金屬基復(fù)合材料的特性1碳纖維增強(qiáng)金屬碳纖維主要作為耐熱、輕型結(jié)構(gòu)材料的增強(qiáng)纖維，所以對鋁、鎂基復(fù)合材料研究較多，研究認(rèn)為：只要不和碳纖維相互溶解或形成碳化物的金屬都可以作為金屬基體。碳纖維與Ni、Co等反應(yīng)性較弱，與Al反應(yīng)，為防止纖維被反應(yīng)惡化，使其充分潤濕并得到良好的結(jié)合強(qiáng)度，要對碳纖維表面涂覆。碳纖維與Cu不反應(yīng)，其復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，適宜作輕質(zhì)高彈高強(qiáng)度的電器材料。以Al為基體與碳纖維復(fù)合作為結(jié)構(gòu)材料始終受到注目。這是由于碳纖維即使在Al熔點(diǎn)以上的高溫作短時(shí)間保持時(shí)，其強(qiáng)度也不會降低，具有良好的相容性。但是，碳纖維與Al的潤濕性不好，在550℃以上碳纖維會和鋁液發(fā)生反應(yīng)，在碳纖維表面生成Al4C3，這種碳化物呈楔狀垂直于碳纖維而降低碳纖維的強(qiáng)度。對于制造和高溫使用都不利。為防止反應(yīng)，應(yīng)對碳纖維進(jìn)行表面處理。把碳纖維用Na等處理改善潤濕性，用低溫熔浸法作成Al－Si預(yù)浸線后，排列好，用熱壓法制造出C/Al－Si復(fù)合材料，具有良好的性能，其最大強(qiáng)與復(fù)合準(zhǔn)則的理論值接近。

對于高強(qiáng)度和高模量兩種碳纖維來說，高模量碳纖維由于表面活性度低而難以與Al反應(yīng)，且瀝青系碳纖維很容易石墨化，所以用瀝青系高模量碳纖維制A造C／AI復(fù)合材料較好。對碳纖維用5056Al合金等離子噴鍍后，用真空熱壓法制造出C／AI復(fù)合材抖，其強(qiáng)在450℃的溫度下也不下降，在550℃下才稍有下降。用同樣方法做出的PAN系高強(qiáng)碳纖維和Al－5％Mg的復(fù)合材料，抗拉強(qiáng)度在427℃也不下降。用等離子噴鍍對碳纖維鍍AI，然后再軋成C／Al復(fù)合材料，如果預(yù)成形帶中碳纖維列均勻整齊，可達(dá)到復(fù)合準(zhǔn)則理論值70％～80％的強(qiáng)度。

碳纖維與Mg幾乎不發(fā)生界面反應(yīng)，適于用液相法大量生產(chǎn)。2硼纖維增強(qiáng)金屬硼纖維和很多金屬都容易反應(yīng)，只是Al、Mg及其合金反應(yīng)較弱，因此它們適合于作硼纖維增強(qiáng)的基休金屬，其中研究較多的是Al合金，其次是Mg合金及Ti合金。

B/Al復(fù)合材料可用熔浸法和熱壓法制造，一般多用熱壓法或熱等靜壓法制造。

B／AI復(fù)合材料的性能與制造方法及制造工藝很有關(guān)系。當(dāng)用熔浸法制造時(shí)，其金屬液的溫度越高所得到的復(fù)合材料性能就越差，這是由于硼纖維與Al反應(yīng)加劇所致。用熱壓法制造時(shí)，在低溫低壓的工藝條件下，基體本身或纖維與基體間不能有效地結(jié)合；高溫時(shí)會因纖維與基體間反應(yīng)加劇而性能惡化，高壓又會使纖維損傷而影響性能，因此必須控制好工藝參數(shù)。制造得最好的B／Al復(fù)合材料是當(dāng)Vf＝0.7時(shí)，強(qiáng)度達(dá)2GPa。

B／AI復(fù)合材料的性能有方向性，纖維垂直方向的彈性模量相對較高，抗拉強(qiáng)度也比基材大，經(jīng)T6處理后橫向抗拉強(qiáng)度可提高1倍以上，因而方向性減小。B／AI復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度在600MPa以上，當(dāng)溫度超過623K以上疲勞強(qiáng)度才下降，在590K以下幾乎不產(chǎn)生蠕變。碳化硅纖維增強(qiáng)金屬SiC纖維比強(qiáng)度、比模量高，高溫時(shí)也保持高強(qiáng)度，是具有耐熱性、耐氧化性的纖維，它和金屬的反應(yīng)性小，潤濕性好，容易制造FRM。

用CVD法以W絲或C纖維為芯制造的SiC纖維，直徑達(dá)100～140m，但其做成的復(fù)合材料異向性比硼纖維增強(qiáng)材料還明顯，且價(jià)格昂貴，故應(yīng)用甚少。用半固化帶和Al板熱壓法制出的SiC/Al單向增強(qiáng)復(fù)合板，當(dāng)Vf在35％以下時(shí)是符合復(fù)合準(zhǔn)則的，如圖6－30所示。SiC/Al合金復(fù)合材料的強(qiáng)度與溫空的關(guān)系如圖6－31所示。當(dāng)Vf＝0．3時(shí)，其抗彎強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為硬鋁的1．8和1．3倍。將其作為結(jié)構(gòu)材料可比原來的材料重量減輕40％，且其高溫性能好，在673K的高溫下抗拉強(qiáng)度及抗彎強(qiáng)度也不下降。由圖6－32可知，SiC/Al合金的彎曲疲勞強(qiáng)度僅比鋁合金高。SiC纖維及其增強(qiáng)Al的特性如表6－7所示。Al2O3纖維增強(qiáng)金屬Al2O3纖維增強(qiáng)金屬可用預(yù)成形體熱壓法、真空鑄造法、液態(tài)模鍛法等制造。對于與金屬液幾乎不潤濕－Al2O3纖維，可用CVD法涂覆Ti－B；還可以使纖維通過Na浴浸上Na后，接著進(jìn)入金屬液做成預(yù)浸線。在Al合金中加入2％的Li，使Li與纖維反應(yīng)便于與Al潤濕。與其它纖維增強(qiáng)金屬相比，氧化鋁纖維增強(qiáng)金屬有以下特點(diǎn)。1）高溫的強(qiáng)度和彈性模量大，在500℃的高溫也穩(wěn)定。

2）由于氧化鋁的絕緣性，不產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。金屬纖維增強(qiáng)金屬金屬纖維由于其密度大，用其增強(qiáng)輕金屬（Al、Mg、Ti）時(shí)，其比強(qiáng)度、比模量要比陶瓷纖維增強(qiáng)的低。因此，W纖維、Mo纖維及不銹鋼纖維主要用于增強(qiáng)Ni合金和FeCrAlY等高熔點(diǎn)合金。用W纖維增強(qiáng)Al合金，當(dāng)Vf為0.25時(shí)可以得到1000MPa的抗拉強(qiáng)度，但其密度接近4g/cm3。用W纖維增強(qiáng)Al、Cu等多用作實(shí)驗(yàn)研究材料，作為結(jié)構(gòu)材料實(shí)用的還不多。用金屬纖維作為FRM雖有密度大的缺點(diǎn)，但可以用它來彌補(bǔ)其它FRM不足之處，作混雜復(fù)合材料。如硼纖維增強(qiáng)金屬的橫向強(qiáng)度低，故可以在橫向加入不銹鋼纖維。另外，金屬纖維還可以用來彌補(bǔ)陶瓷纖維增強(qiáng)金屬斷裂韌性不足等缺點(diǎn)。日本本田技研工業(yè)于1986年用液態(tài)擠壓鑄造法制出了不銹鋼纖維集中增強(qiáng)Al合金轎車連桿，如圖6-33所示。與以前生產(chǎn)的連仟比較，在保持同等的強(qiáng)度和剛性的條件下，重量減輕30％。晶須增強(qiáng)金屬

晶須增強(qiáng)金屬的試驗(yàn)最初采用的是Al2O3晶須，但由于其成本高，而且要使晶須在金屬基體中均勻分布較困難，因而發(fā)展得不快。當(dāng)美國用稻殼作成廉價(jià)的SiC晶須后，引起了晶須增強(qiáng)金屬研究的發(fā)展，將SiC與2024Al合金用熔浸法制成晶須隨機(jī)分布的預(yù)成形體，在480（土50）℃的溫度條件下擠壓加工得到的SiC/Al合金復(fù)合材料，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度在200℃時(shí)都不降低，彈性模量到300℃時(shí)也幾乎不變。SiC/6061Al合金T6處理復(fù)合材料與T6處理的6061Al合金比較如表6－9所示。機(jī)械性能SiC/6061Al合金（T6）6061Al合金（T6）抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度彈性模量切變模量415～585380～415103～13134～433102756926用高壓凝固鑄造法制造的SIC/Al最大抗拉強(qiáng)度與Vf的