（精選）金屬基復(fù)合材料

1、1、復(fù)合材料的定義和分類是什么？ 定義：是由兩種或多種不同類型、不同性質(zhì)、不同相材料，運(yùn)用適當(dāng)?shù)姆椒?，將其組合成具有整體結(jié)構(gòu)、性能優(yōu)異的一類新型材料體系。 分類：按用途可分為：功能復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料占了絕大多數(shù)。       按基體材料類型分類可分為：聚合物基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、無機(jī)非金屬基復(fù)合材料（包括陶瓷基復(fù)合材料、水泥基復(fù)合材料、玻璃基復(fù)合材料）       按增強(qiáng)材料形態(tài)可分為：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（包括連續(xù)

2、纖維和不連續(xù)纖維）、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、片材增強(qiáng)復(fù)合材料、層疊式復(fù)合材料。 3、金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)體的特性及分類有哪些？ 增強(qiáng)物是金屬基復(fù)合材料的重要組成部分，具有以下特性：1）能明顯提高金屬基體某種所需特性 ：高的比強(qiáng)度、比模量、高導(dǎo)熱性、耐熱性、耐磨性、低熱膨脹性等，以便賦予金屬基體某種所需的特性和綜合性能；2）具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性：在金屬基復(fù)合材料制備和使用過程中其組織結(jié)構(gòu)和性能不發(fā)生明顯的變化和退化；3）有良好的浸潤性：與金屬有良好的浸潤性，或通過表面處理能與金屬良好浸潤，基體良好復(fù)合和分布均勻。此外，增強(qiáng)物的成本也是應(yīng)考慮的一個(gè)重要因素。  分類

3、：纖維類增強(qiáng)體（如：連續(xù)長纖維、短纖維）、顆粒類增強(qiáng)體、晶須類增強(qiáng)體、其它增強(qiáng)體(如：金屬絲)。 4、金屬基復(fù)合材料基體的選擇原則有哪些？    1）、 金屬基復(fù)合材料的使用要求；2）、金屬基復(fù)合材料組成的特點(diǎn)；3）、基體金屬與增強(qiáng)物的相容性。 5、金屬基復(fù)合材料如何設(shè)計(jì)？ 復(fù)合材料設(shè)計(jì)問題要求確定增強(qiáng)體的幾何特征（連續(xù)纖維、顆粒等）、基體材料、增強(qiáng)材料和增強(qiáng)體的微觀結(jié)構(gòu)以及增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)。一般來說，復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大體上可分為如下步驟 ：1）對(duì)環(huán)境與負(fù)載的要求： 機(jī)械負(fù)載 、熱應(yīng)

4、力 、潮濕環(huán)境  2）選擇材料： 基體材料 、增強(qiáng)材料 、幾何形狀  3）成型方法、工藝 、過程優(yōu)化設(shè)計(jì)  4）復(fù)合材料響應(yīng)： 應(yīng)力場(chǎng) 、溫度場(chǎng)等 、設(shè)計(jì)變量優(yōu)化  5）損傷及破壞分析： 強(qiáng)度準(zhǔn)則 、損傷機(jī)理 、破壞過程 6、金屬基復(fù)合材料制造中的關(guān)鍵技術(shù)問題有哪些？     1）加工溫度高，在高溫下易發(fā)生不利的化學(xué)反應(yīng)。在加工過程中，為了確?；w

5、的浸潤性和流動(dòng)性，需要采用很高的加工溫度（往往接近或高于基體的熔點(diǎn)）。在高溫下，基體與增強(qiáng)材料易發(fā)生界面反應(yīng)，有時(shí)會(huì)發(fā)生氧化生成有害的反應(yīng)產(chǎn)物。這些反應(yīng)往往會(huì)對(duì)增強(qiáng)材料造成損害，形成過強(qiáng)結(jié)合界面。過強(qiáng)結(jié)合界面會(huì)使材料產(chǎn)生早期低應(yīng)力破壞。高溫下反應(yīng)產(chǎn)物通常呈脆性，會(huì)成為復(fù)合材料整體破壞的裂紋源。因此控制復(fù)合材料的加工溫度是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。 2）增強(qiáng)材料與基體浸潤性差是金屬基復(fù)合材料制造的又一關(guān)鍵技術(shù)，絕大多數(shù)的金屬基復(fù)合材料如：碳/鋁、碳/鎂、碳化硅/鋁、氧化鋁/銅等，基體對(duì)增強(qiáng)材料浸潤性差，有時(shí)根本不發(fā)生潤濕現(xiàn)象。  3）按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求，使增強(qiáng)材料按所需方向均勻地分

6、布于基體中也是金屬基復(fù)合材料制造中的關(guān)鍵技術(shù)之一。增強(qiáng)材料的種類較多，如短纖維、晶須、顆粒等，也有直徑較粗的單絲，直徑較細(xì)的纖維束等。在尺寸形態(tài)、理化性能上也有很大差異，使其均勻地、或按設(shè)計(jì)強(qiáng)度的需要分布比較困難。 7、金屬基復(fù)合材料的成形加工技術(shù)有哪些?   1）鑄造成型，按增強(qiáng)材料和金屬液體的混合方式不同可分為攪拌鑄造成型、正壓鑄造成型、鑄造成型。2）塑性成形，包括鋁基復(fù)合材料的拉伸塑性、金屬基復(fù)合材料的高溫壓縮變形、鋁基復(fù)合材料的軋制塑性、鋁基復(fù)合材料的擠壓塑性、金屬基復(fù)合材料的蠕變性能、非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的超塑性（包括組織超塑性、相變超塑性

7、 、其他超塑性）。3）連接，具體又可分為：應(yīng)用于MMCs 的常規(guī)連接技術(shù)（包括熔融焊接、固相連接、釬焊、膠粘），新型MMCs 連接技術(shù)（包括等離子噴涂法、快速紅外連接法(RIJ )），機(jī)械切削加工（包括5.4.1 SiCw/Al復(fù)合材料的切削加工、（Al3Zr+Al2O3）P/ZL101A原位復(fù)合材料的切削加工）。 8、金屬基復(fù)合材料的各種界面結(jié)合機(jī)制？ 1）機(jī)械結(jié)合：基體與增強(qiáng)物之間純粹靠機(jī)械連接的一種結(jié)合形式，由粗糙的增強(qiáng)物表面及基體的收縮產(chǎn)生的摩擦力完成；2）溶解和潤濕結(jié)合：基體與增強(qiáng)物之間發(fā)生潤濕，并伴隨一定程度的相

8、互溶解而產(chǎn)生的一種結(jié)合形式；3）反應(yīng)結(jié)合：基體與增強(qiáng)物之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在界面上形成化合物而產(chǎn)生的一種結(jié)合形式；4）交換反應(yīng)結(jié)合：基體與增強(qiáng)物之間，除發(fā)生化學(xué)反應(yīng)在界面上形成化合物外，還有通過擴(kuò)散發(fā)生元素交換的一種結(jié)合形式；5）氧化物結(jié)合：這種結(jié)合實(shí)際上是反應(yīng)結(jié)合的一種特殊情況；6）混合結(jié)合：這種結(jié)合是最重要、最普遍的結(jié)合形式之一，因?yàn)樵趯?shí)際的復(fù)合材料中經(jīng)常同時(shí)存在幾種結(jié)合形式。 9、影響金屬基復(fù)合材料性能的關(guān)鍵因素?損傷及失效機(jī)制？     性能影響因素：基體影響、增強(qiáng)體影響、基體和增強(qiáng)體相容性的影響、工藝的影響、界面的影響。

9、60;金屬基復(fù)合材料的損傷與失效通常包括三種形式：增強(qiáng)相的斷裂導(dǎo)致的基體塑性失效，增強(qiáng)相和基體之間界面的脫開導(dǎo)致的基體塑性失效，基體內(nèi)孔洞的成核、長大與匯合導(dǎo)致的基體塑性失效。 10、金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)？制約其應(yīng)用的關(guān)鍵問題？ 金屬基復(fù)合材料自進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用發(fā)展階段以來，逐步拓寬了應(yīng)用范圍，大體有以下應(yīng)用：1）在航天領(lǐng)域的應(yīng)用：連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料在航天器上的應(yīng)用，鋁基復(fù)合材料在導(dǎo)彈中的應(yīng)用，鋁基復(fù)合材料在航天領(lǐng)域的其他應(yīng)用；2）在汽車工業(yè)上的應(yīng)用：在內(nèi)燃機(jī)方面的應(yīng)用，在制動(dòng)系統(tǒng)上的應(yīng)用；3）在電子封裝領(lǐng)域的應(yīng)用。  其發(fā)展趨勢(shì)集中在以下

10、方面：完善非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料體系，重點(diǎn)發(fā)展高性能低成本非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，開展非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料制備科學(xué)基礎(chǔ)和制備工藝方法研究，開展非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料熱處理技術(shù)的研究，開展非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料高溫塑性變形和高速超塑性研究，開展非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的機(jī)械加工研究，開展非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料在不同環(huán)境下的行為研究，開展非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的連接技術(shù)研究。 有許多因素與金屬基復(fù)合材料（MMCs ）的大規(guī)模應(yīng)用相關(guān)聯(lián)，原材料制備方法、二次加工、回收能力、質(zhì)量控制技術(shù)等都制約著MMCs 的應(yīng)用。從MMCs 在汽車和航空、航天領(lǐng)

11、域中的應(yīng)用來看，應(yīng)用成本是主要的制約因素，而增強(qiáng)體的成本高是造成復(fù)合材料應(yīng)用成本居高不下的主要原因。具體關(guān)鍵問題有：增強(qiáng)體的選擇問題、生產(chǎn)數(shù)量、局部增強(qiáng)手段、二次加工性能、回收能力、質(zhì)量控制體系。 11、什么是SHS法原位生成技術(shù)，舉例說明其過程。 其基本原理是：將增強(qiáng)相的組分原料與金屬粉末混合，壓坯成型，在真空或惰性氣氛中預(yù)熱引燃，使組分之間發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng)，放出的熱量、引起未反應(yīng)的鄰近部分繼續(xù)反應(yīng)，直至全部完成。反應(yīng)生成物即為增強(qiáng)相呈彌散分布于基體中，顆粒尺寸可達(dá)亞微米級(jí)。  其典型工藝為：利用合金熔體的高溫引燃鑄型中的固體SHS系，通過控制反應(yīng)物和生成物的位

12、置，在鑄件表面形成復(fù)合涂層，它可使SHS材料合成與致密化、鑄件的成形與表面涂層的制備同時(shí)完成。潘復(fù)生等人將SHS技術(shù)和鑄滲工藝相結(jié)合，制備了顆粒增強(qiáng)的鐵基復(fù)合材料涂層。在這種工藝中，SHS過程使基體產(chǎn)生一定數(shù)量的增強(qiáng)顆粒，而隨后的熔鑄過程則利用高溫金屬液的流動(dòng)，對(duì)SHS過程中易產(chǎn)生的孔隙進(jìn)行充填，因此兩個(gè)過程的綜合作用下獲得較為致密的復(fù)合材料。 12、什么是LSM法原位生成技術(shù)，舉例說明其過程。 其基本原理是將含有Ti和B的鹽類（如KBF4和K2TiF6）混合后，加入到高溫的金屬熔體中，在高溫作用下，所加鹽中的Ti和B就會(huì)被金屬還原出來而在金屬熔體中反應(yīng)形成TiB2增強(qiáng)粒子

13、，扒去不必要的的副產(chǎn)物，澆注冷卻后即獲得了原位TiB2增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料。 13、金屬基復(fù)合材料的界面優(yōu)化和控制途徑有哪些？  1）對(duì)增強(qiáng)材料進(jìn)項(xiàng)表面涂層處理：在增強(qiáng)材料組元上預(yù)先涂層以改善增強(qiáng)材料與基體的浸潤性，同時(shí)涂層還應(yīng)起到防止發(fā)生反應(yīng)阻擋層的作用；2）選擇金屬元素：改善基體的合金成分，造成某一元素在界面上富集形成阻擋層來控制界面反應(yīng)，盡量選擇避免易參與界面反應(yīng)生成脆硬界面相、造成強(qiáng)界面結(jié)合的合金元素；3）優(yōu)化制備工藝和參數(shù)，金屬基復(fù)合材料的界面反應(yīng)程度主要取決于制備方法和工藝參數(shù)，因此優(yōu)化制備工藝和嚴(yán)格控制工藝參數(shù)是優(yōu)化界面結(jié)構(gòu)和控制界面反應(yīng)發(fā)應(yīng)的有效途

14、徑。 14、汽車、摩托車的剎車盤原來采用鑄鐵材料，查找相關(guān)資料并結(jié)合你的思考，分析其工作條件和提出其性能要求，然后指出你選用或設(shè)計(jì)何種復(fù)合材料并說明，最后提出你的制備思路。 汽車、摩托車的剎車盤工作在高溫、高壓下，摩擦的條件下，磨損非常嚴(yán)重。因此剎車盤應(yīng)該具有耐磨、耐高溫（良好的導(dǎo)熱性）、抗疲勞性等性能。綜合其工作條件及滿足其性能要求，我們可以選用顆粒增強(qiáng)型鋁基復(fù)合材料。選用的增強(qiáng)體顆粒是SiCP，制備方法為真空壓力浸漬法。因?yàn)轭w粒增強(qiáng)鋁，得到的材料具有耐一定的高溫，耐磨，導(dǎo)熱性好，抗疲勞性好的優(yōu)點(diǎn)。 制備思路：同下圖 15、集成電路現(xiàn)在應(yīng)用廣泛，現(xiàn)在集

15、成電路現(xiàn)在越來越來越高，功率越來越大，為保證其可靠性，查找相關(guān)資料并結(jié)合你的思考，分析其工作條件和提出其性能要求，然后指出你選用和設(shè)計(jì)何種復(fù)合材料并說明理由，最后提出你的制備思路。 集成電路長時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，因此本身處于較高溫度條件下，因此需要尋找高導(dǎo)熱系數(shù)的材料作為分裝基材，但這種材料還需要同時(shí)滿足與電路硅片及基絕緣陶瓷基板的熱膨脹系數(shù)（CTE）相匹配的要求，否則會(huì)因熱失配形成殘余應(yīng)力損害電路。因此可以選用真空壓力浸漬法進(jìn)行了碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁封裝器件?；w是鋁，增強(qiáng)顆粒是碳化硅。這種鋁基復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)高，并且能與電路硅片和基絕緣陶瓷基板熱膨脹系數(shù)相匹配，滿足集成電路所需要的性能要

16、求。1.內(nèi)生增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料具有如下特點(diǎn)（第5頁）： 1）增強(qiáng)體是從金屬基體中原位形核、長大的熱力學(xué)穩(wěn)定相，因此，增強(qiáng)體表面無污染，避免了與基體相容性不良的問題，且界面結(jié)合強(qiáng)度高。 2）通過合理選擇反應(yīng)元素（或化合物）的類型、成分及其反應(yīng)性，可有效地控制原位生成增強(qiáng)體的種類、大小、分布和數(shù)量。 3）省去了增強(qiáng)體單獨(dú)合成、處理和加入等工序，因此，其工藝簡單，成本較低。 4）從液態(tài)金屬基體匯總原位形成增強(qiáng)體的工藝，可用鑄造方法制備形狀復(fù)雜、尺寸較大的近凈成形構(gòu)件。 5）在保證材料具有較好的韌性和高溫性能的同時(shí)，可較大幅度地提高材料的強(qiáng)度和彈性模

17、量。 2.金屬基復(fù)合材料特性（第5頁）： 高比強(qiáng)度，高比模量  良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能  熱膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性好  良好的高溫性能  耐磨性能好  良好的疲勞性能和斷裂韌度 不吸潮，不老化，氣密性好  1.增強(qiáng)體的作用（第8頁） 增強(qiáng)體是金屬基復(fù)合材料的重要組成部分，它起著提高金屬基體的強(qiáng)度、模量、耐熱性、耐磨性等性能的作用。  2.選擇增強(qiáng)體的主要考慮因素（5個(gè)）（原則） （1）力學(xué)性能：楊氏模量和塑性強(qiáng)

18、度； （2）物理性能：密度和熱擴(kuò)散系數(shù)； （3）幾何特性：形貌和尺寸； （4）物理化學(xué)相容性； （5）成本因素。 3.制造碳纖維需要經(jīng)歷的5個(gè)階段：（第12頁） (1)拉絲：可用濕法、干法或者熔融狀態(tài)三種任意一種； (2)牽伸：在室溫以上，通常是100300范圍內(nèi)進(jìn)行； (3)穩(wěn)定：通過400加熱氧化的方法； (4)碳化：在10002000范圍內(nèi)進(jìn)行； (5)石墨化：在20003000范圍內(nèi)進(jìn)行。 4.溶膠-凝膠法的特點(diǎn)（第18頁） 優(yōu)點(diǎn)： 制品的均勻度高，尤其是多

19、組分的制品，其均勻程度可達(dá)分子或原子水平； 制品純度高，而且溶劑在處理過程中容易被除去； 燒結(jié)溫度比傳統(tǒng)方法低400500； 制備的氧化鋁纖維直徑小，因而抗拉強(qiáng)度有較大提高； 溶膠凝膠法工藝簡單，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，產(chǎn)品多樣化，是一種很有發(fā)展前途的制備無機(jī)材料的方法。 5.晶須的分散技術(shù)有哪些？（第21頁） 球磨分散、超聲分散、溶膠凝膠(sol gel)法分散以及分散介質(zhì)選擇、pH值的調(diào)整等。  1.分析論述金屬基復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性（為什么復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性） （1）復(fù)合材料是由增強(qiáng)體、基體、界面三部

20、分組成。 （2）基體和增強(qiáng)體材料是可以選擇的，比如增強(qiáng)體的大小、形貌、分布等都會(huì)造成所制備復(fù)合材料性能的不同。 （3）此外，選擇不同的制備工藝和成型工藝也會(huì)影響復(fù)合材料性能。 綜上，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)外部環(huán)境的變化與要求來設(shè)計(jì)具有不同特性與性能的復(fù)合材料。 2.復(fù)合材料的設(shè)計(jì)主要包含哪幾部分？（第28頁） 功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì) 3.選擇基體的原則（第29頁）： 金屬基復(fù)合材料的使用要求 金屬基復(fù)合材料組成的特點(diǎn) 基體金屬與增強(qiáng)物的相容性  4.功能復(fù)合材料調(diào)整優(yōu)值的途徑（第38頁）

21、： （1）調(diào)整復(fù)合度（2）調(diào)整聯(lián)接方式（3）調(diào)整對(duì)稱性（4）調(diào)整尺度（5）調(diào)整周期性  5.復(fù)合效應(yīng)包括（第39頁）：什么是乘積效應(yīng) 乘積效應(yīng)、系統(tǒng)效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)和共扼效應(yīng) 乘積效應(yīng)：在復(fù)合材料兩組分之間產(chǎn)生可用乘積關(guān)系表達(dá)的協(xié)同作用。 6.熱膨脹系數(shù)以及表達(dá)公式（第54頁） 定義：表征材料受熱時(shí)線度或體積變化程度。 表達(dá)公式:線膨脹系數(shù)：體膨脹系數(shù)：式中，L為材料的線度，T為材料的熱力學(xué)溫度，V為材料的體積。 7.提高或改善金屬基復(fù)合材料的阻尼性能可以采用的方法（第59頁） （1） 

22、用高阻尼基體金屬 （2） 用高阻尼增強(qiáng)物 （3） 設(shè)計(jì)高阻尼界面  1.金屬基復(fù)合材料制備方法分類（第60頁） 固態(tài)法：固態(tài)法是在基體金屬處于固態(tài)情況下，與增強(qiáng)材料混合組成新的復(fù)合材料的方法。其中包括粉末冶金法、熱壓法、熱等靜壓法、軋制法、擠壓和拉拔法、爆炸焊接法等。 液態(tài)法：液態(tài)法是在基體金屬處于熔融狀態(tài)下，與增強(qiáng)材料混合組成新的復(fù)合材料的方法。其中包括：真空壓力浸漬法、擠壓鑄造法、攪拌鑄造法、液態(tài)金屬浸漬法、共噴沉積法、熱噴涂法等。 表面復(fù)合法：新型制造方法包括：原位自生成法、物理氣相沉積法、化學(xué)氣相

23、沉積法、化學(xué)鍍和電鍍法及復(fù)合鍍法等。 2.制備技術(shù)應(yīng)具備的條件（60頁） (1) 使增強(qiáng)材料均勻地分布金屬基體中，滿足復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度要求; (2) 能使復(fù)合材料界面效應(yīng)、混雜效應(yīng)或復(fù)合效應(yīng)充分發(fā)揮; (3) 能夠充分發(fā)揮增強(qiáng)材料對(duì)基體金屬的增強(qiáng)、增韌效果;  (4) 設(shè)備投資少，工藝簡單易行，可操作性強(qiáng)；便于實(shí)現(xiàn)批量或規(guī)模生產(chǎn); (5) 能制造出接近最終產(chǎn)品的形狀，尺寸和結(jié)構(gòu)，減少或避免后加工工序.  3.金屬基復(fù)合材料制造的關(guān)鍵性技術(shù)及解決方法（第6

24、1頁）（與成形對(duì)照） 1)加工溫度高，在高溫下易發(fā)生不利的化學(xué)反應(yīng);  解決方法： 盡量縮短高溫加工時(shí)間，使增強(qiáng)材料與基體界面反應(yīng)降低至最低程度；   通過提高工作壓力使增強(qiáng)材料與基體浸潤速度加快；  采用擴(kuò)散粘接法可有效地控制溫度并縮短時(shí)間。 2)增強(qiáng)材料與基體浸潤性差;  解決方法： 加入合金元素，優(yōu)化基體組分，改善基體對(duì)增強(qiáng)材料的浸潤性；  對(duì)增強(qiáng)材料進(jìn)行表面處理，涂敷一層可抑制界面反應(yīng)的涂層。  3)增強(qiáng)材料在基體中的分布。 

25、解決方法： 對(duì)增強(qiáng)體進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，使其浸漬基體速度加快;  加入適當(dāng)?shù)暮辖鹪馗纳苹w的分散性； 施加適當(dāng)?shù)膲毫?，使其分散性增大?#160;施加外場(chǎng)(磁場(chǎng),超聲場(chǎng)等)  4.熱壓和熱等靜壓技術(shù)基本原理（第62頁） 熱壓法和熱等靜壓法亦稱擴(kuò)散粘接法，是加壓焊接的一種，因此有時(shí)也稱擴(kuò)散焊接法。它是在較長時(shí)間的高溫及不大的塑性變形作用下依靠接觸部位原子間的相互擴(kuò)散進(jìn)行的。 擴(kuò)散粘接過程可分為三個(gè)階段：  粘接表面之間的最初接觸，由于加熱和加壓使表面發(fā)生變形、移動(dòng)、表面膜（通常是氧化膜）破壞；&

26、#160; 隨著時(shí)間的進(jìn)行發(fā)生界面擴(kuò)散和體擴(kuò)散，使接觸面粘接；  由于熱擴(kuò)散結(jié)合界面最終消失，粘接過程完成。  影響擴(kuò)散粘接過程的主要參數(shù)：溫度、壓力和一定溫度及壓力下維持的時(shí)間，其中溫度和氣氛最為重要. 5.液態(tài)制造技術(shù)的種類（舉幾例說明）（第65頁）（給兩三個(gè)空讓填種類）： 真空壓力浸漬技術(shù)、擠壓鑄造技術(shù)、液態(tài)金屬攪拌鑄造技術(shù)、液態(tài)金屬浸漬技術(shù)、共噴沉積技術(shù)、熱噴涂技術(shù)。  6.液態(tài)金屬攪拌鑄造技術(shù)的特點(diǎn)、技術(shù)問題（第67頁） 特點(diǎn)：工藝簡單，制造成本低廉。 存在問題：一是為了提高增強(qiáng)效果要

27、求加入尺寸細(xì)小的顆粒，1030m之間的顆粒與金屬熔體的潤濕性差，不易進(jìn)入和均勻分散在金屬熔體中，易產(chǎn)生團(tuán)聚；二是強(qiáng)烈的攪拌容易造成金屬熔體的氧化和大量吸入空氣。因此必須采取有效的措施來改善金屬熔體對(duì)顆粒的潤濕性，防止金屬的氧化和吸氣等。 注意事項(xiàng)及措施： （1） 在金屬熔體中添加合金元素. 合金元素可以降低金屬熔體的表面張力。（2） 顆粒表面處理. 比較簡單有效的方法是將顆粒進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，使有害物質(zhì)在高溫下?lián)]發(fā)脫除。（3） 復(fù)合過程的氣氛控制由于液態(tài)金屬氧化生成的氧化膜阻止金屬與顆粒的混合和潤濕，吸入的氣體又會(huì)造成大量的氣

28、孔，嚴(yán)重影響復(fù)合材料的質(zhì)量，因此要采用真空、惰性氣體保護(hù)來防止金屬熔體的氧化和吸氣。（4） 有效的機(jī)械攪拌。強(qiáng)烈的攪動(dòng)可使液態(tài)金屬以高的剪切速度流過顆粒表面，能有效改善金屬與顆粒之間的潤濕性，促進(jìn)顆粒在液態(tài)金屬中的均勻分布。  7.共噴沉積技術(shù)（第71頁） 工藝過程：基體金屬熔化、液態(tài)金屬霧化、顆粒加入及與金屬霧化流的混合、沉積和凝固等工序。 主要工藝參數(shù)有：熔融金屬溫度，惰性氣體壓力、流量、速度，顆粒加入速度、沉積底板溫度等。 特點(diǎn)：適用面廣；生產(chǎn)工藝簡單、效率高；冷卻速度快；顆粒分布均勻；復(fù)合材料中的氣孔率較大 8.原位

29、自生成技術(shù)（72頁），尤其是熔體直接反應(yīng)法（第80頁）（方程式問題、熔體直接反應(yīng)法的特點(diǎn)、工藝過程、問題） 熔體直接反應(yīng)法： 實(shí)例：熔體原位反應(yīng)合成(Al3Zr+Al2O3)鋁基復(fù)合材料 反應(yīng)式：3Zr(CO3)2+13Al(l)6CO2+3Al3Zr+2Al2O3  特點(diǎn)：(1)該工藝以現(xiàn)有的鋁合金熔煉工藝為基礎(chǔ)，在熔體中直接形成增強(qiáng)顆粒，并且可以直接鑄造成各種形狀的復(fù)合材料鑄件； (2)增強(qiáng)體顆粒大小和分布易于控制，并且其數(shù)量可在較大范圍內(nèi)調(diào)整; (3)該工藝可同時(shí)獲得高強(qiáng)度、高韌性的復(fù)合材料。 制備工藝過程(

30、基本原理):將含有增強(qiáng)相顆粒形成元素的固體顆?；蚍勰┰谀骋粶囟认录拥饺廴诘匿X合金表面，然后攪拌使反應(yīng)充分進(jìn)行，從而制備內(nèi)生顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料。  2.鑄造成形的技術(shù)問題以及如何解決（第86頁） （1）增強(qiáng)顆粒與金屬熔體的潤濕性 解決方法：  增強(qiáng)顆粒表面涂層  金屬基體中加入某些合金元素  用某些鹽對(duì)增強(qiáng)顆粒進(jìn)行預(yù)處理  對(duì)增強(qiáng)顆粒進(jìn)行超聲清洗或預(yù)熱處理 （2）增強(qiáng)顆粒分布均勻性 解決方法：調(diào)整提高金屬熔體粘度，減小增強(qiáng)顆粒的粒徑。通常金屬熔體的黏度是通過

31、添加合金元素來提高的，但粘度增大會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料存在氣體及夾雜物不易排出的問題。 （3）增強(qiáng)顆粒與基體金屬的界面結(jié)構(gòu) 解決方法：選擇合適的增強(qiáng)顆粒與金屬基體組合，是保證界面結(jié)合良好的重要途徑。 （4）PRMMC 的凝固過程  研究復(fù)合材料凝固過程中顆粒被生長界面推移的距離，對(duì)分析顆粒分布的均勻性更為合理。  3.鋁基復(fù)合材料的擠壓塑性（92頁） 影響擠壓成型的的主要因素：潤滑劑、擠壓溫度、擠壓比、擠壓速度、SiC顆粒的體積分?jǐn)?shù)、熱擠壓對(duì)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料組織和性能的影響。 4.超塑性的定義以及超塑性變形過

32、程中組織變化的特點(diǎn)（95頁） 超塑性又分為組織超塑性、相變超塑性和其他超塑性。 （1）組織超塑性：又稱細(xì)晶超塑性或恒溫超塑性。指材料晶粒通過細(xì)化、超細(xì)化和等軸化，在變形期間保持穩(wěn)定，在一定變形溫度區(qū)間（T>0.5Tm）和一定變形速度條件下(應(yīng)變速率在10-410-1之間)所呈現(xiàn)出的超塑性。 （2）相變超塑性：又稱為轉(zhuǎn)變超塑性或變態(tài)超塑性。是材料在變動(dòng)頻繁的溫度環(huán)境下受應(yīng)力作用時(shí)經(jīng)多次循環(huán)相變或同素異形轉(zhuǎn)變而得到的很大的變形量。 （3）其他超塑性：其他超塑性主要包括短暫超塑性、相變誘發(fā)超塑性以及消除應(yīng)力退火過程中，應(yīng)力作用下積蓄在材料內(nèi)能量釋放獲得的

33、超塑性。 超塑性變形過程中組織變化特點(diǎn)： （1）晶粒形狀與尺寸的變化（2）晶粒的滑動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和換位（3）晶粒折皺帶（4）位錯(cuò)（5）空洞  5.道具的磨損機(jī)理（第110頁）、刀具模型（112頁、114頁） 道具磨損機(jī)理： 磨粒磨損； 粘結(jié)磨損；  擴(kuò)散磨損；  氧化磨損。 道具模型： 1.關(guān)于界面的不穩(wěn)定性因素的物理不穩(wěn)定性和化學(xué)不穩(wěn)定分別指什么？（135頁） 金屬基復(fù)合材料的界面不穩(wěn)定因素有兩類：物理不穩(wěn)定因素和化學(xué)不穩(wěn)定因素。 物理不穩(wěn)定因素：這

34、種不穩(wěn)定因素主要表現(xiàn)為基體與增強(qiáng)物之間在使用的高溫條件下發(fā)生溶解以及溶解與再析出現(xiàn)象。 化學(xué)不穩(wěn)定因素：化學(xué)不穩(wěn)定因素主要是復(fù)合材料在制造、加工和使用過程中發(fā)生的界面化學(xué)作用，它包括界面反應(yīng)、交換反應(yīng)和暫穩(wěn)態(tài)界面的變化幾種現(xiàn)象。  1.金屬基復(fù)合材料性能的影響因素有哪些？（以TiB2/Al復(fù)合材料為例） 1)TiB2的體積分?jǐn)?shù)、顆粒大小、分布、顆粒形貌等；Al基體的成分配比 2)制備工藝：內(nèi)生還是外加 3)成形工藝：塑性成形等 4)后序處理：擠壓鍛等 5)服役條件等  1.長纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材

35、料的失效機(jī)制是什么？（第205頁） 累積失效機(jī)制、非累積失效機(jī)制（接力失效機(jī)制、脆性粘性失效機(jī)制、最弱環(huán)節(jié)機(jī)制）、混合失效機(jī)制 2.原位拉伸的特點(diǎn)、作用；裂紋的產(chǎn)生、長大和擴(kuò)展（會(huì)用文字描述或者作圖） 補(bǔ)充：強(qiáng)化機(jī)制怎么沒有考  1.金屬基復(fù)合材料在哪些領(lǐng)域應(yīng)用（23個(gè)例子）（207頁） 1)金屬基復(fù)合材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用（連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料在航天器上的應(yīng)用；鋁基復(fù)合材料在導(dǎo)彈中的應(yīng)用） 2)金屬基復(fù)合材料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用 3)在汽車工業(yè)上的應(yīng)用（在內(nèi)燃機(jī)方面的應(yīng)用；在制動(dòng)系統(tǒng)上的應(yīng)用；有傳動(dòng)系統(tǒng)上的應(yīng)用）

36、 4)在電子封裝領(lǐng)域的應(yīng)用 2.金屬基復(fù)合材料的再生與回收的方法與目的（第218頁） 顆粒增強(qiáng)Al基復(fù)合材料再生的工藝方法，主要采用重熔后重新復(fù)合的方法，控制重熔時(shí)的溫度、保溫時(shí)間等工藝參數(shù)，以及采取有效的措施控制顆粒與基體的界面反應(yīng)和凝固過程。同時(shí)采用二次加工和熱處理的方法，使其性能不降低，從而達(dá)到PRMMCs的再生利用。 3.Al4C3相的特點(diǎn)、強(qiáng)度以及其他物理化學(xué)性能；SiO2呢？（第219頁） Al4C3析出于增強(qiáng)體與基體的界面上，使界面結(jié)合強(qiáng)度降低，降低了熔體的流動(dòng)性，增大了復(fù)合材料的環(huán)境敏感性，同時(shí)， Al4C3的含量對(duì)復(fù)

37、合材料的剛度、強(qiáng)度及其失效行為具有重要影響；隨著該反應(yīng)的進(jìn)行顆粒本身被熔融鋁腐蝕而破壞，不僅強(qiáng)低增強(qiáng)體的強(qiáng)度，而且使復(fù)合材料的性能降低。 4.再生對(duì)金屬基復(fù)合材料性能的影響（220頁） 對(duì)于顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其重熔前后的性能與基體合金的成分有關(guān)，某些合金成分重熔以后不發(fā)生變化，其性能亦然，而有的合金重熔幾次后性能有所下降。金屬基復(fù)合材料各品種中只有非連續(xù)增強(qiáng)類(即顆粒、短纖維和晶須增強(qiáng))才具備再生的可能。金屬基體若是低熔點(diǎn)金屬(如鉛)更有利于再生。 5.鋁基復(fù)合材料重熔再生過程中影響力學(xué)性能的因素（221頁） 合金元素的選擇、增強(qiáng)體的選擇、溫度和時(shí)

38、間的選擇 6.金屬基復(fù)合材料的回收方法有哪些？（221頁） 主要回收方法有熔融鹽處理法、旋轉(zhuǎn)爐法、電磁分離法、化學(xué)溶解分離法等。 7.金屬基復(fù)合材料應(yīng)用的限制因素（222頁） 增強(qiáng)體的成本、制備方法、生產(chǎn)數(shù)量、局部增強(qiáng)手段、二次加工性能、回收能力、質(zhì)量控制體系等。 8.金屬基復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)（與一二三章結(jié)合）（225頁） 1)完善非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料體系 2)重點(diǎn)發(fā)展高性能低成本非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料 3)開展非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料制備科學(xué)基礎(chǔ)和制備工藝方法研究 4)開展非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料

39、熱處理技術(shù)的研究 5)開展非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料高溫塑性變形和高速超塑性研究 6)開展非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的機(jī)械加工研究 7)開展非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料在不同環(huán)境下的行為研究 8)開展非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的連接技術(shù)研究 四、敘述金屬基復(fù)合材料基體選擇的原則。  金屬基復(fù)合材料構(gòu)件的使用性能要求是選擇金屬基體材料最重要的依據(jù)。  由于增強(qiáng)體的性質(zhì)和增強(qiáng)機(jī)理不同，在基體材料的選擇上有很大差別。  選擇金屬基體時(shí)要充分考慮基體與增強(qiáng)體的相容性和物理性能匹配。盡量避免增強(qiáng)體與基體合

40、金之間有界面反應(yīng)，界面潤濕性良好。 3.分析論述金屬基復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性（為什么復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性） （1）復(fù)合材料是由增強(qiáng)體、基體、界面三部分組成。 （2）基體和增強(qiáng)體材料是可以選擇的，比如增強(qiáng)體的大小、形貌、分布等都會(huì)造成所制備復(fù)合材料性能的不同。同時(shí)，金屬基體的組分比例也將影響復(fù)合材料表現(xiàn)出的宏觀性能。 （3）界面的設(shè)計(jì)（4）此外，選擇不同的制備工藝和成型工藝也會(huì)影響復(fù)合材料性能。 （5）設(shè)計(jì)者可以根據(jù)外部環(huán)境的變化與要求來設(shè)計(jì)具有不同特性與性能的復(fù)合材料，以滿足工程實(shí)際對(duì)高性能復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)的要求。 （6）復(fù)合材料在彈性模量

41、、線膨脹系數(shù)和材料強(qiáng)度等方面具有明顯的各向異性性質(zhì)，可以根據(jù)不同方向上對(duì)剛度和強(qiáng)度等性能的特殊要求來設(shè)計(jì)復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)。 （7）復(fù)合材料的不均勻也是其顯著特點(diǎn)。復(fù)合材料的幾何非線性及物理非線性也是要特殊考慮的。 （8）復(fù)合材料具有不同層次上的宏觀、細(xì)觀和微觀結(jié)構(gòu)，因此可以采用力學(xué)理論和數(shù)值分析手段對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （9）復(fù)合材料設(shè)計(jì)涉及多個(gè)變量的優(yōu)化及多層次設(shè)計(jì)的選擇。復(fù)合材料設(shè)計(jì)問題要求確定增強(qiáng)體的幾何特征、基體材料和增強(qiáng)體的微觀結(jié)構(gòu)，以及增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)。 復(fù)合材料的設(shè)計(jì)主要包含 功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì) 復(fù)合材料設(shè)計(jì)的基本步驟

42、選擇基體的原則（第29頁）： 金屬基復(fù)合材料的使用要求 金屬基復(fù)合材料組成的特點(diǎn) 基體金屬與增強(qiáng)物的相容性 4.功能復(fù)合材料調(diào)整優(yōu)值的途徑（第38頁）： （1）調(diào)整復(fù)合度（2）調(diào)整聯(lián)接方式（3）調(diào)整對(duì)稱性（4）調(diào)整尺度（5）調(diào)整周期性 .復(fù)合效應(yīng)包括（第39頁）：什么是乘積效應(yīng) 乘積效應(yīng)、系統(tǒng)效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)和共扼效應(yīng)9. 熱軋機(jī)的工作原理 熱軋系統(tǒng)基本流程為：鋁錠熔煉爐靜置爐過濾鑄嘴軋機(jī)中間機(jī)組卷取機(jī) 熱軋區(qū)：液態(tài)金屬到達(dá)鑄造區(qū)時(shí)，由于軋輥帶走部分熱量。使得金屬液體冷卻，形成液固兩相共存區(qū)域，到

43、達(dá)變形區(qū)時(shí)，全部形成固體金屬。 10.液態(tài)金屬攪拌鑄造技術(shù)的特點(diǎn)、技術(shù)問題（第67頁） 特點(diǎn)：工藝簡單，制造成本低廉。 存在問題：一是為了提高增強(qiáng)效果要求加入尺寸細(xì)小的顆粒，1030m之間的顆粒與金屬熔體的潤濕性差，不易進(jìn)入和均勻分散在金屬熔體中，易產(chǎn)生團(tuán)聚；二是強(qiáng)烈的攪拌容易造成金屬熔體的氧化和大量吸入空氣。因此必須采取有效的措施來改善金屬熔體對(duì)顆粒的潤濕性，防止金屬的氧化和吸氣等。 注意事項(xiàng)及措施： （1） 在金屬熔體中添加合金元素. 合金元素可以降低金屬熔體的表面張力。 （2） 顆粒表面處理.

44、60;比較簡單有效的方法是將顆粒進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，使有害物質(zhì)在高溫下?lián)]發(fā)脫除。 （3） 復(fù)合過程的氣氛控制由于液態(tài)金屬氧化生成的氧化膜阻止金屬與顆粒的混合和潤濕，吸入的氣體又會(huì)造成大量的氣孔，嚴(yán)重影響復(fù)合材料的質(zhì)量，因此要采用真空、惰性氣體保護(hù)來防止金屬熔體的氧化和吸氣。 （4） 有效的機(jī)械攪拌。強(qiáng)烈的攪動(dòng)可使液態(tài)金屬以高的剪切速度流過顆粒表面，能有效改善金屬與顆粒之間的潤濕性，促進(jìn)顆粒在液態(tài)金屬中的均勻分布。  11.共噴沉積技術(shù)（第71頁） 工藝過程：基體金屬熔化、液態(tài)金屬霧化、顆粒加入及與金屬霧化流的混合、沉積和凝固等工

45、序。 主要工藝參數(shù)有：熔融金屬溫度，惰性氣體壓力、流量、速度，顆粒加入速度、沉積底板溫度等。 特點(diǎn)：適用面廣；生產(chǎn)工藝簡單、效率高；冷卻速度快；顆粒分布均勻；復(fù)合材料中的氣孔率較大 顆粒加入方式： a) 通過插管直接將增強(qiáng)顆粒吹到霧化錐中。 b) 粒子由頂部倒流管注入的方式 c) 顆粒強(qiáng)制噴入金屬熔滴霧化錐內(nèi) 冷噴涂工藝的原理是：每種金屬均有其特定的、與溫度相關(guān)的臨界顆粒速度，當(dāng)顆粒運(yùn)動(dòng)超過這一速度時(shí)即會(huì)焊接于鍍件之上。 熱噴涂工藝原理 :熱噴涂技術(shù)是把某種固體材料加熱到熔融

46、或半熔融狀態(tài)并高速噴射到基體表面上形成具有希望性能的膜層,從而達(dá)到對(duì)基體表面改質(zhì)目的的表面處理技術(shù)。  12.原位自生成技術(shù)（72頁），尤其是熔體直接反應(yīng)法（第80頁）（方程式問題、熔體直接反應(yīng)法的特點(diǎn)、工藝過程、問題） 熔體直接反應(yīng)法： 實(shí)例：熔體原位反應(yīng)合成(Al3Zr+Al2O3)鋁基復(fù)合材料 操作步驟：實(shí)驗(yàn)前將Zr(CO3)2粉末，放入電烘箱中升溫至250，保溫3小時(shí)，充分去除水分，然后冷卻、研磨，經(jīng)過70目標(biāo)準(zhǔn)篩篩分，得到粒度<0.25mm的粉末添加料。 在電阻爐中將A356合金熔化，加熱至起始反應(yīng)溫度850，精煉，靜

47、置10min后分別、分批用鐘罩將上述粉末添加料壓入A356熔液，并用石墨棒攪拌，使之與Al液發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)用便攜式溫度測(cè)試儀連續(xù)測(cè)定反應(yīng)過程熔體溫度的變化，反應(yīng)過程中分階段用石英玻璃管提取熔體進(jìn)行水淬試驗(yàn)。待反應(yīng)結(jié)束后用熔劑精煉、除氣、除渣，并靜置1020min后，待溫度降至720左右扒渣后澆入銅模中，制得鑄態(tài)內(nèi)生顆粒增強(qiáng)A356基復(fù)合材料。 反應(yīng)方程式：Zr(CO3)2ZrO2+2CO2              3ZrO2+4Al(l)3Zr

48、+2Al2O3              Zr+3Al(l)Al3Zr               3Zr(CO3)2+13Al(l)6CO2+3Al3Zr+2Al2O3   特點(diǎn)：(1)該工藝以現(xiàn)有的鋁合金熔煉工藝為基礎(chǔ)，在熔體中直接形成增強(qiáng)顆粒，并且可以直接鑄造成各種形狀的復(fù)

49、合材料鑄件； (2)增強(qiáng)體顆粒大小和分布易于控制，并且其數(shù)量可在較大范圍內(nèi)調(diào)整； (3)該工藝可同時(shí)獲得高強(qiáng)度、高韌性的復(fù)合材料。 但目前要用該方法制備的復(fù)合材料主要集中在Al-Ti-B系，但該體系存在反應(yīng)溫度高，生成相形態(tài)不易控制和基體變質(zhì)“毒化”等問題，而對(duì)其它體系涉及甚少。只能生產(chǎn)顆粒體積分?jǐn)?shù)較小的材料，若體積分?jǐn)?shù)過大，則粘度過大，擴(kuò)散不開，反應(yīng)不完全。 制備工藝過程(基本原理):將含有增強(qiáng)相顆粒形成元素的固體顆粒或粉末在某一溫度下加到熔融的鋁合金表面，然后攪拌使反應(yīng)充分進(jìn)行，從而制備內(nèi)生顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料。 第五章 15.關(guān)于

50、界面的不穩(wěn)定性因素的物理不穩(wěn)定性和化學(xué)不穩(wěn)定分別指什么？（135頁） 金屬基復(fù)合材料的界面不穩(wěn)定因素有兩類：物理不穩(wěn)定因素和化學(xué)不穩(wěn)定因素。 物理不穩(wěn)定因素：這種不穩(wěn)定因素主要表現(xiàn)為基體與增強(qiáng)物之間在使用的高溫條件下發(fā)生溶解以及溶解與再析出現(xiàn)象。 化學(xué)不穩(wěn)定因素：化學(xué)不穩(wěn)定因素主要是復(fù)合材料在制造、加工和使用過程中發(fā)生的界面化學(xué)作用，它包括界面反應(yīng)、交換反應(yīng)和暫穩(wěn)態(tài)界面的變化幾種現(xiàn)象。 16.顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制 （1）Orowan強(qiáng)化 Orowan強(qiáng)化是位錯(cuò)通過距離很近的細(xì)微硬粒子時(shí)受到粒子的阻礙而引起的強(qiáng)化作用。

51、60;（2）細(xì)晶強(qiáng)化 機(jī)制主要為：增強(qiáng)體表面的非均質(zhì)行核機(jī)制。當(dāng)顆粒尺寸較小時(shí)，顆粒會(huì)釘扎大角晶界，當(dāng)顆粒尺寸較大，顆粒會(huì)促進(jìn)再結(jié)晶行核。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的晶粒尺寸隨增強(qiáng)相尺寸增加而增加，隨增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)增加而減少，從而在基體中產(chǎn)生強(qiáng)化。 （3）固溶強(qiáng)化 當(dāng)外來原子固溶于基體中，它一方面能阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，另一方面由于外來原子與基體金屬原子具有不同的尺寸，將產(chǎn)生晶格畸變，產(chǎn)生應(yīng)變場(chǎng)，并且與位錯(cuò)發(fā)生交互作用。 （4）位錯(cuò)強(qiáng)化 在顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中，由于增強(qiáng)體與基體間的熱膨脹系數(shù)的巨大差異，將導(dǎo)致復(fù)合材料內(nèi)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。這種熱應(yīng)力引發(fā)的塑

52、性變形，使復(fù)合材料中的位錯(cuò)密度顯著增加。3.Al4C3相的特點(diǎn)、強(qiáng)度以及其他物理化學(xué)性能；SiO2呢？（第219頁） 反應(yīng)式：4Al+3SiC=Al4C3+3Si Al4C3析出于增強(qiáng)體與基體的界面上，使界面結(jié)合強(qiáng)度降低，降低了熔體的流動(dòng)性，增大了復(fù)合材料的環(huán)境敏感性，同時(shí)， Al4C3的含量對(duì)復(fù)合材料的剛度、強(qiáng)度及其失效行為具有重要影響；隨著該反應(yīng)的進(jìn)行顆粒本身被熔融鋁腐蝕而破壞，不僅強(qiáng)低增強(qiáng)體的強(qiáng)度，而且使復(fù)合材料的性能降低。 17粉末冶金 粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材

53、料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。 工藝流程：原料粉末的制備、壓制成坯塊、坯塊的燒結(jié)、產(chǎn)品的后序處理金屬基復(fù)合材料的特性有哪些？請(qǐng)?jiān)敿?xì)說明。答：金屬基復(fù)合材料的性能取決于所選的金屬和或合金基體和增強(qiáng)體的特性、含量、分布等。通過優(yōu)化組合可以獲得既具有金屬特性，又具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐熱、耐磨等綜合性能。綜合歸納金屬基復(fù)合材料具有以下性能特點(diǎn)：1. 高比強(qiáng)度、高比模量 由于金屬基體中加入了適量的高強(qiáng)度、高模量、低密度的纖維、晶須、顆粒等增強(qiáng)體，明顯提高復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量，特別是高性能連續(xù)纖維硼纖維、碳(石墨)纖維、碳化硅纖維等增強(qiáng)物，具有很高的強(qiáng)度和模量。2.導(dǎo)熱、導(dǎo)電性

54、能 金屬基復(fù)合材料中金屬基體占有很高的體積分?jǐn)?shù)，一般在60%以上，因此仍然保持金屬所特有的良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性。在金屬基復(fù)合材料中采用高導(dǎo)熱性的增強(qiáng)體可以進(jìn)一步提高金屬基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率比純金屬基體還高。3.熱膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性好 金屬基復(fù)合材料中所用的增強(qiáng)物碳纖維、碳化硅纖維、晶須、顆粒、硼纖維等既具有很小的熱膨脹系數(shù)，又有很高的模量，特別是超高模量的石墨纖維具有負(fù)的熱膨脹系數(shù)。加入相當(dāng)含量的增強(qiáng)體不僅大幅度提高材料的強(qiáng)度和模量，也使其熱膨脹系數(shù)明顯下降并可通過調(diào)整增強(qiáng)體的含量獲得不同的熱膨脹系數(shù)，以滿足各種工況要求。4. 良好的高溫性能 由于金屬基體的高溫性能比聚合物高很多，增強(qiáng)纖維、晶

55、須、顆粒在高溫下又都具有高的高溫強(qiáng)度和模量，因此金屬基復(fù)合材料具有比基體金屬更高的高溫性能，特別是連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。5.耐磨性好 金屬基復(fù)合材料，尤其是陶瓷纖維、晶須、顆粒增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料具有很好的耐磨性。6.良好的疲勞性能和斷裂韌度 金屬基復(fù)合材料的疲勞性能和斷裂韌度取決于纖維等增強(qiáng)體與金屬基體的界面結(jié)合狀態(tài)，增強(qiáng)體在金屬體重的分布以及金屬、增強(qiáng)體本身的特性，特別是界面狀態(tài)。最佳的界面狀態(tài)既可以有效地傳遞載荷，又能阻止裂紋的擴(kuò)展，提高材料的斷裂韌度。7.不吸潮，不老化，氣密性好 與聚合物相比，金屬性質(zhì)穩(wěn)定、組織致密，不存在老化、分解、吸潮等問題，也不會(huì)發(fā)生性能的自然退化，具有明

56、顯的優(yōu)越性?？傊饘倩鶑?fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量等以上所述的優(yōu)異的綜合性能，使金屬基復(fù)合材料在航天、航空、電子、汽車等領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用前景。金屬基復(fù)合材料基體的選擇原則有哪些？請(qǐng)?jiān)敿?xì)說明。答：金屬與合金的品種繁多，目前用作金屬基復(fù)合材料的基體金屬有鋁及鋁合金、鎂合金、鈦合金、鎳合金、銅與銅合金、鋅合金、鉛、鈦鋁、鎳鋁金屬間化合物等?；w材料的正確選擇，對(duì)于能否充分組合和發(fā)揮基體金屬和增強(qiáng)物性能，獲得預(yù)期的優(yōu)異綜合性能以滿足使用要求十分重要。1. 金屬基復(fù)合材料的使用要求 金屬基復(fù)合材料構(gòu)件的使用性能要求是選擇金屬基體材料最重要的依據(jù)。在宇航、航空、先進(jìn)武器、電子、汽車等技術(shù)領(lǐng)域和不同

57、的工作條件下，對(duì)復(fù)合材料的性能要求很大，需選擇不同基體的復(fù)合材料。在航天、航空技術(shù)中高比強(qiáng)度、高比模量、尺寸穩(wěn)定性是最重要的性能要求。此外，高性能發(fā)動(dòng)機(jī)還要有優(yōu)良的耐高溫性能。電子工業(yè)集成電路則需要高導(dǎo)熱、低熱膨脹的金屬基復(fù)合材料作為散熱元件和基板。2. 金屬基復(fù)合材料組成的特點(diǎn) 金屬基復(fù)合材料有連續(xù)增強(qiáng)和非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，由于增強(qiáng)體的性質(zhì)和增強(qiáng)機(jī)制不同，在基體材料的選擇原則上有很大差別。對(duì)于連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，纖維是主要承載物體。纖維本身具有很高的強(qiáng)度和模量，金屬基體的強(qiáng)度和模量遠(yuǎn)低于纖維的性能，因此在連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中基體主要作用是以發(fā)揮增強(qiáng)纖維的性能為主，基體本

58、身應(yīng)與纖維有良好的相容性和塑性，基體不需要很高的強(qiáng)度。對(duì)于非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，基體的強(qiáng)度對(duì)非連續(xù)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料有絕對(duì)的影響。因此要獲得高性能的金屬基復(fù)合材料必須選用高強(qiáng)度的鋁合金為基體。總之針對(duì)不同的增強(qiáng)體系，要充分分析和考慮增強(qiáng)體的特點(diǎn)來正確選擇基體合金。3. 基體金屬與增強(qiáng)體的相容性 金屬基復(fù)合材料制備過程中金屬基體與增強(qiáng)體在高溫復(fù)合過程中會(huì)發(fā)生不同程度的界面反應(yīng)，基體金屬中往往含有不同烈性的合金元素，這些合金元素與增強(qiáng)體的反應(yīng)程度不同，反應(yīng)后生成的反應(yīng)產(chǎn)物也不同，在選用基體合金成分時(shí)盡可能選擇既有利于金屬與增強(qiáng)體浸潤復(fù)合，又有利于形成合適穩(wěn)定的界面的合金元素。如碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)

59、合材料中，在純鋁中加入少量的Ti、Zr等元素可以明顯的改善復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)和性能，提高復(fù)合材料的性能。鐵鎳元素是促進(jìn)碳石墨化的元素，用鐵鎳作為基體，碳纖維作為增強(qiáng)體是不可取的。金屬基復(fù)合材料需要在高溫下成型，制備過程中，處于高溫?zé)崃W(xué)非平衡狀態(tài)下的纖維與金屬之間很容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在界面形成反應(yīng)層。界面反應(yīng)層大多是脆性的，當(dāng)反應(yīng)層達(dá)到一定厚度后，材料受力時(shí)將會(huì)因界面層的斷裂伸長小而產(chǎn)生裂紋，并向周圍纖維擴(kuò)展，容易引起纖維斷裂，導(dǎo)致復(fù)合材料整體破壞。 在選擇基體時(shí)要充分考慮與增強(qiáng)體的相容性，特別是化學(xué)相容性，并盡可能在復(fù)合材料成型過程中抑制界面反應(yīng)。請(qǐng)陳述金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)體的特性及分類。答：

60、金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體的基本特性如下：1增強(qiáng)體應(yīng)具有能明顯提高金屬基體某種所需特性的性能，如高的比強(qiáng)度、比模量、高導(dǎo)熱性、耐熱性、耐磨性、低熱膨脹等，以便賦予金屬基體所需的某種特性和綜合性能。2增強(qiáng)體應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。在金屬基復(fù)合材料制備和使用過程中其組織結(jié)構(gòu)和性能不發(fā)生明顯的變化和退化，與金屬基體有良好的化學(xué)相容性，不發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)。3與金屬好的浸潤性，或通過表面處理能與金屬基體良好浸潤、復(fù)合和分布均勻。此外，增強(qiáng)體的成本也是應(yīng)考慮的一個(gè)重要因素。金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體分類如下：1纖維類增強(qiáng)體。包括連續(xù)長纖維和短纖維兩種。連續(xù)長纖維的長度均超過數(shù)百米，纖維性能有方向性，一般沿軸向有

61、很高的強(qiáng)度和彈性模量。短纖維一般由幾毫米到幾十毫米，排列無方向性，通常采用生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高的噴射法制造。2顆粒增強(qiáng)體，包括外加和內(nèi)生兩種，一般是陶瓷和石墨等非金屬顆粒。3晶須類增強(qiáng)體。根據(jù)化學(xué)成分不同，晶須可分為陶瓷晶須和金屬晶須兩類。陶瓷晶須包括氧化物和非氧化物晶須，金屬晶須包括Cu、Cr、Fe、Ni晶須。4其他增強(qiáng)體。用于金屬基復(fù)合材料的高強(qiáng)度、高模量金屬絲增強(qiáng)體，主要有鐵絲、高強(qiáng)度鋼絲、不銹鋼絲和鎢絲等。金屬基復(fù)合材料制造中的關(guān)鍵技術(shù)問題有哪些？請(qǐng)?jiān)敿?xì)說明。答： 由于金屬所固有的物理和化學(xué)特性，其加工性能不如樹脂好，在制造金屬基復(fù)合材料中需要解決一些關(guān)鍵技術(shù)問題，主要包括： 1在高

62、溫下易發(fā)生不利的化學(xué)反應(yīng) 在加工過程中，為了確保基體的浸潤性和流動(dòng)性，需要采用很高的加工溫度（往往接近或高于基體的熔點(diǎn)）。在高溫下，基體與增強(qiáng)材料易發(fā)生界面反應(yīng)，有時(shí)會(huì)發(fā)生氧化而生成有害的反應(yīng)產(chǎn)物。這些反應(yīng)往往會(huì)對(duì)增強(qiáng)材料造成損害，形成過強(qiáng)結(jié)合界面，而過強(qiáng)結(jié)合界面會(huì)使材料產(chǎn)生早期低應(yīng)力破壞。同時(shí)，高溫下反應(yīng)的產(chǎn)物通常呈脆性，會(huì)成為復(fù)合材料整體破壞的裂紋源。因此，控制復(fù)合材料的加工溫度是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。 解決的方法是：盡量縮短高溫加工時(shí)間，使增強(qiáng)材料與基體界面反應(yīng)降至最低溫度；通過提高工作壓力使增強(qiáng)材料與基體浸潤速度加快；采用擴(kuò)散粘接法可有效地控制溫度并縮短時(shí)間。 2增強(qiáng)材料與基體潤濕性差 絕大多

63、數(shù)的金屬基復(fù)合材料如：碳/鋁、碳/鎂、碳化硅/鋁、氧化鋁/銅等，基體對(duì)增強(qiáng)材料潤濕性差，有時(shí)根本不會(huì)發(fā)生潤濕現(xiàn)象。解決的方法是：加入合金元素，優(yōu)化基體組分，改善基體對(duì)增強(qiáng)材料的潤濕性，常用的合金元素有鈦、鋯、鈮、鈰等；對(duì)增強(qiáng)材料進(jìn)行表面處理，涂覆一層可抑制界面反應(yīng)的涂層，可有效改善其潤濕性。表面涂層涂覆方法很多，如化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、溶膠-凝膠和電鍍或化學(xué)鍍等。 3如何使增強(qiáng)材料按所需方向均勻的分布于基體中 增強(qiáng)材料的種類較多，如短纖維、晶須、顆粒等，還有直徑較粗的單絲、直徑較細(xì)的纖維束等，同時(shí)在尺寸、形態(tài)、理化性能上也有很大差異，使其均勻地、或按設(shè)計(jì)強(qiáng)度的需要分布比較困難。解決的方法

64、是：對(duì)增強(qiáng)材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，使其浸漬基體速度加快；加入適當(dāng)?shù)暮辖鹪馗纳苹w的分散性；施加適當(dāng)?shù)膲毫?，使基體分散性增大。金屬基復(fù)合材料的二次成形加工技術(shù)有哪些？請(qǐng)分別陳述。答：為了制成實(shí)用的金屬基復(fù)合材料構(gòu)件，需對(duì)金屬基復(fù)合材料進(jìn)行二次成型加工和切削加工。由于增強(qiáng)物的加入給金屬基復(fù)合材料的二次加工帶來很大的困難，如陶瓷纖維、晶須、顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，增強(qiáng)物硬度高、耐磨，使這種復(fù)合材料的切削加工十分困難。不向類型的金同基復(fù)合材料構(gòu)件的加工要求和難度有很大差別，對(duì)連續(xù)纖維增強(qiáng)金屆基復(fù)合材料構(gòu)件一般在復(fù)合過程中完成成型過程，輔以少量的切削加工和連接即成構(gòu)件而短纖維、晶須、顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料則可采用鑄造、擠壓、超塑成型、焊接、切削加工等二次加工制成實(shí)用的金屬基復(fù)合材料構(gòu)件。 常用的生產(chǎn)有色金屬鑄件的鑄造方法可用來制造顆粒增