復(fù)合材料國內(nèi)外發(fā)展概況
來源:http://www.genwenchuang.cn 作者:時(shí)瑞塑膠 發(fā)布時(shí)間:2016年12月01日 13:09
由于高性能復(fù)合材料包含于整個(gè)復(fù)合材料之中,且高性能是相對(duì)而言的,因此敘述國內(nèi)外發(fā)展概況宜論述整個(gè)復(fù)合材料為好。復(fù)合材料根據(jù)基體種類可分為樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、水泥基復(fù)合材料等。
(一)樹脂基復(fù)合材料國內(nèi)外發(fā)展概況
樹脂基復(fù)合材料是最先開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推廣的,因此應(yīng)用面最廣、產(chǎn)業(yè)化程度最高。根據(jù)基體的受熱行為可分為熱塑性復(fù)合材料和熱固性復(fù)合材料。
1.熱固性樹脂基復(fù)合材料
熱固性樹脂基復(fù)合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體,以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等為增強(qiáng)材料制成的復(fù)合材料。
樹脂基復(fù)合材料自1932年在美國誕生之后,至今已有近70年的發(fā)展歷史。1940~1945年期間美國首次用玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂、以手糊工藝制造軍用雷達(dá)罩和飛機(jī)油箱,為樹脂基復(fù)合材料在軍事工業(yè)中的應(yīng)用開辟了途。1944年美國空軍第一次用樹脂基復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)制造飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼;1946年纖維纏繞成型在美國獲得專利;1950年真空袋和壓力袋成型工藝研究成功并試制成功直升飛機(jī)的螺旋槳;1949年玻璃纖維預(yù)混料研制成功,利用傳統(tǒng)的對(duì)模法壓制出表面光潔的樹脂基復(fù)合材料零件;20世紀(jì)60年代美國用纖維纏繞工藝研制成功“北極星A”導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體。為了提高手糊成型工藝的生產(chǎn)率,在此期間噴射成型工藝得到了發(fā)展和應(yīng)用,使生產(chǎn)效率提高了2-4倍。1961年德國研制成功片狀模塑料(SMC),使模壓成型工藝達(dá)到新水平(中壓、中溫、大臺(tái)面制品);1963年樹脂基復(fù)合材料板材開始工業(yè)化生產(chǎn),美、法、日等國先后建起了高產(chǎn)量、大寬幅連續(xù)生產(chǎn)線,并研制成功透明復(fù)合材料及其夾層結(jié)構(gòu)板材;1965年美國和日本用SMC壓制汽車部件、浴盆、船上構(gòu)件等;拉擠成型工藝始于20世紀(jì)50年代,60年代中期實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn),除棒材外還生產(chǎn)細(xì)管、方形、工字形、槽形等型材,到了70年代,拉擠技術(shù)有了重大突破,目前美國生產(chǎn)拉擠成型機(jī)組最先進(jìn),其制品斷面達(dá)76×20cm2,并設(shè)計(jì)有環(huán)向纏繞機(jī)構(gòu);進(jìn)入70年代,樹脂反應(yīng)注射成型(RRIM)研究成功,改善了手糊工藝,使產(chǎn)品兩面光潔,已用于生產(chǎn)衛(wèi)生潔具、汽車零件等。70年代初熱塑性復(fù)合材料得到發(fā)展,其生產(chǎn)工藝主要是注射成型和擠出成型,只用于生產(chǎn)短纖維增強(qiáng)塑料。1972年美國PPG公司研制成功玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性片狀模塑料(GMT),1975年投入生產(chǎn),其最大特點(diǎn)是成型周期短,廢料可回收利用。80年代法國研究成功濕法生產(chǎn)熱塑性片狀模塑料(GMT)并成功地用于汽車制造工業(yè)。離心澆鑄成型工藝于20世紀(jì)60年代始于瑞士,80年代得到發(fā)展,英國用此法生產(chǎn)10m。長復(fù)合材料電線桿,而用離心法生產(chǎn)大口徑壓力管道用于城市給水工程,技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果十分顯著。到目前為止,樹脂基復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝已有近20種之多,而且新的生產(chǎn)工藝還在不斷的出現(xiàn)。
關(guān)于樹脂基復(fù)合材料的開發(fā)應(yīng)用,各國的發(fā)展途徑有所不同。美國首先在軍工方面應(yīng)用,二次大戰(zhàn)后逐漸轉(zhuǎn)為民用為主。西歐各國則直接從發(fā)展民用開始(如波形板、防腐材料、衛(wèi)生潔具等)兼顧軍工。就全世界而言,目前已形成了從原材料、成型工藝、機(jī)械設(shè)備、產(chǎn)品種類及性能檢驗(yàn)等較完整的工業(yè)體系,與其它工業(yè)相比,發(fā)展速度很快。
當(dāng)今復(fù)合材料的樹脂基體仍以熱固性樹脂為主。根據(jù)2000年的統(tǒng)計(jì),全世界樹脂基復(fù)合材料制品種類超過40000種,總產(chǎn)量達(dá)600萬噸,其中高性能樹脂基復(fù)合材料產(chǎn)量超過300萬噸,高性能熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)量為120多萬噸。
樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊,表1為美國、西歐、日本等幾個(gè)主要國家的樹脂基復(fù)合材料在汽車、建筑和造船等工業(yè)中用量比例。
我國樹脂基復(fù)合材料始于1958年,當(dāng)年以手糊工藝研制了樹脂基復(fù)合材料漁船,以層壓和卷制工藝研制成功樹脂基復(fù)合材料板、管和火箭筒等。1961年研制成耐燒蝕端頭。1962年引進(jìn)不飽和聚酯樹脂和蜂窩成型機(jī)及噴射成型機(jī),開發(fā)了飛機(jī)螺旋槳和風(fēng)機(jī)葉片。1962年研究成功纏繞工藝并生產(chǎn)一批氧氣瓶等壓力容器。1970年用手糊夾層結(jié)構(gòu)板制造了直徑44米的大型樹脂基復(fù)合材料雷達(dá)罩。1971年以前我國的樹脂基復(fù)合材料工業(yè)主要是軍工產(chǎn)品,70年代后開始轉(zhuǎn)向民用。1987年起各地大量引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)如池窯拉絲、短切氈、表面氈生產(chǎn)線及各種牌號(hào)的聚酯樹脂(美、德、荷、英、意、日)和環(huán)氧樹脂(日、德)等生產(chǎn)技術(shù);在成型工藝方面,引進(jìn)了纏繞管、罐生產(chǎn)線、拉擠工藝生產(chǎn)線、SMC生產(chǎn)線、連續(xù)制板機(jī)組、樹脂傳遞模塑(RTM)成型機(jī)、噴射成型技術(shù)、樹脂注射成型技術(shù)及漁竿生產(chǎn)線等,形成了從研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及原材料配套的完整的工業(yè)體系,截止2000年底,我國樹脂基復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)達(dá)3000多家,已有51家通過ISO9000質(zhì)量體系認(rèn)證,產(chǎn)品品種3000多種,總產(chǎn)量達(dá)73萬噸/年,居世界第二位。產(chǎn)品主要用于建筑、防腐、輕工、交通運(yùn)輸、造船等工業(yè)領(lǐng)域。近年來碳纖維片材補(bǔ)強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)、拉擠復(fù)合材料門窗、SMC或BMC模壓電表箱、RTM制品等興起。
在建筑方面,樹脂基復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于內(nèi)外墻板、透明瓦、冷卻塔、空調(diào)罩、風(fēng)機(jī)、玻璃鋼水箱、衛(wèi)生潔具、凈化槽等。
在石油化工方面,主要用于管道及貯罐。其中玻璃鋼管道有定長管、離心澆鑄管及連續(xù)管道。按壓力等級(jí)分為中低壓管道和高壓管道。我國“八五”、“九五”期間引進(jìn)管罐生產(chǎn)線40條,現(xiàn)場纏繞大型貯罐最大直徑12米,貯罐最大容積1萬立方米。國內(nèi)研制與生產(chǎn)的玻璃鋼管罐生產(chǎn)設(shè)備部分技術(shù)指標(biāo)已超過國外同類設(shè)備的技術(shù)水平。
在交通運(yùn)輸方面,為了使交通工具輕型化、節(jié)約耗油量、提高使用壽命和安全系數(shù),目前在交通工具上已經(jīng)大量使用復(fù)合材料。汽車上主要有車身、引擎蓋、保險(xiǎn)杠等配件;火車上有車廂板、門窗、座椅等;在船艇方面主要有氣墊船、救生艇、偵察艇、漁船等,目前我國制造的玻璃鋼漁船最長達(dá)33米。在機(jī)械及電器領(lǐng)域如屋頂風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、電纜橋架、絕緣棒、集成電路板等產(chǎn)品都具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模。
在航空航天及軍事領(lǐng)域,如輕型飛機(jī)、尾翼、衛(wèi)星天線、火箭噴管、防彈板、防彈衣、魚雷等都取得了重大突破,為我國的國防事業(yè)作出了重大貢獻(xiàn)。
高性能熱固性樹脂基復(fù)合材料所采用的基體主要有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等。
(1)環(huán)氧樹脂
環(huán)氧樹脂的特點(diǎn)是具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性、耐腐蝕性。良好的粘接性能和較高的機(jī)械強(qiáng)度,廣泛應(yīng)用于化工、輕工、機(jī)械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個(gè)領(lǐng)域。
1993年世界環(huán)氧樹脂生產(chǎn)能力為130萬噸,1996年遞增到143萬噸,1997年為148萬噸,1999年150萬噸,預(yù)計(jì)2003年可達(dá)到160萬噸左右。
我國是從1975年開始研究環(huán)氧樹脂。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前我國環(huán)氧樹脂生產(chǎn)企業(yè)約有170多家,總生產(chǎn)能力為15萬多噸,設(shè)備利用率為50%左右。
(2)酚醛樹脂
酚醛樹脂具有耐熱性、耐磨擦性、機(jī)械強(qiáng)度高、電絕緣性優(yōu)異、低發(fā)煙性和耐酸性優(yōu)異等特點(diǎn),因而在復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。近年來在某些高新技術(shù)如電子行業(yè)、汽車行業(yè)、航空航天等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
1997年全球酚醛樹脂的產(chǎn)量為300萬噸,其中美國為164萬噸。我國的產(chǎn)量為18萬噸,進(jìn)口4萬噸。酚醛樹脂的應(yīng)用包括汽車剎車片、酚醛電容包封料、深層過濾材料、航空航天等行業(yè)。
(3)乙烯基酯樹脂
乙烯基酯樹脂是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一類新型熱固性樹脂,其特點(diǎn)是耐腐蝕性好、耐溶劑性好、機(jī)械強(qiáng)度高、延伸率大、與金屬、塑料、混凝土等材料的粘結(jié)性能好、耐疲勞性能好、電性能佳、耐熱老化、固化收縮率低、可常溫固化也可加熱固化。
南京金陵帝斯曼樹脂有限公司引進(jìn)荷蘭的先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的Atlac系列強(qiáng)耐腐蝕性乙烯基酯樹脂,已廣泛用于貯罐、容器、管道等,有的品種還能用于防水和熱壓成型。南京費(fèi)隆復(fù)合材料有限公司、上海新華樹脂廠、南通明佳聚合物有限公司等廠家也生產(chǎn)乙烯基酯樹脂。
2.熱塑性樹脂基復(fù)合材料
熱塑性樹脂基復(fù)合材料是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的,由于可以回收利用,所以在復(fù)合材料總量中的比例呈逐年增長趨勢。主要品種有長纖維增強(qiáng)粒料(LFP)、連續(xù)纖維增強(qiáng)預(yù)浸帶(MITT)和纖維熱塑性片樹(GMT)。根據(jù)使用要求不同,樹脂基體主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PEI、PES、PEEK、PI、PAI等熱塑性工程塑料,纖維種類包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維和硼纖維等一切可能的纖維品種。
歐美發(fā)達(dá)國家熱塑性樹脂基復(fù)合材料占樹脂基復(fù)合材料總量的3O%以上。2000年酉歐熱固性樹脂基復(fù)合材料產(chǎn)量為106萬噸,熱塑性復(fù)合材料為54萬噸,占樹脂基復(fù)合材料總量的34%。
高性能熱塑性樹脂基復(fù)合材料以注射件居多,基體以PP、PA為主。產(chǎn)品有管件(彎頭、三通、法蘭)、閥門、葉輪、軸承、電器及汽車零件、擠出成型的管道、GMT(熱塑性片狀模塑料)模壓制品如吉普車座椅支架、汽車踏板、座椅等。玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯在汽車中的應(yīng)用包括通風(fēng)和供暖系統(tǒng)、空氣過濾器外殼、變速箱蓋、座椅架、擋泥板墊片、傳動(dòng)皮帶保護(hù)罩等。
滑石粉填充的PP具有高剛性、高強(qiáng)度、極好的耐熱老化性能及耐寒性?;墼鰪?qiáng)PP在車內(nèi)裝飾方面有著重要的應(yīng)用,如用作通風(fēng)系統(tǒng)零部件。儀表盤和自動(dòng)剎車控制杠等。汽車裝磺類零部件多用于普通PP和添加滑石粉等無機(jī)填充材料的復(fù)合聚丙烯。美國HPM公司用20%滑石粉填充PP制成168m2、重5kg的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的吸音天花板和轎車的搖窗升降器卷繩筒外殼。
云母復(fù)合材料具有高剛性、高熱變形溫度、低收縮率、低撓曲事、尺寸穩(wěn)定以及與金屬相比的低密度、低價(jià)格等特點(diǎn),利用云母/pp復(fù)合材料可制作汽車儀表盤、前燈保護(hù)圈、擋板罩、車門護(hù)欄、熱鬧外殼、電機(jī)風(fēng)扇、百葉窗等部件,利用該材料的阻尼性可制作音響零件,利用其屏蔽性可制作蓄電池箱等。
目前豐田汽車工業(yè)公司與三菱化學(xué)公司共同開發(fā)成功的PP/EPR/滑石粉納米復(fù)合材料制造汽車的前、后保險(xiǎn)杠,已于1991年實(shí)現(xiàn)了商用化,由此豐田汽車上的保險(xiǎn)杠厚度可以由4mm減少到3mm,質(zhì)量約減輕1/3。豐田公司在1994年又開發(fā)出用于汽車內(nèi)裝飾的TSOP-2、TSOP-3等納米復(fù)合材料。
對(duì)于熱塑性復(fù)合材料如PA、PP等一般基體,由于其耐熱性差一直未能得到普及應(yīng)用。近年來,一方面通過對(duì)現(xiàn)有熱塑性樹脂的改性,另一方面開發(fā)高性能熱塑性樹脂如PPO、PEEK、PEI、PPS、PSF等,使得熱塑性復(fù)合材料的應(yīng)用越來越多。
我國的熱塑性樹脂基復(fù)合材料開始于20世紀(jì)80年代末期,近十年來取得了快速發(fā)展(見表3),2000年產(chǎn)量達(dá)到12萬噸,約占樹脂基夏合材料總產(chǎn)量的17%,與發(fā)達(dá)國家尚有差距。所用的基體材料仍以PP、PA為主,增強(qiáng)材料以玻璃纖維為主,少量為碳纖維,在熱塑性復(fù)合材料方面未能有重大突破。我國納米科技為聚合物改性及應(yīng)用提供了良好的機(jī)遇,如納米改性PA等,但目前仍存在復(fù)合體系單一,工業(yè)化程度不高,大多數(shù)只處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,沒有完全推廣實(shí)用,聚合物納米復(fù)合材料所具備的特性和潛能,在今后很長一段時(shí)間內(nèi)都要靠納米科技開創(chuàng)先河和提高。
樹脂基復(fù)合材料采用的增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。
(1)玻璃纖維
目前用于高性能復(fù)合材料的玻璃纖維主要有高強(qiáng)度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。
20世紀(jì)50年代末美國首先研究開發(fā)成功了高強(qiáng)度玻璃纖維(S-994),迄今為止,世界上僅有美、法、日、俄、加及我國六個(gè)國家能生產(chǎn)高強(qiáng)度玻璃纖維。由于高強(qiáng)度玻璃纖維性能價(jià)格比較優(yōu),以年增長率10%以上的速度發(fā)展。1991年西方各國的總產(chǎn)量已達(dá)到480噸,目前估計(jì)已在5000噸以上。高強(qiáng)度玻璃纖維復(fù)合材料不僅應(yīng)用在軍用方面,近年來民用產(chǎn)品也有廣泛應(yīng)用,如防彈頭盔、防彈服、直升飛機(jī)機(jī)翼、預(yù)警機(jī)雷達(dá)罩、各種高壓壓力容器、民用飛機(jī)直板、體育用品、各類耐高溫制品以及近期報(bào)道的性能優(yōu)異的輪胎簾子線等。
石英玻璃纖維及高硅氧玻璃纖維屬于耐高溫的玻璃纖維,是比較理想的耐熱防火材料,用其增強(qiáng)酚醛樹脂可制成各種結(jié)構(gòu)的耐高溫、耐燒蝕的復(fù)合材料部件,大量應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈的防熱材料。
迄今為止,我國已經(jīng)實(shí)用化的高性能樹脂基復(fù)合材料用的碳纖維、芳綸纖維、高強(qiáng)度玻璃纖維三大增強(qiáng)纖維中,只有高強(qiáng)度玻璃纖維已達(dá)到國際先進(jìn)水平,且擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),形成了小規(guī)模的產(chǎn)業(yè),現(xiàn)階段年產(chǎn)可達(dá)500噸。
(2)碳纖維
碳纖維具有強(qiáng)度高、模量高、耐高溫、導(dǎo)電等一系列性能,首先在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,近年來在運(yùn)動(dòng)器具和體育用品方面也廣泛采用。據(jù)預(yù)測碳纖維復(fù)合材料在近年內(nèi)還將擴(kuò)大開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域,土木建筑、交通運(yùn)輸、汽車、能源等領(lǐng)域?qū)?huì)大規(guī)模采用工業(yè)級(jí)碳纖維。1997~2000年間,宇航用碳纖維的年增長率估計(jì)為31%,而工業(yè)用碳纖維的年增長率估計(jì)會(huì)達(dá)到130%。
我國的碳纖維總體水平還比較低,相當(dāng)于國外七十年代中、末期水平,與國外差距達(dá)20年左右。國產(chǎn)碳纖維的主要問題是性能不太穩(wěn)定且離散系數(shù)大、無高性能碳纖維、品種單一、規(guī)格不全、連續(xù)長度不夠、未經(jīng)表面處理、價(jià)格偏高等。
(3)芳綸纖維
1972年美國杜邦公司研究開發(fā)成功的全對(duì)位芳香族聚酰胺名為Kevlar的商品正式用于高性能夏合材料。1972年的產(chǎn)量僅為45噸,到1977年就增加到4200噸,1982年上升到21000噸,年增長速度為20%。20世紀(jì)80年代以來,荷蘭、日本、前蘇聯(lián)也先后開展了芳綸纖維的研制開發(fā)工作。荷蘭AKZO公司的子公司恩卡公司的“Twaron”系列纖維在1986年的年生產(chǎn)能力為1000~2000噸,預(yù)計(jì)2000年能達(dá)到15000噸的能力。日本帝人公司及俄羅斯的芳綸纖維已投入市場,年增長速度也達(dá)到20%左右。
芳綸纖維比強(qiáng)度、比模量較高,因此被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的高性能復(fù)合材料零部件(如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)艙、整流罩、方向舵等)、艦船(如航空母艦、核潛艇、游艇、救生艇等)、汽車(如輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等)以及耐熱運(yùn)輸帶、體育運(yùn)動(dòng)器材等。
(4)超高分子量聚乙烯纖維
目前市場上出售產(chǎn)品主要有美國Ailled公司的Spectra900和1000、DSM(荷)-Toyoba(日)聯(lián)合生產(chǎn)的DyneemaSK60以及Mitsui(日)公司的TekmilonI等。超高分子量聚乙烯纖維的比強(qiáng)度在各種纖維中位居第一,尤其是它的抗化學(xué)試劑侵蝕和抗老化性能優(yōu)良。它還具有優(yōu)良的高頻聲納透過性和耐海水腐蝕性,許多國家已用它來制造艦艇的高頻聲納導(dǎo)流罩,大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。在海上油田應(yīng)用的高性能輕質(zhì)復(fù)合
材料方面都顯示出極大的優(yōu)越性,除在軍事應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮舉足輕重的作用外,在汽車制造、船舶制造、醫(yī)療器械、體育運(yùn)動(dòng)器材等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。該纖維一經(jīng)問世就引起了世界發(fā)達(dá)國家的極大興趣和重視,美國1989年增長率為26%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他高性能纖維。芳綸纖維、高分子量聚乙烯纖維在國內(nèi)迄今均未實(shí)現(xiàn)商品化。盡管在1972年我國就開始研究芳綸纖維,1981年2月與1985年底分別對(duì)芳綸工、芳綸Ⅱ進(jìn)行了技術(shù)鑒定,其高純度料塊在南通合成樹脂廠試制、由上海合成纖維研究所拉制成纖維,由于單絲直徑均勻性、集束性方面均存在一些問題,到20世紀(jì)90年代初的產(chǎn)量也僅為幾噸,與國外的差距很大。
21世紀(jì)高性能樹脂基復(fù)合材料技術(shù)是賦予復(fù)合材料自修復(fù)性、自分解性、自診斷性、自制功能等為一體的智能化材料。以開發(fā)高剛度、高強(qiáng)度。高濕熱環(huán)境下使用的復(fù)合材料為重點(diǎn),構(gòu)筑材料、成型加工、設(shè)計(jì)、檢查一體化的材料系統(tǒng)。組織系統(tǒng)上將是聯(lián)盟(如美國汽車聯(lián)盟)和集團(tuán)化。這將更充分的利用各方面的資源(技術(shù)資源、物質(zhì)資源),緊密聯(lián)系各方面的優(yōu)勢,以推動(dòng)復(fù)合材料工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
(二)金屬基復(fù)合材料
金屬基復(fù)合材料主要是隨航空航天工業(yè)上高強(qiáng)度、低密度的要求而出現(xiàn)的,因此被廣泛研究和應(yīng)用的金屬基復(fù)合材料是以Al、Mg等輕金屬為基體的復(fù)合材料。20世紀(jì)60年代,以鶴和硼纖維連續(xù)增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料如雨后春筍般發(fā)展起來。由于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料價(jià)格昂貴和生產(chǎn)制造工藝復(fù)雜,70年代該材料的研究有所滑坡。隨著渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中高溫部件對(duì)于耐高溫材料的不斷需求,又觸發(fā)了對(duì)金屬基復(fù)合材料特別是鈦基材料研究的復(fù)蘇。
非連續(xù)增強(qiáng)復(fù)合材料在80年代得到迅速發(fā)展,研究重點(diǎn)集中在以碳化硅或氧化鋁粒子、短纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。這類材料無論基體和增強(qiáng)體承受載荷的比例都介于彌散強(qiáng)化和連續(xù)纖維強(qiáng)化這兩種極端情況之間,它具有優(yōu)良的橫向性能、低消耗和優(yōu)良的可加工性,與未強(qiáng)化合金相比,性能也有大幅度地提高。所有這些因素使這類材料已成為在許多應(yīng)用領(lǐng)域里最具商業(yè)吸引力的材料。
金屬基復(fù)合材料在航空和宇航方面的應(yīng)用主要包括代替輕但有毒的鈹。例如,在美國的三叉戟導(dǎo)彈中用SiCp/Al復(fù)合材料取代了鈹,碳化硅顆粒/鋁基復(fù)合材料還在飛機(jī)的電子設(shè)備中取代碳/環(huán)氧。在非航空和宇航方面的應(yīng)用,短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用得到普遍關(guān)注。例如局部增強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)活塞,其頂部是由氧化鋁短纖維或氧化鋁和二氧化硅短纖維混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料構(gòu)成。常規(guī)的內(nèi)燃機(jī)活塞用Al-Si鑄造合金制造,有些則采用在第一道環(huán)槽鑲嵌高鎳鑄鐵環(huán)。