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1、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（Metal Matrix Composite， 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 . All Rights Reserved 02 金属基复合材料的发展进程 美国人最早发明了金
2、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 . All Rights Reserved 03 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
3、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 . All Rights Reserved 04 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 . All Rights Reserved 05 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
4、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
5、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 . All Rights Reserved 06 金属基复合材料的界面
6、 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
7、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 . All Rights Reserved 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 . All Rights Reserved 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
8、源：BCC research, METAL MATRIX COMPOSITES: THE GLOBAL MARKET 0 50 100 150 200 250 2014 2015 2020 全球金属基复合材料产业产值及预测/百万美元 Copyrights . All Rights Reserved 090909 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。 0 20 40 60 80 100 120 140 160 北美欧洲亚太南美其他 2014 2015
9、2020 来源：BCC research, METAL MATRIX COMPOSITES: THE GLOBAL MARKET 全球金属基复合材料产能分布及预测/百万美元 Copyrights . All Rights Reserved 090910 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%。 0.00 500.00 1,000.00 1,500.00 2,000.00 2,500.00 3,000.00 3,500.00 4,000.00 4,500.00 2014 2
10、015 2020 来源：BCC research, METAL MATRIX COMPOSITES: THE GLOBAL MARKET 全球金属基复合材料产量分析/吨 Copyrights . All Rights Reserved 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（ Composite Metal Technology Plc ）、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） 3A740.8 3M31,821 GKN集团11,504.1 力拓矿业47,664 来
11、源：BCC research 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 . All Rights Reserved 090912 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
12、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 . All Rights Reserved 090913 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
13、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 . All Rights Reserved 微信公众号：xincailiaozaixian 新浪微博：新材料在线官微 Email: 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
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