和涂抹润滑剂，能够使加工过程中挤压压力减少至少35%。挤压力的减少能减少对模具的损伤，减少对金属塑性的削弱，还能防止金属变形中抵抗力减弱，从而有效提高成型效率。除了使用上述方法进行加工，还可以在金属基材料中增加适量的增强颗粒，降低其可塑性，增强金属材料的变形抗力，再在加工过程中增加一定的温度，使增强颗粒和金属材质加快融合，加强金属基材料的可塑性[3]。一般来说，在金属基材质中使用增强颗粒会影响挤压的速度，如果在加工的材料中使用的增强颗粒较多，加工时就要严格控制挤压速度。如果挤压速度过快，很容易造成材料成型以后便面出现横向裂纹。总之，在使用挤压和锻模塑性成型技术对金属基材质加工的过程中，不仅需要在模具上涂抹润滑剂，还需要控制加工中挤压的速度，提高相应的温度，并对这些技术严格控制，只有这样，才能够保证加工的质量。
3铸造成型
使用复合材料的加工成型技术中，最常用的一种方法就是使用铸造成型技术。实际加工过程中，对金属复合型材料添加增强颗粒以后，这样的情况下熔体粘度会有增强，同时流动性也会增强，在加上增加增强颗粒的过程中会使用熔体的方法使其融合在一起，同时因为经过高温作用会产生一些化学反应，这种时候会改变金属材质的基础性质。为了控制金属材质基本性能，在熔化金属材质过程中要对温度严格控制，同时在保温时间上也要采用严格控制方法。在高温情况下对增强颗粒的添加容易发生界面反应，比如在添加的增强颗粒是碳化硅颗粒容易出现这种现象。出现界面反应以后熔体的粘度会增强，会出现难以浇筑现象，而且还会影响到材质本质。解决问题的方法是使用精炼法，同时还要添加一定量的变质添加剂，使用这种方法在锻造成型是不适合使用在添加了增强颗粒的铝基复合材料中。
4粉末冶金成型
粉末冶金成型技术使用最为早，因此这项技术在实际经验比较丰富，该技术使用在成型制造主要是对金属基复合材料使用，还可以对颗粒复合材料零部件和制造晶须中使用。同时粉末冶金技术在后期也使用在一些尺寸较小，造型比较简单，或者是一些高精密要求的零部件生产加工中。使用粉末冶金技术加工零部件，有着很多方面的优点：（1）成型的组织细密；（2）产品加工成型以后增强相分布均衡；（3）成型以后增加相可调节；（4）界面的反应减少。随着不断对该技术的研究，现在可以把粉末冶金技术使用到更多成型加工中。比如自行车架加工，管材加工、自行车零部件加工等。使用粉末冶金技术加工的产品有着较强的耐磨性。在加工时使用该技术在汽车的产品生产，飞机零部件生产和航天器材零部件生产。
金属基复合材料范文5
“十二五”期间，国家将实施新材料重大工程项目，重点支持高强轻型合金材料、高性能钢铁材料、功能膜材料、新型动力电池材料、碳纤维复合材料、稀土功能材料等新材料。另外，新一代信息功能材料和生物医药、节能环保、绿色建材等行业材料也有望获得重大工程项目支持。
新材料“十二五”期间的发展目标为自给率达70%，重大工程项目支持的每个子行业都有望通过5―10年时间形成千亿元至万亿元产值规模。“十二五”末，新材料行业产值有望达数万亿元。
从现状来看，我国新材料产量很大，但由于技术水平相对落后，还不能称为材料强国。为突出重点，加大支持力度，推动我国新材料重点产业的快速发展，国家将继续围绕新能源、生物医药、新一代信息技术、节能环保、现代交通包括新能源汽车及航空航天等重要发展领域对新材料需求作出规划，国家将实施新材料重大工程项目，对相关材料进行重点支持。
“十二五”期间，我国新材料产业将加强创新能力建设，提高产业化水平，建设具有我国特色的新材料产业体系，打造集约化新材料产业集群和国际化大型龙头企业，努力实现关键核心技术的不断突破和提升关键材料的国产化水平，进一步开拓国际市场和增强国际竞争能力。
新材料是指已经形成的或正在发展的具有传统材料所不具有的特殊性能和特殊功能的材料，在学界被分为金属材料、无机非金属材料、有机非金属材料、复合材料四种，而在新材料“十二五”规划中被细分为特种金属功能材料、高端金属结构材料、先进高分子材料、新型无机非金属材料、高性能复合材料、前沿新材料六大类。其中，特种金属功能材料包括稀土功能材料、稀有金属功能材料、半导体材料等。高端金属结构材料包括高性能钢铁、新型轻合金等。先进高分子材料包括特种橡胶、工程塑料、功能性膜材料、高性能氟硅材料、高端涂料等。新型无机非金属材料包括先进陶瓷、特种玻璃、新型碳材料等。高性能复合材料包括树脂基复合材料、碳/碳复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料以及碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等高性能增强纤维。前沿新材料包括纳米材料、生物材料、智能材料、超导材料等。
金属基复合材料范文6
关键词： 高强高导；TiB2Cu基复合材料；研究现状；展望
中图分类号： TB331文献标识码： A
Research Situation and Prospects for High Strength and High
Electrical Conductivity TiB2Cu Matrix Composites
HE Daihua， LIU Ping， LIU Xinkuan， MA Fengcang， LI Wei，
CHEN Xiaohong， GUO Kuixuan， LIU Ting
（School of Materials Science and Engineering， University of Shanghai for
Science and Technology， Shanghai 200093， China）
Abstract： The TiB2Cu matrix composites with excellent performances of high strength and high electric conductivity have extensive application prospects.In the paper，we focus on the fabrication techniques of TiB2Cu matrix composites.The prospects for the composites are also presented.
Key words： high strength and high electric conductivity；TiB2Cu matrix composites；research situation；prospect
0前言
高强度导电材料在航空、航天、电工及电子等行业有着极为广泛的用途，如电车及电力火车架空导线、大容量触头开关、电阻焊电极、电触头、集成电路引线框架等，都需要既具有高导电导热性又具有高强度的耐热稳定性材料[1].铜基复合材料具有高耐热稳定性和高强高导的特点，克服了传统铜合金的某些不足，大大提高了使用温度范围，能较好地满足以上需求，因此，铜基复合材料近年来得到了较大的发展.
利用弥散耐热稳定性好的陶瓷粒子强化铜基体是一种很好的方法.其中TiB2陶瓷颗粒具有高熔点、高硬度、高弹性模量，耐磨性好，热膨胀系数较低和高导电导热等特性，同其他陶瓷增强材料相比，它使金属的导电率、热导率下降量较小，使得TiB2Cu基复合材料具有较高的导电率和高的软化温度，因而TiB2作为铜基增强相的研究，已成为复合材料研究领域的一大热点[23].TiB2Cu基复合材料既具有优良的导电性，又具有高的强度和优越的高温性能，被认为是极有发展潜力和应用前景的新型功能材料，已逐渐受到各国的高度重视[45].
TiB2增强铜基复合材料的力学性能，主要取决于铜基体、增强体的性能以及增强体与铜基体之间界面的特性.用于制备TiB2Cu基复合材料的传统方法，主要是非原位复合方式，即直接添加陶瓷强化粒子到熔融或粉末基体中，强化相与陶瓷金属基复合材料的合成不是同步完成.但外加的增强颗粒往往比较粗大，增强体与基体润湿性差，颗粒/基体界面反应始终是影响传统搅拌铸造和粉末冶金的技术难题[6].本文主要介绍了目前较有发展前途的、能使第二相弥散分布于基体中、甚至具有纳米级颗粒增强铜基复合材料的原位复合制备方法.
上海有色金属第34卷
第1期何代华，等：高强高导TiB2Cu基复合材料的研究现状及展望
1纳米级颗粒增强铜基复合材料的制备方法1.1机械合金化法
机械合金化法（MA）是Benjamin[7]等于20世纪60年代为解决TiB2Cu基复合材料中的浸润性问题而最先提出的，其原理是利用固态粉末直接形成合金的一种方法，后来为广大学者接受并广泛使用.
Biselli[7]等在1994年利用机械合金化法球磨Cu、Ti和B粉，经适当的热处理制取出TiB2Cu复合材料.X射线衍射和EDS分析表明，球磨粉只有加热到600℃附近才反应生成TiB2，到800℃附近反应完成.TEM观察发现，Cu5%（体积百分比）TiB2合金700℃挤压后在晶粒内部和晶界上分布有5～15 nm的TiB2粒子.球磨粉在退火初期，硬度不断增加，到600℃附近达峰值，这是由于Ti和B粉发生反应生成稳定的硼化物所致，更高温度时硬度稍有降低，但降幅很小.西安交通大学董仕节[89]等研究了烧结工艺和TiB2含量对TiB2增强铜基复合材料性能的影响.提出TiB2/Cu复合材料导电率定量计算公式如下[10]：σ=σ01-11+0.87/c（1）σ为铜基复合材料导电率，σ0为基体铜的导电率，c为TiB2体积含量.
李京徽[11]采用机械合金化方法，先球磨制备CuTiB2复合粉末，然后通过压制烧结方法制备CuTiB2复合材料.提出了机械合金化法制备CuTiB2复合材料的合理工艺是：球磨时间60 h，压制压力400 MPa，烧结温度900℃，保温时间2.5 h.
机械合金化法是在固态下实现合金化，不经过气相、液相，不受物质的蒸汽压、熔点等物理特性因素的制约，使过去用传统熔炼工艺难以实现的某些物质的合金化、远离热力学平衡的准稳态、非平衡态及新物质合成等成为可能；增强相与基体具有很好的结合性；增强相颗粒分布均匀，尺寸细小.唯一的缺点是制备过程中可能带入杂质，纯度不够高.
1.2自蔓延高温合成法
自蔓延高温合成法（SHS）是1967年由前苏联学者Merzhannov等发明的，是利用放热反应使混合体系的反应自发地持续进行，生成金属陶瓷或金属间化合物的一种方法.刘利[12]等采用自蔓延高温燃烧合成技术研究了材料体系对合成过程中产物特性（温度、燃烧速度及产物等）的影响.研究结果表明，在体系中添加一定的金属钼或铁，明显改善了体系的润湿性；钼或铁的加入使产物中金属分布更加均匀，大大降低了产物孔隙率.同时钼的加入还明显降低了晶粒尺寸.
SHS法制备金属基复合材料有生产过程简单、反应迅速、反应温度高以及易获得复杂相或亚稳定相和应用范围广等特点.但缺点是反应难以控制，产品空隙率高，难以获得高密度的产品，不能严格控制反应过程和产品的性能，所用原料往往可燃、易爆或有毒，需要采取特殊的安全措施.
1.3粉末冶金法
粉末冶金法是生产铜及铜基复合材料结构件、摩擦材料和高导电材料的重要方法[13].制备TiB2Cu一般采用直接混合法和包覆混合法制取[14].主要工艺过程包括：（1）制取复合粉末；（2）复合粉末成型；（3）复合粉末烧结.吴波[1516]等以Cu、Ti、B4C合金粉末为原料，制备了TiB2Cu复合材料，得出最佳工艺参数为：以TiB2理论生成量为5%（质量分数）配料，在800 MPa压力下对球磨后的合金粉末进行模压，在1 273℃经4.5 h保温烧结，经原位反应可获得TiB100弥散增强的铜基复合材料.试样的导电率为：20.2%IACS，硬度（HV）为161.张剑平[6]等采用粉末冶金法制备了TiB2Cu复合材料，研究了真空加热烧结和微波烧结两种不同烧结方式对该复合材料组织和性能的影响.
粉末冶金法是最早用来制造金属基复合材料的方法，虽然有很多优点，如可实现多种类型的复合，充分发挥各组分材料的特性，是一种低成本生产高性能复合材料的工艺技术.但由于基体和增强相在尺寸、形状和物理化学性能上有很多差别，提高TiB2增强相与铜基体的润湿性，提高基体与增强相之间的界面结合强度，从而提高复合材料的综合性能，将依然是TiB2Cu基复合材料的研究方向.
1.4喷射沉积法
喷射沉积法制备TiB2Cu基复合材料，主要包括传统喷射沉积法和反应喷射沉积法.传统喷射沉积法是熔炼好含反应元素的合金后再进行喷射沉积[17].此方法是在铜合金熔体内反应元素间发生化学反应生成弥散粒子，然后利用喷射沉积法使强化粒子均匀分布在铜基体内.反应喷射沉积法是利用液滴与反应气体、注入的粒子或不同合金的液滴间发生原位化学反应合成弥散强化铜合金[1819].在反应喷射沉积过程中，由于液滴的比表面积大和处在高温状态，能使反应元素间在液滴飞行过程中或在沉积后，能在铜基体内部原位合成细小的弥散强化相.喷射沉积法的优点主要是：晶粒细小，无宏观偏析、颗粒均匀分布于基体中；一次性快速复合成坯料，生产工艺简单，效率高.
2高强高导TiB2Cu基复合材料的研究展望随着复合材料技术的发展，原位复合法得到了迅速发展，该材料以其独特的优点，在高强高导电性TiB2Cu基复合材料的制备方面显示出巨大的应用潜力和良好的发展前景.高强度导电TiB2Cu基复合材料是综合性能优良的新兴材料，这类材料在现代国防和民用工业领域有着很大的应用潜力.自20世纪70年代以来，高强度导电铜基材料的开发研究一直非常活跃，除了开发出多种高强度导电铜基复合材料外，还派生和创造出许多新的制备技术，对此类材料的基础理论也开展了广泛的研究.现有的高强度导电TiB2Cu基材料的开发及制备技术还存在诸多难题，我国在这方面的研制与发达国家相比还存在较大差距.因此，借鉴国外经验，今后的研发工作主要着眼于以下几个方面：
（1） 对现有制备工艺的研究和改进.如在传统的粉末冶金法中引入由微波加热与基座辐射加热相结合的新型工艺；原位合成技术与粉末冶金技术的综合运用等，由单一的制备方法向几种工艺相复合的方向发展.
（2） TiB2增强相向超细化、纳米化方向发展.纳米增强相尺寸较小，容易聚集，所以可使纳米增强相的表面改性；TiB2纳米粒子与基体的界面相互作用机制，可优化界面结构，充分发挥界面的增强效应；纳米TiB2增强相在铜基体中更加均匀弥散地分布等是研究的热点.
（3） 增强相也由单一的TiB2颗粒向复合陶瓷颗粒方面发展.如增加TiB2和Al2O3两相颗粒进行复合增强.
（4） 充分发挥材料的设计自由性，探索高性能、低成本和容易大规模生产的TiB2Cu铜基复合材料的制备工艺，推进高强度导电材料的产业化应用，将成为今后研究的重要课题.
3结束语
基于TiB2Cu基复合材料优良的导电性、高强度和耐高温等一系列优异性能，今后围绕其导电性和强度展开研究仍是一个热点，进而简化工艺流程、降低生产成本，逐渐工业化也是今后的研究方向.特别是随着我国高铁系统的发展，TiB2Cu基复合材料的需求缺口很大，所带来的市场经济效益相当可观.
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