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摘要：金属复合材料是利用复合技术，将材质、性能不同的两种及两种以上的材料进行冶金结合，形成具有多种优越性能的复合材料。目前金属复合材料已经被广泛的应用于石油、化工、机械制造、材料生产等领域。通过不断优化金属复合材料的生产技术，在改善金属复合材料综合性能的基础上，更好的满足各个行业的使用需求。
关键词：金属复合材料；分类；生产技术；固相结合法
一、金属复合材料的分类
1、颗粒增强金属基复合材料
以金属材料为基体，在基体表面融合一定密度的颗粒，借助于颗粒本身的强度，起到增强金属复合材料性能的目的。颗粒的主要化学成分包括碳化硅、二硼化钛、石墨等。根据目标产品使用性能和加工标准的不同，可以适当调整颗粒用量。对于一些耐磨性、抗腐蚀能力要求较高的金属复合材料，需要加入较多的增强体颗粒。出于成本考虑，可以优先使用碳化硅、三氧化二铝等成本较低、原料容易获得的材料。现阶段颗粒增强金属负荷材料主要在微电子、信息工程等领域有广泛的应用。
2、连续纤维增强金属基复合材料
使用无机纤维或金属细线作为添加材料，融合到金属基体材料中，形成的金属基复合材料往往具有较强的抗拉能力和一定的延展性。需要注意的是，连续纤维增强金属基复合材料具有较为明显的各向异性，添加的连续纤维又具有比较明显的方向性。这就决定了在生产制造金属复合材料时，也必须加强技术控制，尽量使连续纤维呈网格状分布，这样制造出来的金属复合材料在性能上也会更加具有优势。这种材料的生产成本相对较高，目前主要应用于高新技术领域，如航空航天、高性能计算机等。
3、短纤维增强金属基复合材料
根据组成成分的不同，金属基复合材料中使用到的短纤维又可细分为天然纤维和短切纤维两种。其中，天然纤维主要来源于木本植物，经过加工后，应用到金属基复合材料加工中的天然纤维长度在80—120mm之间。短切纤维可以是人工合成的一些纤维材料，或是将天然纤维进行切割，其平均长度大约在10-30mm之间。短纤维增强金属基复合材料的应用优势在于提高了耐磨性和弹性形变能力，相比于普通的金属复合材料，其耐磨性最高可提升20%-40%，在汽车、电力等行业中应用比较广泛。
二、金属复合材料的生产技术
根据复合过程中金属材料的不同状态，可以将生产技术分成液相复合和固相复合两大类。其中液相复合生产技术中又包括搅拌复合技术、喷射共沉积复合技术等，固相复合又包括粉末冶金技术、扩散结合技术等。以下就这些具体生产技术的操作方法、应用优势等展开了分析。
1、搅拌复合技术
首先通过加压、升温，使基体金属变为液态，然后将液态金属和颗粒增强体装入特定的容器内，进行充分的搅拌、混合。一定时间后，液态金属中均匀分布颗粒增强体，按照常规的铸造方式，制作出满足使用要求的金属复合材料。搅拌复合技术的优点在于成本较低，对设备、环境的要求不高。同时，液态金属复合材料的可塑性较强，可人为加工铸造一些紧密度较高的产品。但是搅拌复合技术也有比较明显的不足，例如对搅拌时间的要求十分严格，搅拌时间过短，则会因为液态金属不能与颗粒增强体充分混合，影响金属复合材料的刚度、韧性等性能；搅拌时间过长，则导致颗粒增强体的黏性增强，金属复合材料可塑性降低，不能制造精密度较高的产品。
2、熔体原位复合制造技术
这种制造技术产生的增强体通常是陶瓷相，还能够生产金属间化合物，主要是颗粒和晶须之类。主要包含原位合成技术、接触式反应技术、直接氧化技术、气-液反应技术以及反应喷射沉积技术几类。应用此类生产技术能够使增强体外面和基体之间的界面整洁、没有杂质。界面为原位复合材料、其结合性较佳，增强体在基体内分布更加均衡，增强体规格同样更小。不仅避免了加入颗粒的沉浮与聚集，还能够促进加入颗粒在半固态浆液内的均匀散布，提升了润湿性，推动界面整合。
3、挤压复合法
将颗粒增强体制作成一定形状的预制块，在较强的压力作用下，使液体金属从预制块的表面逐渐向内渗透。完全渗透后将金属复合材料置于正常环境下，凝固后形成需要的金属复合材料。挤压复合技术的应用优势在于可以实现批量化生产，例如液晶屏背板、轻质玻璃效果金属复合钢板等需求量较大的材料，可以使用挤压复合技术，提高产品生产效率，满足市场需求。应用挤压复合技术时，不仅要灵活控制外加压力，还要注意观察渗透情况，特别是对于大体积的颗粒增强体，需要较长的渗透时间。必须要等到完全渗透，以确保金属复合材料各项性能均达到使用要求。
除了物理挤压达到渗透目的外，现阶段常用的浸渗复合生产技术还有气压和无压两种。对于一些化学性质较为活泼的金属，在高压、高温环境下，容易发生氧化反应，影响金属复合材料的性能。气压复合技术可以避免金属材料和增强体发生氧化现象，从而保证了较为理想的复合效果。无压复合技术则是在真空环境下，让液体金属与颗粒增强体进行自然浸透，这种复合技术对环境要求比较苛刻，且生产时间较长，通常适用与一些薄壁状材料的生产制造。
4、喷射沉积复合法
这种生产技术避免了生产阶段含氧量较高、界面反应较大的问题。该技术的特征为：迅速冷却阶段粒子不容易发生不均匀散布，且可以切实遏制界面反应的出现。因冲击破碎作用，原子的进入能够生产亚微米颗粒，等到更有效的性能，特别是高温耐性。可生产技术所需的相关设备更加复杂，难以有效控制。增强相规格通常为细小的颗粒，较大的颗粒与非连续纤维极易阻塞住喷口。
5、扩散焊接法
利用分子（原子）无规则扩散的特性，通过提供特定的环境，使相互接触的金属材料與颗粒增强体紧密接触，一段时间后接触面的分子（原子）通过扩散达到结合目的，形成金属复合材料。由于自然状态下分子（原子）的扩散速度十分缓慢，需要人工创造条件加快扩散速度。例如有助剂扩散焊接方法，就是在金属材料和颗粒增强体的基础面上涂抹一层助剂，然后通过焊接方式确保两者紧密结合，尽快得到目标材料。扩散焊接法对操作技术有较高要求，且通常适用于平板形状和表面光滑、结构不复杂的产品，例如液晶屏背板等。
6、粉末冶金复合法
金属材料在固体状态下，复合加工的速度相对缓慢。对于一些有特殊加工要求的产品，金属材料在经过“固态-液态-固态”的转化后，物理性质可能会发生改变，达不到金属复合材料的使用要求。在这种情况下，就必须保持金属材料的原本状态，并且达到与颗粒增强体完美结合的目的。将金属材料加工成粉末，虽然改变了存在状态，但是并不影响金属理化性质。这样就可以增加粉末与增强提颗粒的接触面积，并且易于复合，形成的金属复合材料在性能等方面也可以达到生产技术要求。
结语：
金属复合材料由于性能优越，目前已经在各个行业得到了广泛应用。在进行金属复合材料的生产、加工和制造时，必须要结合金属材料本身的理化性质，以及目标材料的使用需求，科学选择生产技术，这样既可以提高金属复合材料的生产效率，降低残次品率，又可以提高金属复合材料使用性能，维护企业的利润。今后，企业需要加快金属复合材料研发方面的投入力度，在不断改善金属复合材料综合性能的基础上，实现生产成本的降低。
参考文献：
[1]蒋会学，秦克，张海涛，等.一种生产层状金属复合材料的新技术[C]//层压金属复合材料生产技术开发与应用学术研讨会.2015.
[2]郑小平，张卫文，邵明，等.双流连铸制备层状金属复合材料的研究及其应用[C]//层压金属复合材料生产技术开发与应用学术研讨会.2015.
[3]田广民，李选明，赵永庆，等.层状金属复合材料加工技术研究现状[J].中国材料进展，2013（11）：696-701.
关键词：金属复合材料；分类；生产技术；固相结合法
一、金属复合材料的分类
1、颗粒增强金属基复合材料
以金属材料为基体，在基体表面融合一定密度的颗粒，借助于颗粒本身的强度，起到增强金属复合材料性能的目的。颗粒的主要化学成分包括碳化硅、二硼化钛、石墨等。根据目标产品使用性能和加工标准的不同，可以适当调整颗粒用量。对于一些耐磨性、抗腐蚀能力要求较高的金属复合材料，需要加入较多的增强体颗粒。出于成本考虑，可以优先使用碳化硅、三氧化二铝等成本较低、原料容易获得的材料。现阶段颗粒增强金属负荷材料主要在微电子、信息工程等领域有广泛的应用。
2、连续纤维增强金属基复合材料
使用无机纤维或金属细线作为添加材料，融合到金属基体材料中，形成的金属基复合材料往往具有较强的抗拉能力和一定的延展性。需要注意的是，连续纤维增强金属基复合材料具有较为明显的各向异性，添加的连续纤维又具有比较明显的方向性。这就决定了在生产制造金属复合材料时，也必须加强技术控制，尽量使连续纤维呈网格状分布，这样制造出来的金属复合材料在性能上也会更加具有优势。这种材料的生产成本相对较高，目前主要应用于高新技术领域，如航空航天、高性能计算机等。
3、短纤维增强金属基复合材料
根据组成成分的不同，金属基复合材料中使用到的短纤维又可细分为天然纤维和短切纤维两种。其中，天然纤维主要来源于木本植物，经过加工后，应用到金属基复合材料加工中的天然纤维长度在80—120mm之间。短切纤维可以是人工合成的一些纤维材料，或是将天然纤维进行切割，其平均长度大约在10-30mm之间。短纤维增强金属基复合材料的应用优势在于提高了耐磨性和弹性形变能力，相比于普通的金属复合材料，其耐磨性最高可提升20%-40%，在汽车、电力等行业中应用比较广泛。
二、金属复合材料的生产技术
根据复合过程中金属材料的不同状态，可以将生产技术分成液相复合和固相复合两大类。其中液相复合生产技术中又包括搅拌复合技术、喷射共沉积复合技术等，固相复合又包括粉末冶金技术、扩散结合技术等。以下就这些具体生产技术的操作方法、应用优势等展开了分析。
1、搅拌复合技术
首先通过加压、升温，使基体金属变为液态，然后将液态金属和颗粒增强体装入特定的容器内，进行充分的搅拌、混合。一定时间后，液态金属中均匀分布颗粒增强体，按照常规的铸造方式，制作出满足使用要求的金属复合材料。搅拌复合技术的优点在于成本较低，对设备、环境的要求不高。同时，液态金属复合材料的可塑性较强，可人为加工铸造一些紧密度较高的产品。但是搅拌复合技术也有比较明显的不足，例如对搅拌时间的要求十分严格，搅拌时间过短，则会因为液态金属不能与颗粒增强体充分混合，影响金属复合材料的刚度、韧性等性能；搅拌时间过长，则导致颗粒增强体的黏性增强，金属复合材料可塑性降低，不能制造精密度较高的产品。
2、熔体原位复合制造技术
这种制造技术产生的增强体通常是陶瓷相，还能够生产金属间化合物，主要是颗粒和晶须之类。主要包含原位合成技术、接触式反应技术、直接氧化技术、气-液反应技术以及反应喷射沉积技术几类。应用此类生产技术能够使增强体外面和基体之间的界面整洁、没有杂质。界面为原位复合材料、其结合性较佳，增强体在基体内分布更加均衡，增强体规格同样更小。不仅避免了加入颗粒的沉浮与聚集，还能够促进加入颗粒在半固态浆液内的均匀散布，提升了润湿性，推动界面整合。
3、挤压复合法
将颗粒增强体制作成一定形状的预制块，在较强的压力作用下，使液体金属从预制块的表面逐渐向内渗透。完全渗透后将金属复合材料置于正常环境下，凝固后形成需要的金属复合材料。挤压复合技术的应用优势在于可以实现批量化生产，例如液晶屏背板、轻质玻璃效果金属复合钢板等需求量较大的材料，可以使用挤压复合技术，提高产品生产效率，满足市场需求。应用挤压复合技术时，不仅要灵活控制外加压力，还要注意观察渗透情况，特别是对于大体积的颗粒增强体，需要较长的渗透时间。必须要等到完全渗透，以确保金属复合材料各项性能均达到使用要求。
除了物理挤压达到渗透目的外，现阶段常用的浸渗复合生产技术还有气压和无压两种。对于一些化学性质较为活泼的金属，在高压、高温环境下，容易发生氧化反应，影响金属复合材料的性能。气压复合技术可以避免金属材料和增强体发生氧化现象，从而保证了较为理想的复合效果。无压复合技术则是在真空环境下，让液体金属与颗粒增强体进行自然浸透，这种复合技术对环境要求比较苛刻，且生产时间较长，通常适用与一些薄壁状材料的生产制造。
4、喷射沉积复合法
这种生产技术避免了生产阶段含氧量较高、界面反应较大的问题。该技术的特征为：迅速冷却阶段粒子不容易发生不均匀散布，且可以切实遏制界面反应的出现。因冲击破碎作用，原子的进入能够生产亚微米颗粒，等到更有效的性能，特别是高温耐性。可生产技术所需的相关设备更加复杂，难以有效控制。增强相规格通常为细小的颗粒，较大的颗粒与非连续纤维极易阻塞住喷口。
5、扩散焊接法
利用分子（原子）无规则扩散的特性，通过提供特定的环境，使相互接触的金属材料與颗粒增强体紧密接触，一段时间后接触面的分子（原子）通过扩散达到结合目的，形成金属复合材料。由于自然状态下分子（原子）的扩散速度十分缓慢，需要人工创造条件加快扩散速度。例如有助剂扩散焊接方法，就是在金属材料和颗粒增强体的基础面上涂抹一层助剂，然后通过焊接方式确保两者紧密结合，尽快得到目标材料。扩散焊接法对操作技术有较高要求，且通常适用于平板形状和表面光滑、结构不复杂的产品，例如液晶屏背板等。
6、粉末冶金复合法
金属材料在固体状态下，复合加工的速度相对缓慢。对于一些有特殊加工要求的产品，金属材料在经过“固态-液态-固态”的转化后，物理性质可能会发生改变，达不到金属复合材料的使用要求。在这种情况下，就必须保持金属材料的原本状态，并且达到与颗粒增强体完美结合的目的。将金属材料加工成粉末，虽然改变了存在状态，但是并不影响金属理化性质。这样就可以增加粉末与增强提颗粒的接触面积，并且易于复合，形成的金属复合材料在性能等方面也可以达到生产技术要求。
结语：
金属复合材料由于性能优越，目前已经在各个行业得到了广泛应用。在进行金属复合材料的生产、加工和制造时，必须要结合金属材料本身的理化性质，以及目标材料的使用需求，科学选择生产技术，这样既可以提高金属复合材料的生产效率，降低残次品率，又可以提高金属复合材料使用性能，维护企业的利润。今后，企业需要加快金属复合材料研发方面的投入力度，在不断改善金属复合材料综合性能的基础上，实现生产成本的降低。
参考文献：
[1]蒋会学，秦克，张海涛，等.一种生产层状金属复合材料的新技术[C]//层压金属复合材料生产技术开发与应用学术研讨会.2015.
[2]郑小平，张卫文，邵明，等.双流连铸制备层状金属复合材料的研究及其应用[C]//层压金属复合材料生产技术开发与应用学术研讨会.2015.
[3]田广民，李选明，赵永庆，等.层状金属复合材料加工技术研究现状[J].中国材料进展，2013（11）：696-701.