金属基复合材料检验方法研究现状

李铁

摘要：金属基复合材料具有可设计性。由于其具有高比强度、高比刚度、低膨胀性和耐磨性等优良性能，作为一种新型的结构-功能集成材料，在卫星、空间实验室、深空探测等航空航天领域以及大型飞机上具有重要的应用价值，应用于新一代军用飞机、无人机等航空领域，金属基复合材料将在中国航天发展过程中发挥越来越重要的作用。

关键词：金属基复合材料;试验方法;研究现状。分析

1金属基复合材料的分类

1.1根据矩阵类型进行分类

1.1.1黑色金属基复合材料

常见的黑色金属基复合材料是钢基复合材料。钢作为最常用的功能材料，由于其熔点高、比重大、比强度小、制造工艺困难等特点，一直没有得到广泛的研究;然而，现代工业的快速发展迫切需要能够在恶劣条件下正常工作的结构件，因此，改善和提高钢基体的性能具有重要的价值;将具有高比刚度和强度的增强颗粒与铁基体结合，可以降低基体材料的密度，提高其硬度、耐磨性和弹性模量等物理性能。

1.1.2有色金属基底

常见的有色金属基复合材料包括铝基、镁基、钛基和镍基复合材料。有色金属基复合材料因其熔点低、硬度低而得到了比黑色金属基复合材料更广泛的应用;目前，各种高比模量、高比强度的有色金属基复合材料广泛应用于航空航天和汽车工业;铝基复合材料具有铝合金密度低、导热性好的特点，但也具有较高的强度和刚度，且制备方法多、易于模具加工的特点，也在一定程度上降低了铝基复合材料的制造成本;与铝基复合材料相比，镁基复合材料具有更轻的重量，因此可用于航空航天、航天等对质量性能有严格要求的高科技零部件。

1.2根据增强相形态进行分类

1.2.1连续纤维增强金属基复合材料

连续纤维增强金属基复合材料是一种由金属细丝和无机纤维合成的轻质高强度材料。纤维直径为3～150μm（晶须直径小于1μm），长径比大于102。连续纤维增强金属基复合材料比其他增强类型的复合材料具有更明显的增强效果和各向异性。连续纤维增强金属基复合材料由于其制造工艺复杂、制造成本高，主要应用于先进科学技术领域。目前，已成功应用于金属基合金复合材料的连续长纤维包括碳（石墨）纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和不锈钢丝等。

1.2.2不连续纤维增强金属基复合材料

由于连续纤维增强金属基复合材料成本较高，不适合考虑成本较高的普通工业生产。因此，生产成本较低，具有颗粒、晶须、短纤维等增强相的非连续纤维增强金属基复合材料成为近年来研究的热点，发展迅速。非连续纤维增强金属基复合材料不仅具有高比刚度、比强度、高疲劳强度、高耐磨性、高抗蠕变性、低热膨胀率等特点，而且具有各向同性。因此，可以通过改变强化阶段的类型和形式或采用传统的冷热加工工艺来调整材料的性能，以满足设计要求。非连续纤维增强金属基复合材料的优异性能使其在许多结构领域成为传统金属材料的有力竞争者，在航空航天、汽车和民用工业的发展和应用中受到广泛关注。其中，颗粒增强金属基复合材料的应用最为广泛。

1.2.3混杂增强金属基复合材料

混杂增强金属基复合材料（MMC）由单一增强形式组成。根据组合中所涉及的不同增强剂，它们可分为三种类型：颗粒-短纤维（或晶须）、连续纤维-颗粒和连续纤维-连续纤维。与其他单一增强复合材料相比，混杂增强相能在一定程度上提高复合材料的强度和力学性能。例如，将颗粒混合到短纤维或晶须预制件中，可以解决增强相的粘附和团聚现象，改善材料性能。除了上述常见的增强材料外，越来越多的材料被用作增强相来制备金属基复合材料，包括石墨烯、碳纳米管等纳米级高科技材料，其中石墨烯金属基复合材料取得了突破，显示出巨大的发展潜力。

2金属基复合材料的试验方法

与树脂基复合材料相比，我国金属基复合材料的检测方法和标准严重缺乏。例如，对于金属基复合材料的主要物理和化学性能，没有标准的测试方法。目前，对金属基复合材料性能的测试方法大多是对金属材料的相应测试方法，往往不能反映金属基复合材料的真实性能。由于我国尚未建立比较完善的金属基复合材料标准体系来指导金属基复合材料试验方法标准体系的修订工作，导致金属基复合材料标准相对于金属基复合材料行业的发展滞后，制约了金属基复合材料产业的可持续发展。

为了解决上述问题，2008年11月，国家工程材料标准化工作组（SWG3）在南京成立，其秘书处单位为江苏省产品质量监督检验研究院。工程材料标准化工作组致力于金属和生物基复合材料领域。国家工程材料标准化工作組成立以来，积极开展金属基复合材料标准体系建设和短缺法标准制定工作。在国家标准委员会的大力支持下，国家质检及公益性行业科研专项《金属基复合材料检验方法及标准体系研究》（项目编号：201110223）。通过本科研项目的开发，调查金属基复合材料标准的现状，建立金属基复合材料标准体系框架，制定金属基复合材料检验方法标准，完善金属基复合材料检测方法标准体系。到目前为止，国家工程材料标准化工作组已经批准了两项金属基复合材料检验方法的国家标准，分别是《金属基复合材料室温拉伸试验方法》（方案编号：20120333-T-469）和《金属基复合材料增强体含量试验方法图像分析》（方案编号：20120333-T-469）20120334-T-469）。

结论

与传统的单一金属、陶瓷、聚合物等工程材料相比，金属基复合材料不仅具有优异的力学性能，而且具有一些特殊性能和良好的综合性能，其应用越来越广泛。经过50多年的发展，随着越来越多的金属基复合材料的制备方法的改进和提高，金属基复合材料的发展从基本上起步较早，因为价格昂贵且只能应用于高端行业的困境，越来越多地应用于机械，汽车和建材民用产业，显示出广阔的应用前景和较强的竞争力。随着科学技术的发展，金属基复合材料作为高性能材料领域的一支生力军，其理论基础和制备技术将有更大的突破，并在国民经济的各个领域发挥重要作用。

参考文献

[1]宋锦柱，朱宇宏，王燕，姚强.金属基复合材料产业化及标准现状[J].中国标准化，2013（05）：38-42.