一张图看懂金属基复合材料

2016年08月新材料在线一张图看懂金属基复合材料基础知识简介01金属基复合材料简介金属基复合材料（MetalMatrixComposite，MMC）一般是以金属或合金为基体，以颗粒、晶须或纤维形式的第二相组成的复合材料。金属基复合材料的特点来源：金属基复合材料-赵玉涛-2007，机械工业出版社良好的导热、导电性能热膨胀系数小、尺寸稳定性好良好的高温性能和耐磨性不吸潮、不老化、气密性好...高比强度、比模量良好的断裂韧性和抗疲劳性能Copyrights©xincailiao.com.AllRightsReserved02金属基复合材料的发展进程美国人最早发明了金属基复合材料。NASA制备出钨丝增强Cu基复合材料，是纤维增强金属基复合材料的研究起点20世纪60年代B/Al复合材料在哥伦比亚航天飞机上应用1978年20世纪80年代在汽车、体育用品等领域得到应用90年代后期在电子产品领域得到应用近年功能和纳米金属基复合材料成为研究热点Copyrights©xincailiao.com.AllRightsReserved03金属基复合材料的分类金属基复合材料分类基体铝基复合材料铜基复合材料镁基复合材料钛基复合材料镍基复合材料...增强体短纤维、晶须增强金属基复合材料长纤维强金属基复合材料层状复合材料...结构复合材料功能复合材料金属复合材料来源：金属基复合材料-赵玉涛-2007，机械工业出版社颗粒增强金属基复合材料Copyrights©xincailiao.com.AllRightsReserved04金属基复合材料的应用金属基复合材料的应用电子汽车军事医疗航天图片来源：网络Copyrights©xincailiao.com.AllRightsReserved05金属基复合材料的制备工艺金属基复合材料的制备工艺主要有四大类：（1）固态法：(2)液态法：(3)喷射与喷涂沉积法；(4)原位复合法。工艺方法主要有：•扩散结合•粉末冶金•真空热压法固态法•化学气相沉积•热喷涂•物理气相沉积喷射与沉积法•铸造法•压铸法•半固态复合铸造•液态渗透•搅拌法•无压渗透法等液态法•共晶合金定向凝固法•直接金属氧化法•反应自生成法原位复合法•......来源：金属基复合材料-赵玉涛-2007，机械工业出版社粉末冶金是将金属粉末或非金属粉末（或金属与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金具体工艺流程典型工艺之粉末冶金特点：复合材料组织较均匀，材料性能较好。缺点：工艺相对较复杂，压模等成本较高，大规模应用受限。粉末制备粉末压制成型烧结后处理真空热压法是在一定温度下，通过施加一定的压力使两种材料形成界面结合，从而制备复合材料的方法。真空热压法具体工艺流程典型工艺之真空热压法特点：材料相对致密，性能较好。缺点：真空系统等成本高昂，大规模应用受限。加热保温加压后处理浸渗法是将熔融金属液浸入增强体骨架结构中，从而获得金属复合材料的方法浸渗法具体工艺流程前处理•清洗•干燥等浸渗•真空气压浸渗•无压浸渗后处理•清洗•热固化等特点：其工艺简单，成本较低。缺点：由于某些金属液与增强体骨架之间的润湿性不良，浸渗技术难度大。压力浸渗的压力系统复杂，限制了其工业应用。典型工艺之浸渗法Copyrights©xincailiao.com.AllRightsReserved06金属基复合材料的界面金属基复合材料的界面结合主要有三种：（1）机械结合；(2)浸润与溶解结合；(3)化学反应结合。机械结合主要依靠增强剂的粗糙表面的机械“锚固”力结合。浸润与溶解结合如相互溶解严重，也可能发生溶解后析出现象，严重损伤增强剂，降低复合材料的性能。化学反应结合在金属基复合材料中，增强相和基体界面存在一定的结合力。在不同的界面结合受载时，如结合太弱，则材料强度低；结合太强，则材料可能脆断，既降低强度，又降低塑性。只有界面结合适中的复合材料才呈现高强度和高塑性。来源：金属基复合材料-赵玉涛-2007，机械工业出版社大多数金属基复合材料的基体与增强相之间的界面处存在着化学势梯度。只要存在着有利的动力学条件，就可能发生相互扩散和化学反应。Copyrights©xincailiao.com.AllRightsReserved产业链分析090907金属基复合材料的产业链分布较为广泛上游中游下游金属增强体材料工艺设备金属基复合材料汽车军事、航天电子、医疗等金属基复合材料的产业链结构Copyrights©xincailiao.com.AllRightsReserved市场分析090908全球金属基复合材料市场规模2015年全球金属基复合材料的市场规模为326.9百万美元，预计2020年金属基复合材料的市场规模为431.1百万美元。年复增长率为5.7%。来源：BCCresearch,METALMATRIXCOMPOSITES:THEGLOBALMARKET050100150200250201420152020全球金属基复合材料产业产值及预测/百万美元Copyrights©xincailiao.com.AllRightsReserved090909全球金属基复合材料的产能分布2015年全球金属基复合材料的产值约为326.9百万美元，主要分布在亚太、北美、欧洲等地区。亚太为全球产能占比最大的地区，占全球总产能的1/3。020406080100120140160北美欧洲亚太南美其他201420152020来源：BCCresearch,METALMATRIXCOMPOSITES:THEGLOBALMARKET全球金属基复合材料产能分布及预测/百万美元Copyrights©xincailiao.com.AllRightsReserved090910全球金属基复合材料的产量分析2015年全球金属基复合材料的产量为6,673.8吨，预计2020年金属基复合材料的产量为8,859.1吨。年复增长率为5.8%。0.00500.001,000.001,500.002,000.002,500.003,000.003,500.004,000.004,500.00201420152020来源：BCCresearch,METALMATRIXCOMPOSITES:THEGLOBALMARKET全球金属基复合材料产量分析/吨Copyrights©xincailiao.com.AllRightsReserved企业分析及前景预测090911金属基复合材料的主要制造商金属基复合材料制造商主要有3A公司、3M公司、复合金属技术公司（CompositeMetalTechnologyPlc）、Cymat公司等等。各公司2014年净销售额对比如下：种类销售额（百万美元）3A740.83M31,821GKN集团11,504.1力拓矿业47,664……来源：BCCresearch国内金属基复合材料制造企业较多，但起步晚，技术基础薄弱，难以满足高端市场需求。产品开发能力和工艺技术方面与国外同行仍然存在较大差距。Copyrights©xincailiao.com.AllRightsReserved090912金属基复合材料存在的问题金属基复合材料目前存在的主要要问题包括：来源：于琨金属基复合材料现状与存在的问题2011•无论是增强纤维的制造，还是与金属基体的复合，都有自己的特殊制造工艺和专门生产设备，技术难度大，效率低。工艺技术复杂•由于工艺技术复杂，必然增加成本。价格昂贵•金属基复合材料主要性能优越，但在横向冲度、冲击韧性、加工性能等方面尚有不足。加之工艺复杂不够稳定，性能的分散度大，重复性较差。性能有待改进，工艺尚需完善•金属基复合材料是一种完全不同于普通金属的新颖材料，由于发展时间尚短，性能数据还不充分，它的断裂机理和设计准则与常规材料有很大差异。设计与使用经验不足Copyrights©xincailiao.com.AllRightsReserved090913金属基复合材料行业发展趋势未来一段时间内金属基复合材料的研发重点不同基体和增强相复合效果、复合材料的设计与性能；增强相/基体的界面优化、界面设计；制备工艺的研究改进，以提高复合材料的性能和降低成本；新型增强剂的研究开发；复合材料的扩大应用。来源：新材料在线整理由于良好的性能优势以及可调节的特点，未来金属基复合材料的应用将会越来越广Copyrights©xincailiao.com.AllRightsReserved微信公众号：xincailiaozaixian新浪微博：新材料在线官微Email:[e-mail]官方微博官方微信新材料在线®免责声明新材料在线®版权声明1.本文仅代表作者本人观点，新材料在线®对文中陈述、观点判断保持中立，不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。本报告内容及观点也不构成任何投资建议，报告中所引用信息均来自公开资料，请读者仅作参考，并请自行承担全部责任。2.本文部分数据、图表或其他内容来源于网络或其他公开资料，版权归属原作者、原出处所有。任何涉及商业盈利目的均不得使用，否则产生的一切后果将由您自己承担。3.新材料在线®尊重知识产权，本文作者引用部分数据仅为交流学习之用，所引用数据都标注了原文出处，个人或单位如认为本文存在侵权之内容，应及时与我们取得联系，收到信息后即及时给予处理。4.新材料在线®力求数据严谨准确，但因时间和人力有限，文中数据难免有所纰漏，我们对文中数据、观点不做任何保证。如有重大失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们热忱欢迎新材料各界人士免费加入[新材料在线®]平台，发表您的观点或见解。对【版权声明】和【免责声明】的解释权、修改权及更新权均属于新材料在线®所有。1.凡注明“新材料在线”的所有文字、图片、音视频资料、研究报告等信息版权均属新材料在线®平台所有，转载或引用本网版权所有之内容须注明“转自（或引自）新材料在线”字样，并标明本网网址。2.本站信息仅供用于学习交流使用，对于不当转载或引用本网内容而引起的民事纷争、行政处理或其他损失，本网不承担责任。附则