复合材料成型技术

1、 金属复合材料成型技术金属基复合材料发展的历史背景 二十世纪以来，随着科学技术的进步和新技术、新产业的出现，特别是二战后高、精、尖技术的迅速崛起和发展，世界各国对工程材料的需求越来越广泛，对材料性能也提出了越来越苛刻的要求。在这种情况下，传统的、单一的金属材料，或受自然资源的局限，或因综合性能不足，其应用领域受到了很大的限制，已越来越不能满足高新技术的发展要求。20世纪80年代以后，金属基复合材料被广泛应用于火箭制造、兵器工业、航空航天等科技尖端领域。近些年来，随着社会经济的发展，人们对能源和资源的消耗量日益增多，许多矿产资源日渐枯竭，广泛使用节能环保的绿色复合材料已经成为社会生活的发展潮流，

2、世界各国也将研究和制备新型复合材料作为材料科学领域一个重要的发展方向川。现在，金属基复合材料在石油、机械、化工、造船、建筑、电力、电子及家用电器、日常生活用品等许多领域得到更加广泛的应用。为节约能源和资源，减轻产品重量、提高产品的性能，产品的生产者和消费者也急需科研工作者开发研制出种类更多、成本更低、性能更优的新型材料来满足生产和使用的要求。所以开发研制新型金属基复合材料具有十分紧迫的现实意义，也必将带来显著的经济效益和社会效益。 金属基复合材料根据其特点可以分为三大类:层状复合材料 颗粒复合材料纤维复合材料金属层状复合材料的定义和性能要求 金属层状复合材料的定义 层压型复合材料是金属基复合材

3、料中的一种，根据国际标准化组织的定义:层状复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质层合而成的一种多相固体材料。层状复合材料各组元层保持各自的相对独立性，但其性能并不是组元材料性能的简单叠加，而是有着重要的改进。合理选择不同的组元层，可以使该材料具有多种优异性能，以满足抗磨损、抗腐蚀、抗冲击及高导热性、导电性等多种特殊的应用要求。金属层状复合材料的性能要求 近些年来，随着科学技术的进步，特别是高精尖技术的发展，对复合材料的品种和性能提出了更高的要求。要求复合材料性能好、寿命长、安全可靠，具有更高的强度、韧性和更小的比重;有时还需要复合材料具有优良的的耐热性和耐腐蚀性，而且价格低，能够节

4、约稀贵金属。要在单一的金属材料上实现以上的性能要求有时十分困难，甚至不能实现。通过几种物理性能相异材料的相互复合，实现以上功能并不困难。层压型复合材料作为复合材料中的一种，可以满足以下要求:(1)性能互补:如将高硬度材料与高韧性材料层状复合后制成性能互补的复合板。(2)表面保护作用:用耐热、耐腐蚀、耐磨的材料作复合板的表层起到保护作用。(3)利用材料物理性能的差异:如利用热膨胀系数不同的材料制作热敏元件。(4)经济作用:稀贵金属与廉价金属复合以节约稀贵元素或贵金属。金属层状复合材料的特性和应用 金属层状复合材料的特性 金属层状复合材料是利用复合技术使两种或两种以上物理、化学性能不同的金属层牢固

5、结合在一起而获得的一种新型材料。通过科学的选择材料组元，合理的设计复层结构，可以满足不同的应用需要。通过材料设计，金属层状复合材料比较容易实现以下性能: (l)具有高比强度、比模量。 (2)具有优良的耐高温性能，能在高温、氧化性气氛中正常工作。 (3)耐磨、导热性好、热膨胀小、尺寸稳定。 (4)成本低廉，适用于批量生产。金属层状复合材料的应用 层状复合材料的特点在于能够充分发挥和合理利用各种金属的特殊物理、力学性能，大大节约稀贵金属以降低成本。通过对层板组分的合理的选择以及适当的加工工艺，可以获得满足不同需要的层状金属复合材料。目前，层压复合材料已广泛应用于交通、建筑、化工、核能、电力、海洋工

6、程等多种行业。金属层状复合材料的研究现状 1956年美国率先提出金属层压复合的三步工艺，即:表面处理轧制复合退火强化处理，这项技术使双金属室温固相复合得到了迅速的发展。 前苏联对层压复合材料的研究始于20世纪30年代，主要采用轧制法、铸造法、爆炸法、扩散焊法等方法生产铝、钦、钢等金属与合金的复合材料，尤其在冷轧复合方面的研究比较深入。 英、法、德等发达国家对复合材料的研究也有相当的水平，其中英国伯明翰大学在20世纪五、六十年代对固相复合进行了较为系统的研究，取得了很多成果。 日本在复合材料方面的研究起步较晚，但其发展十分迅速，近年来已成为从事金属复合研究最多的国家之一。特别是20世纪90年代以

7、后，对不锈钢与铝的复合研究更是取得了很多成果，而且申请了多项专利，尤其在阶梯式加热复合及温轧复合方面取得了令人瞩目的研究成果。 我国对金属层状复合材料的研究起始于20世纪60年代初，主要生产方式有爆炸复合法、爆炸+轧制(冷轧、热轧)复合法、包浇(固一液结合)+轧制复合法等。其中“包浇十轧制法”在重钢五厂实验并成功生产过，但后来由于技术经济条件制约而停止生产。热轧复合法在上钢三厂生产过，但产品质量水平与国外产品有一定的差距，主要表现在界面结合较差，结合面抗剪强度较低以及复层金属厚度不均等。现阶段我国双金属复合板的生产中，爆炸+轧制复合法己经比较成熟。但是爆炸复合法工艺繁杂，生产效率低，难以实现大

8、规模、连续化生产，而且工作环境恶劣，噪音大，污染环境。现在用爆炸复合法生产的复合板产品价格较高，而且在板形、结合质量方面与国外同类产品还有一定的差距。金属层状复合材料的制备方法 （1）轧制复合 轧制复合法是借助大的压下量轧制两层或多层金属和合金，依靠原子间金属键的相互吸引力而使组元层结合起来的一种复合技术。根据轧制复合时是否加热可以分为热轧复合和冷轧复合。这种方法一般包括三个步骤:表面处理、轧制复合和扩散退火。轧制复合可以进行成卷连续生产，各金属组元层的厚度均匀，产品尺寸精确，性能稳定，生产效率高、成本低，易于实现大规模工业化生产。 爆炸复合 爆炸复合法投资少、成本低，不需要复杂的大型设备，只

9、要有爆炸场地即可生产。爆炸复合通过强大的爆破力作用实现不同金属原子的紧密结合，通过金属键形成牢固的焊接界面，实现基层和复层牢固的冶金结合。 爆炸复合法主要适用于单张面积较大、板厚较厚的双层或多层复合板的生产，如不锈钢/钢、不锈钢/铝、钦/钢、钦/铜等。爆炸复合仅限于制造平板，而且由于起爆位置、间距、装药形式以及爆轰波传播方式的不同，易导致复合率的降低，难以达到较高的复合质量。 爆炸十轧制复合 爆炸复合法生产较薄和对表面要求较高的层状金属复合板比较困难。轧制复合法可以生产不同厚度和表面质量较高的层状复合板，但复合板的宽度受到轧机能力的限制。在综合这两种生产方法的优缺点后，可以采用爆炸+轧制的方法

10、，先用爆炸复合制备较厚的复合板坯，再采用热轧或冷轧工艺轧制所需厚度的复合板。这种方法兼有爆炸复合和轧制复合法生产的优点，增加了生产的灵活性。其缺点是生产率及成材率都比较低，产品质量较差，无法实现大规模、连续化生产。 反向凝固法 反向凝固法利用冷轧或热轧带作为母带以一定的速度从凝固器内的金属液中穿过，金属液在母带表面凝固形成新生相。母带穿出凝固器金属液时，新相层和母带己牢固的结合在一起，形成了一定厚度的铸带。利用在凝固器上方的平整辊对铸带进行平整初轧，从而得到表面平整、厚度均匀的薄带，如图所示。该方法工艺简单，产品质量高，利于环保，但是操作难度大。 浇铸复合法 浇铸复合法也被称为铸模法，该方法的

11、生产工艺为:将基板置于盛有金属液的铸模中，液态金属凝固后形成复合板坯，然后对此板坯进行轧制获得所需规格的复合板，如图所示。这种方法应用较早，也属于固一液相复合技术。浇铸复合法工艺简单，成本低，可以实现批量生产，但是由于复层金属与基体金属的熔点不同，在两者的结合部位容易产生熔损，因此难以得到质量优良的复合板材。 电磁连铸法 电磁连铸法是借助水平电磁场生产复合钢坯的连铸工艺。水平磁场安装在结晶器下部，两种化学成分不同的钢水同时分别通过长、短浸入式水口注入水平磁场的上、下部位。水平磁场作用在钢流上的制动力(洛仑兹力)抑制了两种钢液的混合。而且水平磁场成为一个分界线，依靠磁流体力作用把结晶器熔池分成上

12、、下两部分。通过水冷铜结晶器的冷却作用，上部熔池的钢液凝固成为复合钢坯的外层。下部熔池的钢液在外壳的内部凝固成为复合钢坯的内芯。 液一固相铸轧复合技术 液一固相铸轧复合技术是将液态金属连续浇铸在基带上，使液态金属在半凝固状态与固态基带同时进入轧机进行加工变形，以实现基材与复材良好的冶金结合。利用液一固相铸轧复合铝/不锈钢板如图1.6所示。 喷射沉积复合技术 喷射沉积复合技术最早是由英国OPsery金属有限公司开发，如图1.7所示。该技术可以生产各种形状的连铸坯，在喷射成型时，每个雾化液滴高速率凝固和随后高速固态冷却以及液滴的撞击作用使其形成细的、无宏观偏析、等轴的沉积显微组织。该方法的优点在于

13、其生产效率高，能实现大规模、连续化生产。层状复合材料的复合机理简介 双金属复合机理极为复杂，尽管长期以来人们为此做了大量的研究探索工作，但迄今为止，许多机理仍未被人们所揭示和了解。许多学者提出了不同的结合机理，这些理论促进了复合材料生产的发展。反过来，复合材料生产工艺的不断改进又促使复合理论日趋完善。下面将对金属固相复合的机理进行综合评述: 再结晶理论 1953年，Join.M.ParkS根据金属在变形量很大时，再结晶温度会显著下降的事实提出了金属结合的再结晶理论。他认为，同相复合时产生金属复合的主要过程是接触区的再结晶过程。也就是说，在两金属的共同变形过程中，由于变形热的作用，接触区会出现局

14、部高温而使两金属边界的晶格原子重新排列，形成同属于两种金属的共同晶体，使得相互接触的两种金属结合在一起。这种理论非常适用于对在热处理过程中复合材料组织变化进行解释，但是它并不适合于结合过程本身，并且对有些低温复合现象无法解释。金属键理论M.s.Burtno通过对金属复合的研究提出了金属键理论。他认为实现金属结合的唯一要求是使两种金属的原子足够靠近以使原子间的引力发挥作用。任何一个固相金属体内的单个原子之间都有这种引力的作用，同种金属原子之间有这种作用，不同种金属原子之间也有这种作用。当两种金属原子不断靠近时，它们之间的吸引力将增加，当两原子间距达到大约正常原子间距的两倍时，引力达到最大值，继续

15、靠近时，吸引力将减小，并且当达到正常原子间距时，吸引力变为零。相邻原子则以平衡间距稳定排列，同时两金属原子的外层自由电子成为共同的自由电子而以金属键结合在一起，实现了金属间的结合。他认为，所有的复合技术都是依靠这种复合作用完成的，这是实现金属间结合的化学基础。这一理论普遍被人们接受，但是它不适用于解释某些低温复合领域中的问题。 谢苗诺夫提出了金属结合的能量观点。他认为两种金属相互接触时，即使金属原子接近到了晶格参数的数量级，如果原子还没有具备实现结合的最低能量是不能结合的。该理论运用了原子激活的观点，认为只有获得足够能量而被激活的原子之间接触到一定距离后才可能形成实现金属间结合的金属键。但是，

16、该理论也有缺陷:导致金属原子能量增加的加工硬化并没有促进金属之间的结合，反而使金属间的结合能力变差。 扩散理论 卡扎柯夫提出了金属结合的扩散理论，他认为在实现金属结合的变形过程中，由于变形热的作用使金属接触区温度升高，而使得金属原子受到激活，在界面附近形成一个很薄的互扩散区而实现了金属之间的结合。扩散的作用是使两金种属原子相互作用的机会增加，因而促进了两种金属之间的结合。该理论从金属学角度对异种金属界面结合进行了解释，这是其先进的方面，但是它没有考虑到金属接触表面的激活过程和相互扩散对整个接触区形成结合过程的限制，它不能解释事实存在的当扩散区厚度达到一定程度时、随后扩散区厚度增加复合材料界面结

17、合性能降低的现象。 位错理论 该理论认为，当两种相互接触的金属产生协调一致的塑性变形时，位错迁移到金属的接触表面使表面的氧化膜破裂，形成了高度只有一个原子间距的小台阶。这一方面可以看成是塑性变形阻力的减小:另一方面可以认为是增加了双金属接触表面的不平度，使接触表面产生比内部金属大得多的塑性变形。这等于说，双金属的结合过程就是其接触区金属的塑性流动的结果。这一理论无法解释在没产生塑性变形时双金属的复合过程，如采用铸造法进行的双金属复合。 薄膜理论 该理论认为，一种金属之间的结合取决于它们结合表面的状态，只有除掉金属表面的氧化膜，才能在变形过程中使原子相互接近到原子吸引力能够发生作用的范围内，进而

18、形成结合。也就是说，金属表面的氧化膜是金属结合的主要障碍，氧化膜越薄、越硬，在变形时就越容易破裂，异种金属越容易接触、结合，裂纹的大小和数量直接关系到复合材料的界面结合强度。这种理论主要适合于异种金属固固相轧制复合. 三阶段理论 该理论认为，任何在高温加压条件下进行的双金属复合过程都包含三个阶段:第一阶段是双金属间物理接触的形成阶段，也就是双金属中的原子依靠塑性变形，在整个接触面上相互接近到能够引起物理作用的距离或足以产生弱化学作用的距离。第二阶段是化学相互作用阶段，双金属接触表面激活并形成化学键，实现双金属间的结合。第三阶段是扩散阶段，双金属在完成物理接触实现初步结合后，各组元金属中的原子通

19、过结合面相互扩散，以增进结合强度，此阶段要根据扩散区及新相的性质控制扩散过程。颗粒复合材料 颗粒复合材料中，基体金属仍起主导作用，增强材料的加入主要是弥补基体金属的某些缺陷，如提高耐磨性、尺寸稳定性、高温性能等。颗粒增强物粒径通常为几个微米到几十个微米，它主要以粉状加入到金属中以提高综合性能，主要有Al2O3、SiC、TiC铝基颗粒复合材料的性能特点 与普通铝合金相比，铝基颗粒复合材料具有高比强度和高比模量、导热与导电性能好、热膨胀系数小、尺寸稳定性好、良好的高温性能、良好的耐磨性、良好的断裂韧性和抗疲劳性、不吸潮、不老化、气密性好等优点。颗粒 复合材料的性能取决于基体材料和增强体的成分、性能

20、、含量、分布和界面结合等，通过优化组合，采取合理的制备工艺，可以制备出具有优良综合性能的铝基复合材料。 铝基颗粒复合材料除了具备以上性能特点外，又因铝合金本身价格便宜、原料充足、熔点较低、密度小、制备工艺以及设备简单等优点，成为金属基复合材料研究的重点。铝基颗粒复合材料的研究现状与应用 铝基复合材料选用的增强颗粒主要为陶瓷颗粒，陶瓷颗粒具有高的强度、硬度、模量及好的耐热性，同时价格便宜，加入到基体后，能明显改善合金的综合性能，常见的颗粒有Al2O3、SiC、TiC、TiB2、B4C、Si3N4等。在层出不穷的复合材料中，陶瓷增强金属基复合材料又不失为一种成本低廉，制备简单，并具有良好的热加工性

21、、耐高温性、耐磨性及尺寸稳定性的实用型结构材料，其中尤以碳化硅增强铝基复合材料为先导开发的排头兵，世界上许多国家均竞相研究，美、法、日等国家已形成一定的生产能力颗粒增强铝基复合材料的强度性能虽然低于短纤维增强铝基复合材料，但是颗粒成本较低，制备工艺简单且容易实现自动化生产，由于这类复合材料一般能够满足零件的性能要求。因而具有更大的实用价值，得到了迅速的推广和发展。目前，美国和日本在用粉末冶金法制备颗粒增强铝基复合材料方面居世界领先地位；我国中科院金属所、哈工大、西北工大等单位在这方面也开展了不同程度的研究工作。在挤压铸造法制备颗粒增强铝基复合材料方面，日本目前处于领先地位；我国哈工大和东南大学

22、等单位在这方面也进行了大量深入的研究工作。英国和加拿大等国家在搅拌铸造法制备颗粒增强铝基复合材料方面目前处于世界领先地位；我国上海交通大学和北京航空材料研究院在用搅拌铸造法制备颗粒增强铝基复合材料方面进行了大量工作，具备了良好的工作基础。目前，用反应自生方法原位合成金属基复合材料也是国内外研究的热点之一，欧洲英国、德国和法国已建立了联合科研计划，全面展开了自生原位合成金属基复合材料的基础理论研究和应用研究，美国、日本、印度和中国在这方面也展开了大量的研究工作，并取得了一定的研究成果。 美国的Dural Aluminum公司早在上世纪80年代就发明了SiC颗粒增强铝硅合金的新技术，实现了铸造铝基

23、复合材料规模化生产，并以铸锭的形式供给多家厂商以制备各种零件。颗粒增强铝基复合材料在航天领域得到了很好的应用。作为第三代航空航天惯性器件材料，仪表级高体分碳化硅颗粒增强铝基新型复合材料，替代铍材，已在美国用于某型号惯性环形激光陀螺制导系统，并已形成美国的国家军用标准（MIL-M-46196）。英国国防部投资，英国国防评估局与马特拉BAE动力公司研究基复合材料在导弹零部件中应用，取得了一些成效，并用于制造弹体、尾翼、弹翼、导引头组件、光学组件、推进器组件、制动器组件、发射管、三角架和排气管等导弹零部件。外加颗粒增强铝基复合材料的制备方法 粉末冶金法 粉末冶金法是制备高熔点难成形材料的传统工艺。快

24、速凝固金属粉末和增强陶瓷颗粒等经筛分、混合、冷压固结、除气、热压烧结以及压力加工制得复合材料。粉末冶金法可以任意改变颗粒与铝的体积配比，获得不同颗粒体积含有率的复合材料，但受温度、压力及二次加工工艺(如挤压、轧制、锻造等，以提高材料的致密度，并使增强体的分布进一步均匀化)和设备(需在密封、真空或保护气氛下进行)等限制，不宜制备过大或形状复杂的零件。 铸造法 近年来，人们在传统的搅拌铸造工艺基础上，发展了挤压铸造、熔体浸渗、半固态搅拌、离心铸造、超声波法、喷射沉积法等多种新工艺，大大丰富了铸造法的内涵，使铸造法又可称为新工艺，成为研究热点。 a.搅拌铸造法 搅拌铸造法的基本原理是将增强体颗粒直接

25、加入到基体熔体中，通过一定的机械方式搅拌使颗粒均匀地分散在合金熔体中，复合成颗粒增强复合材料。复合好的熔体可浇铸成铸坯、铸件等。该工艺方法简单、生产效率高、制造成本低廉。所制成的复合材料铸锭经重熔后，可通过精密铸造、砂型铸造等方法成型各种复杂形状的零件，也可通过挤压成型各种型材、管材、棒材以及轧制成板材，锻造成零件。它是目前最成熟、最具竞争力、也是工业化规模生产颗粒增强复合材料的最主要方法。 b.熔体浸渗法 增强体预先用适当的粘结剂粘结并冷压成一定形状和尺寸的预制件，把预制件加热至600800，再将其放入预热金属压型内的适当位置，浇入精炼后的熔融金属液，用加压或抽真空的方法，使熔融金属渗入预制

26、件中，待其凝固后即得到所需颗粒增强铝基复合材料构件。该方法制备工艺及设备简单，成本低，制备的材料成分较均匀，性能好，制备周期短。但制备具有一定孔隙的颗粒预制件相当困难，同时存在颗粒与基体结合不好、工艺参数不易控制、压力过高可能破坏预制件、制造形状复杂的工件困难等问题。 c.半固态搅拌铸造法 把温度控制在金属的液相线和固相线之间且不断搅拌，然后把颗粒状增强体按一定比例加入到含有一定组分固相粒子的金属液中，并迅速升温至液相线以上直接进行浇注，得到所需复合材料。使用这种工艺，增强体颗粒分布均匀，颗粒不会聚集和偏聚，能得到较为理想的结果，但金属液处于半固态，粘度较大，其浆液中的气体和夹杂物不易排出，生

27、产过程中要准确控制和保持金属液处于半固态温度也很困难。 d.离心铸造法 借助离心力的作用把增强体分布于材料的内表面或外表面，获得表层有一定厚度的梯度复合材料。在制备过程中，连续地控制微观结构要素，使成分、组织连续变化，不存在明显的界面，从而大大缓和了热应力。 e.挤压铸造法 挤压铸造技术是利用压机将液态金属强行压入增强材料的预制件中以制造复合材料的一种方法，其过程是先将增强材料制成一定形状的预制件，经干燥预热后放入模具中，浇注入熔融金属，用压头加压，液态金属在压力下浸渗入预制件中，并在压力下凝固，制成接近最终形状和尺寸的零件，或供用塑性成型法二次加工的锭坯。预制件的质量、模具的设计、预制件预热

28、温度、熔体温度、压力等参数的控制是得到高性能复合材料的关键。 喷射沉积法 该法是20世纪70年代初Swansea大学Singer教授首先提出，早期应用于一些金属半成品的生产和制备，后加利福尼亚大学Lavernia E J等人开始利用这一技术制备颗粒增强金属基复合材料。原理为：在基体合金雾化的同时，加入增强体粉末，使二者共同沉积在收集器上，得到复合材料。该方法增强体与基体熔液接触时间短，二者反应易于控制，缺点是增强颗粒利用率低，材料制备成本高。因此，在外加颗粒铝基复合材料制备方法中，以粉末冶金法和喷射沉积法为代表的固相制备方法，存在着制造工序多、工艺复杂、对设备要求高、二次加工困难等缺点，并且零

29、件的结构、尺寸也受到限制，无法成形大型复杂构件。原位自生颗粒增强铝基复合材料的制备方法 原位合成技术制备复合材料的原理是：根据材料设计要求，选择适当的反应剂(气相、液相或粉末态固相)，在适当的温度下，借助于基体金属或合金和它们的化学反应，原位生成尺寸十分细小、分布均匀的增强体陶瓷颗粒。常见的原位自生颗粒增强铝基复合材料的制备方法有：SHS(自蔓延高温合成法)、XDTM(放热弥散法)、CR(接触反应法)、VLS(气液反应法)、DIMOX(直接熔体氧化法)、MA(机械化合金法)、SIT(自然浸渗法)、混合盐反应法等。 原位自生制备铝基复合材料是近十几年发展起来的一种新的复合材料制备技术，由于增强体

30、颗粒的液态原位自生形成，增强体颗粒与基体材料具有良好的界面相容性，可获得性能稳定的材料制备。与传统方法相比，原位自生方法所合成的复合材料具有以下特点： (1)可通过合理选择反应元素类型、成分及反应过程，控制原位自生增强体种类、大小、分布、数量和空间分布。 (2)增强体在金属基体中原位生成，属于热力学稳定相，其表面无污染，避免了与基体相容性不良的问题，与基体结合性好。 (3)增强体是通过反应直接生成，省去了增强相单独合成、处理和加入等工艺，极大地降低了复合材料的制造成本。 (4)从液态金属基体中原位生成增强体的工艺，可用铸造方法制备形状复杂、尺寸较大的近终形构件。 自蔓延高温合成法(SHS) S

31、HS法的基本原理是将增强相的组分原料与金属粉末充分混合，压坯成型，在真空或惰性气氛中引燃，使组份之间充分发生化学反应,放出的热量蔓延引起未反应的邻近部分继续反应，直到全部反应完成。SHS法与传统材料制备方法相比，具有能耗低、工艺相对简单、合成物纯度高、生成效率高、成本低等优点，是一种非常有前途的制备方法。 放热弥散法(XDTM) XD法是美国Martin Maritta Laborotory在前苏联科学家Marzhanov发明的SHS法的基础上改进而来。其基本原理是将增强相组份与金属粉末以一定比例均匀混合，冷压或热压成型，制成坯块，以一定的加热速率预热试样。在一定温度范围内(通常是高于基体的熔

32、点而低于增强相的熔点)，增强体各组份之间通过化学反应,生成增强体。目前，XDTM法的研究主要集中在设计显微组织，加入提高强度的强硬相和提高韧性的弹性相。该法的不足之处在于：合成过程需要在较高温度保温较长时间，能源浪费较为严重；如保护不当容易引起基体合金的氧化，形成氧化夹杂导致材料性能的大幅下降。 接触反应法(CR) CR是在SHS法，XDTM法的基础上发展而来的，其基本原理是将含增强体组份的混合物直接加入到铝溶体中生成增强体。常用的元素粉末有Ti,C,B等,化合物粉末有TiO2、Al2O3、B2O3等，基体通常是Al、Cu、Mg等金属。其缺点是由于反应温度较低(900)，不可避免地生成一些非热

33、力学稳定的中间产物(如TiAl3和Al4C3等)，影响复合材料的性能。 气液反应合成法(VLS) 在VLS法中参与反应的有气相,基本原理是将含增强相的混合物与某一惰性气体为载体通入液态基体中，该气体在液态金属中分解出增强相的某一组分元素与基体合金中另一元素进行化学反应形成增强体。该工艺的局限性在于：反应中常会出现TiAl3和Al4C3等有害脆性相；增强体种类、体积分数受限制(一般小于15%)，且颗粒易发生偏聚；过量注入的气体或分解产生的不参与反应的气体会形成大量气孔，所制备复合材料需二次加工方能使用。 直接熔体氧化法(DIMOX) 在DIMOX(Direct Melt Oxidation)法中

34、，增强体靠熔体的直接氧化形成，即将熔体直接暴露于空气中，空气中的氧与基体合金液直接接触表面被氧化生成氧化物(如Al2O3)构成熔体的表面膜，Al2O3氧化膜由于温度梯度的影响而产生裂纹，里层的金属液通过毛细现象参加氧化反应随着氧化层厚度增大，金属液的毛细扩散阻力增大，到某一时刻氧化反应结束，生成的氧化物即为增强相。该方法的主要优点在于可合成相对复杂完全致密的复合材料，但增强颗粒的浓度、形态及分布均匀性难以控制。 机械合金化法(MA) 机械合金化法是将一种或两种粉末与铝合金粉末一起在保护气氛或真空状态下长时间研磨，利用机械研磨过程中微小区域出现的高温，使参与研磨的粉末之间进行反应，生成所需的增强体粉末或颗粒，然后采用粉末冶金法压制成形，形成铝