料成为首选结构复合材料。其在宇航、汽车、电子、建筑工业中
占有重要的位置。
例：碳化硅强化的铝基复合材料已在轿车发动机汽缸内套和
活塞、摩托车刹车片、山地自行车钢圈等耐磨材料和航天航空用 仪表材料等方面获得应用。
复合材料实际应用
电子工业
航空航天工业 汽车工业
2 金属基复合材料的制备与制坯工艺
简称PM法，是利用粉末冶金原理，将基体粉末与增强颗粒按设计要 求的比例进行机械混合，然后再压坯、烧结或直接用混合料进行热压 、热轧、热挤成型来制备金属基基复合材料的方法。是较早用来制备 镁基复合材料的工艺。 粉末冶金的特点 ：可控制增颗粒的体积分数 ，增强体在基体中分 布均匀；制备温度较低 ，一般不会发生过量的界面反应。该法工艺设 备较复杂，成本较高，不易制备形状复杂的零件。
纤维与基体间形成良好的界面结合，得到复合材料制件。
：（1）工艺参数易于精确控制； （2）纤维在制件中的空间位置可按构件受力情况进行精确铺排， 制件质量好。
：由于模型加压的单向性，使该工艺限于制作形状较为简单的板 材、某些型材或叶片。
： 、拉拔、轧制、锻造、热等静压等。 通过热挤压的方法可将金属基复合材料坯料加工成各种 断面形状的制品，赋予复合材料各种断面形状的同时，也达到 及提 高材料 、强度、塑性等目的。
：
（1）挤压比：一般挤压比在4~30之间，随挤压比的增大，挤压制品中晶 须或纤维沿挤压方向的定向排列程度增强，但过大的挤压比会使晶须或纤
维折断程度也增大。对于颗粒相增强复合材料，同样随着挤压比的增大，
复合材料抗拉强度和延伸率亦随之增大。 （2）挤压温度：一般挤压温度低于固相线温度20~100℃，并随强化相含 量的增加而增加。在较低温度范围内，提高挤压温度有利于晶须或纤维的 定向排列，有利于松弛应力，使晶须在变形中损伤与折断减少，复合材料 的抗拉强度明显上升。在较高温度范围内，提高挤压温度可降低变形力， 但对晶须或纤维的定向排列影响不大，并使挤压件表面质量下降。 （3）挤压速度：挤压速度通常要求很低，极限挤压速度一般为 3~120mm/min。
5
：
热挤压模具结构
由于热挤压模具是在高温和高负荷下工作的，因此其抗磨性
和耐疲劳性能要求很高，模具设计中必须考虑冷却问题。
热挤压模具设计中的重要参数：
（1）反挤压杆底端的锥顶角α1。 （2）正挤压凹模锥角α2. （3）圆角半径R的大小。
随着α1、α2及R的增大，挤压力降低，同时晶须或纤维的折断程度明显降低， 大幅度提高了制件的抗拉强度和塑性。
谢 谢
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强化材料
普通铸 造法 金属 粉末
混合
直接水冷铸造
坯料
：在高温下施加静压力，使纤维与基体
扩散结合在一起的方法。
：按照制件形状、纤维体积密度及增强方向的要 求，将金属基复合材料预制条带及基体金属箔或粉末布，经 剪裁、铺设、叠层、组装，在低于复合材料基体金属熔点的 温度下加压并保持一定时间；基体金属产生 与扩散，使
强化 材料 粉末冶 金法 混合 金属 粉末 预制 成形
烧结
坯料
：首先使晶须或颗粒（SiC）预成形体,然后将该成形 体和合金熔液倒入金属模内固化,再在1000大气压的高压下铸造,生产
出供挤压用的坯锭(坯锭直径可大到200毫米）。
强化材料预成形体
高压铸 造法 金属 熔体
高压 铸造
坯料
：把强化材料和金属粉末混合后，再加热熔化，之后 把金属熔体引入到一个铸模里进行冷却从而得到坯料。铸造模具采用 一套流体或水冷却系统对水冷金属铸型或者模样板进行冷却，冷却介 质可以是油、空气或水等，通过对进入管道的流体温度和流量等的调 节，可以控制冷却速度。
（1）容易产生黏模现象。 （2）制品表面产生粗糙、条纹等缺陷。
复合材 料坯料 摩擦力 凹模 宏观裂纹
坯料表 面晶须
摩擦力
凹模
坯料表面 拉应力
表面裂纹
（1）采用无死角挤压、包覆挤压、陶瓷模挤压等方法有利于减少 挤压时的黏模现象，有效降低复合材料表面摩擦力，并能提高挤压速 度。 （2）为降低摩擦力，挤压前在坯料与凹模及挤压筒间均采用油剂 石墨进行润滑。
；后续加工生产灵活性大，有利于获得管、棒、线、空心
或实心型材。而对于粉末冶金法制备的复合材料，利用高温挤压变形时强三向 压应力和强剪切变形作用，可以破坏粉末表面的氧化膜，改善粉末颗粒之间的
接触状态，压合内部的空洞和孔隙，提高制品的致密度与性能。
利用挤压加工时基体金属的塑性流动，可增加晶须或短纤维的沿流 动方向的取向，从而达到强化效果。 为了利用取向性提高复合材料的强化效果，要求强化相的长径比达到 某一临界值以上。
复合材料结构
பைடு நூலகம்金属
纤维
基体
颗粒
增强相
晶须
基体 复合 材料 增强 体
例：“25%SiCp/6061复合材料”表示在6061铝合金基体中分散有 25%SiC颗粒（体积分数）增强体的复合材料。 注：分散颗粒用下标p表示，晶须或纤维用下标w表示。
金属基复合材料多以铝及铝合金、镁及镁合金和钛及钛合金
作为基体，由于具有密度低、比强度和比弹性模量高、导电导热 性能高、韧性和抗冲击性能高、耐磨性好等优点，金属基复合材
材 料 学 李 小 强
复 合 材 料 成 形 技 术
目录
1
金属基复合材料
2 金属基复合材料的制备与制坯工艺 3
热压扩散成形法
4 金属基复合材料的坯料的热挤压成型 5
热挤压模具结构
1
金属基复合材料
复合材料的定义
由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的 一种多相固体材料。
复合材料的种类
（1）聚合物基复合材料。其中含有热固性树脂基复合材料，热塑 性树脂基和橡胶基复合材料。 （2）金属基复合材料。其中含有轻金属基，高熔点金属基，金属 间化合物基复合材料。 （3）无机非金属基复合材料。其中含有陶瓷基，碳基，水泥基复 合材料。