金屬基復合材料檢驗方法研究現狀

李鐵

摘要：金屬基復合材料具有可設計性。由于其具有高比強度、高比剛度、低膨脹性和耐磨性等優良性能，作為一種新型的結構-功能集成材料，在衛星、空間實驗室、深空探測等航空航天領域以及大型飛機上具有重要的應用價值，應用于新一代軍用飛機、無人機等航空領域，金屬基復合材料將在中國航天發展過程中發揮越來越重要的作用。

關鍵詞：金屬基復合材料;試驗方法;研究現狀。分析

1金屬基復合材料的分類

1.1根據矩陣類型進行分類

1.1.1黑色金屬基復合材料

常見的黑色金屬基復合材料是鋼基復合材料。鋼作為最常用的功能材料，由于其熔點高、比重大、比強度小、制造工藝困難等特點，一直沒有得到廣泛的研究;然而，現代工業的快速發展迫切需要能夠在惡劣條件下正常工作的結構件，因此，改善和提高鋼基體的性能具有重要的價值;將具有高比剛度和強度的增強顆粒與鐵基體結合，可以降低基體材料的密度，提高其硬度、耐磨性和彈性模量等物理性能。

1.1.2有色金屬基底

常見的有色金屬基復合材料包括鋁基、鎂基、鈦基和鎳基復合材料。有色金屬基復合材料因其熔點低、硬度低而得到了比黑色金屬基復合材料更廣泛的應用;目前，各種高比模量、高比強度的有色金屬基復合材料廣泛應用于航空航天和汽車工業;鋁基復合材料具有鋁合金密度低、導熱性好的特點，但也具有較高的強度和剛度，且制備方法多、易于模具加工的特點，也在一定程度上降低了鋁基復合材料的制造成本;與鋁基復合材料相比，鎂基復合材料具有更輕的重量，因此可用于航空航天、航天等對質量性能有嚴格要求的高科技零部件。

1.2根據增強相形態進行分類

1.2.1連續纖維增強金屬基復合材料

連續纖維增強金屬基復合材料是一種由金屬細絲和無機纖維合成的輕質高強度材料。纖維直徑為3～150μm（晶須直徑小于1μm），長徑比大于102。連續纖維增強金屬基復合材料比其他增強類型的復合材料具有更明顯的增強效果和各向異性。連續纖維增強金屬基復合材料由于其制造工藝復雜、制造成本高，主要應用于先進科學技術領域。目前，已成功應用于金屬基合金復合材料的連續長纖維包括碳（石墨）纖維、硼纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維和不銹鋼絲等。

1.2.2不連續纖維增強金屬基復合材料

由于連續纖維增強金屬基復合材料成本較高，不適合考慮成本較高的普通工業生產。因此，生產成本較低，具有顆粒、晶須、短纖維等增強相的非連續纖維增強金屬基復合材料成為近年來研究的熱點，發展迅速。非連續纖維增強金屬基復合材料不僅具有高比剛度、比強度、高疲勞強度、高耐磨性、高抗蠕變性、低熱膨脹率等特點，而且具有各向同性。因此，可以通過改變強化階段的類型和形式或采用傳統的冷熱加工工藝來調整材料的性能，以滿足設計要求。非連續纖維增強金屬基復合材料的優異性能使其在許多結構領域成為傳統金屬材料的有力競爭者，在航空航天、汽車和民用工業的發展和應用中受到廣泛關注。其中，顆粒增強金屬基復合材料的應用最為廣泛。

1.2.3混雜增強金屬基復合材料

混雜增強金屬基復合材料（MMC）由單一增強形式組成。根據組合中所涉及的不同增強劑，它們可分為三種類型：顆粒-短纖維（或晶須）、連續纖維-顆粒和連續纖維-連續纖維。與其他單一增強復合材料相比，混雜增強相能在一定程度上提高復合材料的強度和力學性能。例如，將顆粒混合到短纖維或晶須預制件中，可以解決增強相的粘附和團聚現象，改善材料性能。除了上述常見的增強材料外，越來越多的材料被用作增強相來制備金屬基復合材料，包括石墨烯、碳納米管等納米級高科技材料，其中石墨烯金屬基復合材料取得了突破，顯示出巨大的發展潛力。

2金屬基復合材料的試驗方法

與樹脂基復合材料相比，我國金屬基復合材料的檢測方法和標準嚴重缺乏。例如，對于金屬基復合材料的主要物理和化學性能，沒有標準的測試方法。目前，對金屬基復合材料性能的測試方法大多是對金屬材料的相應測試方法，往往不能反映金屬基復合材料的真實性能。由于我國尚未建立比較完善的金屬基復合材料標準體系來指導金屬基復合材料試驗方法標準體系的修訂工作，導致金屬基復合材料標準相對于金屬基復合材料行業的發展滯后，制約了金屬基復合材料產業的可持續發展。

為了解決上述問題，2008年11月，國家工程材料標準化工作組（SWG3）在南京成立，其秘書處單位為江蘇省產品質量監督檢驗研究院。工程材料標準化工作組致力于金屬和生物基復合材料領域。國家工程材料標準化工作組成立以來，積極開展金屬基復合材料標準體系建設和短缺法標準制定工作。在國家標準委員會的大力支持下，國家質檢及公益性行業科研專項《金屬基復合材料檢驗方法及標準體系研究》（項目編號：201110223）。通過本科研項目的開發，調查金屬基復合材料標準的現狀，建立金屬基復合材料標準體系框架，制定金屬基復合材料檢驗方法標準，完善金屬基復合材料檢測方法標準體系。到目前為止，國家工程材料標準化工作組已經批準了兩項金屬基復合材料檢驗方法的國家標準，分別是《金屬基復合材料室溫拉伸試驗方法》（方案編號：20120333-T-469）和《金屬基復合材料增強體含量試驗方法圖像分析》（方案編號：20120333-T-469）20120334-T-469）。

結論

與傳統的單一金屬、陶瓷、聚合物等工程材料相比，金屬基復合材料不僅具有優異的力學性能，而且具有一些特殊性能和良好的綜合性能，其應用越來越廣泛。經過50多年的發展，隨著越來越多的金屬基復合材料的制備方法的改進和提高，金屬基復合材料的發展從基本上起步較早，因為價格昂貴且只能應用于高端行業的困境，越來越多地應用于機械，汽車和建材民用產業，顯示出廣闊的應用前景和較強的競爭力。隨著科學技術的發展，金屬基復合材料作為高性能材料領域的一支生力軍，其理論基礎和制備技術將有更大的突破，并在國民經濟的各個領域發揮重要作用。

參考文獻

[1]宋錦柱，朱宇宏，王燕，姚強.金屬基復合材料產業化及標準現狀[J].中國標準化，2013（05）：38-42.