金属基复合材料因而金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属巩固相人为连接成的复合材料。其巩固材料大多为无机非金属，如陶瓷、碳、石墨及硼等,也也许用金属丝。颗粒巩固金属基复合材料是金属基复合材料的一个分支，比拟于纤维态的巩固材料，颗粒态巩固体具备成本低、制备轻易、易于二次加工、各向异性小等好处。陶瓷颗粒巩固的金属基复合材料兼具了陶瓷材料的耐高温、高强度、高硬度和金属材料材料卓越的韧性，可用于攻击和磨损，高温等刻薄处境中。方今，可用于金属基复合材料的陶瓷巩固体颗粒颇多，如表1所示。

表1罕见陶瓷巩固体颗粒

在金属基复合材料的计算与制备中，基体和陶瓷巩固体颗粒的抉择都很首要。陶瓷颗粒巩固体的抉择应具备下列的前提：

（1）具备高模量、高硬度、高强度等杰出的功能；

（2）具备化学安定性；

（3）也许与金属基体之间有卓越的浸湿性，界面连接卓越；

（4）在满意上述前提下，价钱尽可能便宜。

陶瓷颗粒+基体金属的组归并非为所欲为，其浸湿性是制备复合材料须要琢磨的前提。以铁基材料罕见的颗粒巩固体为例，探索人员对SiC，TiC，TiN，SiC+TiC，SiC+TiC，TiC+TiN六种颗粒巩固铁基材料实行探索。下图1为颗粒体积分数为25%时，简朴类别及搀杂类别颗粒巩固铁基复合材料的显微布局描述。图中c、e和f可显然看出SiC，SiC+TiN和SiN+TiC颗粒巩固铁基复合材估中，部份颗粒与基体连接处有微裂纹形成，这是源于高体积分数下SiC颗粒与铁基体在烧结经过中形成了较为严峻的界面反响，致使界面微空洞毛病形成。而从a、b和d三图可发觉，TiN，TiC和TiC+TiN颗粒巩固的铁基材料，巩固颗粒显然看来，与铁基体的界面连接卓越，界面毛病相对较少，这注明关于铁基材料而言，这三种陶瓷颗粒组合也许与之较好连接。

图1颗粒体积分数为25％时，简朴类别及搀杂类别颗粒巩固铁基复合材料的显微描述，此中(a)TiN;(b)TiC;(c)SiC;(d)TiC+TiN;(e)SiC+TiC;(f)SiC+TiN

（图片原因：不同类别颗粒搀杂巩固铁基复合材料的磨损功能）

方今，国表里关于陶瓷颗粒和金属浸湿性的探索一贯在实行，不过其机理特别繁杂。除此之外，陶瓷颗粒的粒径对复合材料功效性、可加工性、功能安定等诸多方面影响很大。正常，咱们老是渴望也许取得充满小粒径的陶瓷颗粒，如许也许在不就义金属材料塑性韧性的前提下，取得巩固后的复合材料。底下以陶瓷粒径对复合材料的磨擦功能影响为例简朴注明。

图2不同粒径ATZ(纳米氧化铝巩固的氧化锆)对A铝体积磨损量及磨擦系数的影响（图片原因：不同粒径ATZ颗粒对ATZ/A复合材料磨擦磨损功能的影响）

图2是广东省产业技艺探索院探索人员对颗粒巩固铝合金磨擦机理的探索效果。事实注明，跟着陶瓷粒径的减小，复合材料磨损时的体积损失量先增大后减小，不过在2-50um时有对材料耐磨性提高特别显著，而且低粒径时材料的磨擦系数显然下降。于是，高耐磨性+低磨擦系数的ATZ/A材料特别适协做为活塞-缸套等耐磨系统。

除了陶瓷颗粒尺寸题目之外，另一个题目便是陶瓷和金属基体的搀杂及其制备工艺上。国际上保守办法是把制成颗粒以后的陶瓷，用搅拌锻造或粉末冶金办法混入金属基体中。物理办法从外往内朝金属基体里掺陶瓷的办法尽管提高了材料的强度和刚度，但塑性韧性会有一个显然的降落。

陶瓷颗粒和金属基体的灵验连接一贯是国际性困难。面临发财国度的技艺封闭，上海交通大学的团队探索出一个特别高明的办法，其制备出的陶瓷颗粒能直接到达纳米级别，于是也许深度融入金属基体材估中。方今制备的陶瓷颗粒巩固铝合金曾经胜利运用于玉阙一号、玉阙二号、风云四号上。

图3玉阙二号是我国第一个真实的空间熟练室

据知道，上海交通大学王浩伟团队躲开了国际上保守的粉末冶金等办法，而是采取了行使化学反响，往金属基体中插足反响材料，使金属基体中“成长”出陶瓷，这类办法被称为“原位自生”法。经过原位自生法，可将陶瓷颗粒尺寸由外加的几十微米立马降到纳米级，攻破了外加陶瓷铝基复合材料塑性低、加工难等运用瓶颈。

图4上海交大王浩伟教师展现纳米陶瓷铝合金材料模件

小小陶瓷颗粒，在科学家的鬼斧神工下竟犹如许大的用处。方今，陶瓷颗粒的用处仍在一贯被开掘。譬喻在气候卫星光学系统的框架机关上，这类框架机关除了须要品质轻（由于要上天）外，还须要阻挡易产生弹性变形。陶瓷材料弹塑性变形微小的特征（弹塑性变形小，韧性就不好，易于脆裂）反而成为其庞大上风，由于在离开地球几百千米的轨道上，其光学系统要探测地球上的方针，用于牢固“镜头”的框架机关哪怕产生了极褊狭的变形，均也许“失之毫厘，谬之千里”了。国内，风云四号卫星曾经采取了纳米陶瓷巩固的铝合金框架机关，其图像定位精度也许到达1像元。

小颗粒，大身手。将来，陶瓷颗粒巩固的复合材料还将有庞大前程，至于其还能在哪些范畴大展雄图，这特别值得等候。

参考文件

[1]不同类别颗粒搀杂巩固铁基复合材料的磨损功能；东北大学，曹新建，金剑锋，曹敬祎，宗亚平。

[2]不同粒径ATZ颗粒对ATZ/A复合材料磨擦磨损功能的影响；广东省产业技艺探索院材料加工探索所，王娟，郑开宏，谭俊。

[3]SiCp/Al复合材料的精湛车削工艺与刀具磨损探索；哈尔滨产业大学，刘汉中。

By：火宣

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