金属基复合材料是一门相对较新的材料科学,涉及材料表面、界面、相变、凝固、塑性形变、断裂力学等问题。金属基复合材料的发展与现代科学技术和高技术产业的发展密切相关,特别是航天、航空、电子、汽车以及先进武器系统的迅速发展对材料提出了日益增高的性能要求,除了要求材料具有一些特殊的性能外,还要具有优良的综合性能。这些都有力地促进了先进复合材料的迅速发展。如航天技术和先进武器系统的迅速发展,对轻质高强结构材料的需求十分强烈。由于航天装置越来越大,结构材料的结构效率变得更为重要。宇航构件的结构强度、刚度随构件线性尺寸的平方增加,而构件的重量随线性尺寸的立方增加。为了保持构件的强度和刚度就必须采用高比强度、高比刚度和轻质高性能结构材料。

单一的金属、陶瓷、高分子等工程材料均难以满足这些迅速增长的性能要求。为了克服单一材料性能上的局限性,充分发挥各种材料特性,弥补其不足,人们已越来越多地根据零、构件的功能要求和工况条件,设计和选择两种或两种以上化学、物理性能不同的材料按一定的方式、比例、分布结合成复合材料,充分发挥各组成材料的优良特性,弥补其短处,使复合材料具有单一材料所无法达到的特殊和综合性能(如图8-1),以满足各种特殊和综合性能的需要,也可以更经济地使用材料。如用高强度、高模量的硼纤维、碳(石墨)纤维增强铝基、镁基复合材料,既保持了铝、镁合金的轻质、导热、导电性,又充分发挥了增强纤维的高强度、高模量,可获得高比强度、高比模量、导热、导电、热膨胀系数小的金属基复合材料,在航天飞机和人造卫星构件的应用上取得了巨大成功。B/Al复合材料管材用于航天飞机主仓框架,节省重量44%。轻质铝基复合材料用于人造卫星抛物面天线骨架,使天线效率提高539%。航空、航天、先进武器系统等军事技术的发展对早期金属基复合材料的研究发展起了大的推动作用。电子、汽车等民用工业的迅速发展又为金属基复合材料的应用提供了广泛的前景。金属基复合材料还会得到更大规模的生产和应用。(www.daowen.com)

图8-1　材料的比强度和比弹性模量的比较