金屬復合材料生產技術的現狀與發展趨勢

謝守理

摘 要： 隨著我國科學技術不斷的發展，人民生活水平的提高，金屬復合材料的使用范圍也越來越廣，由于具體使用的方式不同，對其生產質量的要求也越來越高。下面就以某幾種金屬復合材料為研究對象，分析爆炸法、擠壓復合法、擴散法、固相結合法等，然后再對其未來的發展趨勢進行闡述，希望給有關人士一些借鑒。

關鍵詞：金屬復合材料 生產技術 展趨勢

中圖分類號：TG1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）05-0321-01

從美國企業可以看到金屬復合材料的應用前景，基本每年都要耗費10億美元研究新的材料，我國和其相比才是起步階段。研究新型的金屬復合材料，需要使用兩種，或者兩種以上的物理、化學、力學性能不同的金屬材料，除此之外，這些材料還要具有相補效應，就是可以互相彌補各自的缺點，讓合成后的材料優勢更加明顯，這些材料在運輸、航天、航空、橋梁、建筑中都有廣泛應用。

一、分析復合材料的制造方法

1.對爆炸復合法的分析

利用爆炸復合法進行金屬復合材料的生產，其作用效果非常好，主要使用炸藥作為加工能源，當炸藥爆炸的一瞬間，其沖擊力會達到748千米每秒，在很短暫的時間內，焊接金屬的表面就會形成一層很薄的塑性變性區域，這一區域還會在不斷的融化和擴散，這樣金屬雖然不同，但是融合后就很好的焊接到一起，使用的焊接方法和普通焊接方式也不同，其集成了融化焊接、擴散焊接和壓力焊接，屬于一種三位一體的焊接方式，就目前的焊接技術和爆炸技術而言，能夠實現300多種金屬的復合。但是在實際應用中會產生很大的污染，不適合連續的生產模式，薄板生產也存在一定的困難，因此使用有一定的局限性。

2.對擠壓復合法的分析

在擠壓操作前需要把包層金屬和被包層金屬的表面進行清理，保證表面的干凈度，不要有太多的可見灰塵，再將二者組裝成擠壓柸，然后設置一定的溫度，制定合理的積壓比參數，最終就會按照制定的壓力和形狀積壓而成，在壓力的操作下，不同金屬表面會緊密的接觸，并完成最終的復合。在實踐中大量的應用于線、棒、管的生產，除此之外，進行矩形斷面的生產也非常擅長，但是其應用范圍也有一定的局限性，連續化的生產不適合，在擠壓中需要大功率的擠壓機，操作成本較高。

3.對擴散焊接方法的分析

當溫度比母材溫度還要低，就可以應用擴散焊接方法。進行擴散焊接時也要注意，母材避免出現變形，發生變形生產的材料使用性能就會發生變化。保證母材不會變形后，持續進行加壓，讓要復合的材料和母材緊密的進行接觸，使用原子擴散達到材料的結合，具體方式有很多種，例如有助劑擴散焊接、無助劑擴散焊接、無助劑自擴散焊接、過渡液相擴散焊接、相變超塑性擴散焊接，使用這一方法加工復合材料，可以得到性能基本一致的接頭性能。

4.對固相結合方法的分析

該方法主要利用高溫讓不同的材料融合到一起，其也被稱之為扎焊，具體又可以分為熱軋焊復合法和冷軋焊復合法，如果利用熱軋焊，先要把基本體和要覆蓋的材料組到一起，然后進行四周的焊接，最后再進行熱軋，讓二者復合到一起。

5.對噴射沉積復合方法的分析

在二十世紀八十年代發展起來了噴射成型技術，在操作過程中，具有快速成型的特點，同時也是一種新型的粉末冶金技術。在實踐操作中，需要先把金屬進行霧化，然后讓其快速凝固，當噴射成型時，被霧化的液滴會高速凝固，最終在宏觀上沒有偏析，讓小沉積組織比較均勻，一般都會等軸分布。

二、對復合材料在應用中的分析

1.熱雙金屬的應用

業內人士都清楚，熱雙金屬是由三層或兩層膨脹系數不同的合金，沿著接觸面融合到一起的，最終形成復合金屬材料。對于具有膨脹系數較高的合金層，通常被稱為主動層，對于膨脹系數比較低的合金層，其被稱之為被動層，對其進行加熱時，因為這兩層具有不同的膨脹系數，通常主動層會比被動層伸長量大，金屬片在加工中就會向被動層彎曲，在此過程中，熱能就被轉化為機械能，讓二者材料在接觸面位置發生一定的力和變形，針對這一情況這一種金屬可以被用來作為控制儀表、測量的傳感器。這種熱雙金屬主要分為三種，第一種是普通型，在一般的控制元件上都可以應用，有很強的通用性，例如5J18。第二種是高靈敏性型，這一類材料當溫度發生變化后，其受力和位移都會有很大變化，因此對信號有很強的靈敏性，隨著儀表和其他測量原件都在向小型化發展，因此其在未來的使用量還是很大的。例如5J11.第三種是額定的電阻型，主要被加工成短路器元件，這也要求這類熱雙金屬有一定的電阻率，例如R9到R141。

2.對復合框架材料的分析

在導彈、航天飛機、計算機等電子產品中都會用到復合材料，下面就研究復合框架材料。銅合金局部復鋁條冷軋帶材在集成電路[1]，或者耗能電路中都有很好的應用。如果和銅合金材料對比，其不需要鍍金，使用復鋁層、鋁絲壓焊形成外電路，有效節約了黃金的使用量，同時也避免形成鋁-金脆性化合物，很好的提高了電力的可靠性，這種合金就是復合材料，銅是這種合金的基體，應用了固相組合技術，把鋁條按照設計要求進行局部的復合。

三、金屬復合材料在以后的發展趨勢分析

1.對軟磁復合材料的分析

這種材料可以作為各種磁屏蔽、磁心，有效防止電磁波的干擾，是一種很好的吸波材料，還應該清楚一點，軟磁復合材料是磁心經常使用的有壓粉磁鐵心和鐵氧體燒結產品[2]，但是還滿足不了小型化的需求。除此之外，這種材料會出現漏磁和斷線問題，絕緣性不好，因此應用中的效率較低。利用軟磁復合材料進行成型制品的注射，可以有效避免上述問題的出現，到目前為止，橡膠型電磁波干擾吸收板已經得到很好的應用[3]，把這種材料直接安放到噪聲源位置即可，由于傳輸電纜有很嚴重的噪聲問題，由此研發了防電磁波干擾顯微三層管，該設備由三層材料利用擠壓操作制成的，中間層就放置著吸收電磁波的材料，其外層和內層都是由樹脂絕緣材料制成。在以后的發展中，這類材料的使用范圍會更廣，目前日本的公司正在研制高性能的磁性復合材料，例如軟磁復合材料，硬磁復合材料等。

2.最新一代納米復合材料的研究

韓國的一個機械材料研究所使用溶液噴霧干燥技術，研發了一款納米級一氧化鋁復合材料，具體原理就是利用銅發生氧化反應，氧化物再繼續進行粉末的凝聚，最終抑制氧化鋁的成長，最終得到納米復合材料。通過對該材料的分析得知，里面含有1.1%的硝酸銅，當在240攝氏度的高溫下經過風干，就會得到20到80納米的非晶體粉末，然后繼續進行加熱，當溫度達到200度，再利用氫氣芬進行還原處理，最終得到小于20納米的銅粉，把這些物質在硝酸中溶解24小時，能夠萃取到氧化鋁納米粉末，這一材料就是氧化鋁相。該材料用于電極材料的焊接，在電車、大型汽車、機器人等方面也有大量應用。但是該材料在耐高溫和硬度等方面有待突破，研發企業應該以此為基礎，不斷添加其他材料，從而生產出具有更大優勢的納米復合材料，應用范圍更廣，以后在這一領域還會有更好的發展。

四、總結

通過以上的分析得知，金屬復合材料具有相補效應，集中了不同材料的各自優點，這都是單一金屬不能達到的。無論是在功能方面還是經濟方面都有優勢，因此市場需求很大，很多國家都投入到了新材料的研制行列。但是這些材料不能短流程化和連續化作業，這是以后應該改善的一方面?？偠灾?，這種復合材料是以后材料市場的主流。

參考文獻

[1]田廣民，李選明，趙永慶等.層狀金屬復合材料加工技術研究現狀[J].中國材料進展，2013（11）：696-701.

[2]章應，徐永紅，廖國君，等.微電機用綠色層狀復合材料現狀及發展動態[C]/第二屆層壓金屬復合材料生產技術開發與應用學術研討會文集.2010.

[3]劉越，張太正，孫愛新，等.銅/鋼雙金屬復合制備工藝技術研究現狀[J].材料導報，2015（15）：10-14.