Engineering Reports:金属基复合材料的先进制造工艺

复合材料指由两种以上具有明显不同特性材料组合或混合而成的系统,其成分在微观尺度上仍可以清晰的分开,因此属于多相材料,可将其分为基体相和分散相。其中,基体相是连续的,可以起到支撑分散相的作用,为复合材料提供稳定性。而分散相可以是连续或不连续的,当材料承受负载时,部分应力将转移到分散相中,从而改变复合材料系统的机械性能。

金属基复合材料(MMC)指以金属为基体相的复合材料,其分散相通常是具有优异的强度和刚度的陶瓷(如碳化物、氧化物和氮化物)。由于在汽车、航天和能源等领域对高强度、轻质的材料的需求日益增加,MMC受到了学术和工业界的极大关注并已经被运用在许多工程应用中。

最近,都柏林城市大学的Andre Mussatto及合作者基于944篇近期论文,综述了MMC的先进制造工艺,讨论了每条路线的优缺点并展望了未来的发展,相关成果“Advanced production routes for metal matrix composites”发表在Engineering Reports上。

本文总结了25种学术和工业界中的MMC先进制造路线,并从对分散相破坏程度、分散相强度保留程度、分散均匀性、润湿性以及相间键合等多个角度进行了考察。在工业应用中,出于对工艺成本和稳定性的需求,粉末冶金(PM)和铸造是两种主流的MMC制造工艺。
PM是一种固态工艺,可以保证基体相和分散相之间的良好润湿性,并提高分散相的分布均匀性。而铸造工艺具有相对简便的工艺流程、较高的生产灵活性和经济性。此外,增材制造技术(选区激光熔化、激光金属沉积、激光熔覆、激光烧结和3D打印等)也得到了广泛的研究,但其在大批量生产时,能耗和成本仍高于PM和铸造工艺,且生产速度和生产质量暂不能达到工业应用的水平。