金属复合材料生产技术的现状与发展趋势

谢守理

摘 要： 随着我国科学技术不断的发展，人民生活水平的提高，金属复合材料的使用范围也越来越广，由于具体使用的方式不同，对其生产质量的要求也越来越高。下面就以某几种金属复合材料为研究对象，分析爆炸法、挤压复合法、扩散法、固相结合法等，然后再对其未来的发展趋势进行阐述，希望给有关人士一些借鉴。

关键词：金属复合材料 生产技术 展趋势

中图分类号：TG1 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）05-0321-01

从美国企业可以看到金属复合材料的应用前景，基本每年都要耗费10亿美元研究新的材料，我国和其相比才是起步阶段。研究新型的金属复合材料，需要使用两种，或者两种以上的物理、化学、力学性能不同的金属材料，除此之外，这些材料还要具有相补效应，就是可以互相弥补各自的缺点，让合成后的材料优势更加明显，这些材料在运输、航天、航空、桥梁、建筑中都有广泛应用。

一、分析复合材料的制造方法

1.对爆炸复合法的分析

利用爆炸复合法进行金属复合材料的生产，其作用效果非常好，主要使用炸药作为加工能源，当炸药爆炸的一瞬间，其冲击力会达到748千米每秒，在很短暂的时间内，焊接金属的表面就会形成一层很薄的塑性变性区域，这一区域还会在不断的融化和扩散，这样金属虽然不同，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、扩散焊接和压力焊接，属于一种三位一体的焊接方式，就目前的焊接技术和爆炸技术而言，能够实现300多种金属的复合。但是在实际应用中会产生很大的污染，不适合连续的生产模式，薄板生产也存在一定的困难，因此使用有一定的局限性。

2.对挤压复合法的分析

在挤压操作前需要把包层金属和被包层金属的表面进行清理，保证表面的干净度，不要有太多的可见灰尘，再将二者组装成挤压柸，然后设置一定的温度，制定合理的积压比参数，最终就会按照制定的压力和形状积压而成，在压力的操作下，不同金属表面会紧密的接触，并完成最终的复合。在实践中大量的应用于线、棒、管的生产，除此之外，进行矩形断面的生产也非常擅长，但是其应用范围也有一定的局限性，连续化的生产不适合，在挤压中需要大功率的挤压机，操作成本较高。

3.对扩散焊接方法的分析

当温度比母材温度还要低，就可以应用扩散焊接方法。进行扩散焊接时也要注意，母材避免出现变形，发生变形生产的材料使用性能就会发生变化。保证母材不会变形后，持续进行加压，让要复合的材料和母材紧密的进行接触，使用原子扩散达到材料的结合，具体方式有很多种，例如有助剂扩散焊接、无助剂扩散焊接、无助剂自扩散焊接、过渡液相扩散焊接、相变超塑性扩散焊接，使用这一方法加工复合材料，可以得到性能基本一致的接头性能。

4.对固相结合方法的分析

该方法主要利用高温让不同的材料融合到一起，其也被称之为扎焊，具体又可以分为热轧焊复合法和冷轧焊复合法，如果利用热轧焊，先要把基本体和要覆盖的材料组到一起，然后进行四周的焊接，最后再进行热轧，让二者复合到一起。

5.对喷射沉积复合方法的分析

在二十世纪八十年代发展起来了喷射成型技术，在操作过程中，具有快速成型的特点，同时也是一种新型的粉末冶金技术。在实践操作中，需要先把金属进行雾化，然后让其快速凝固，当喷射成型时，被雾化的液滴会高速凝固，最终在宏观上没有偏析，让小沉积组织比较均匀，一般都会等轴分布。

二、对复合材料在应用中的分析

1.热双金属的应用

业内人士都清楚，热双金属是由三层或两层膨胀系数不同的合金，沿着接触面融合到一起的，最终形成复合金属材料。对于具有膨胀系数较高的合金层，通常被称为主动层，对于膨胀系数比较低的合金层，其被称之为被动层，对其进行加热时，因为这两层具有不同的膨胀系数，通常主动层会比被动层伸长量大，金属片在加工中就会向被动层弯曲，在此过程中，热能就被转化为机械能，让二者材料在接触面位置发生一定的力和变形，针对这一情况这一种金属可以被用来作为控制仪表、测量的传感器。这种热双金属主要分为三种，第一种是普通型，在一般的控制元件上都可以应用，有很强的通用性，例如5J18。第二种是高灵敏性型，这一类材料当温度发生变化后，其受力和位移都会有很大变化，因此对信号有很强的灵敏性，随着仪表和其他测量原件都在向小型化发展，因此其在未来的使用量还是很大的。例如5J11.第三种是额定的电阻型，主要被加工成短路器元件，这也要求这类热双金属有一定的电阻率，例如R9到R141。

2.對复合框架材料的分析

在导弹、航天飞机、计算机等电子产品中都会用到复合材料，下面就研究复合框架材料。铜合金局部复铝条冷轧带材在集成电路[1]，或者耗能电路中都有很好的应用。如果和铜合金材料对比，其不需要镀金，使用复铝层、铝丝压焊形成外电路，有效节约了黄金的使用量，同时也避免形成铝-金脆性化合物，很好的提高了电力的可靠性，这种合金就是复合材料，铜是这种合金的基体，应用了固相组合技术，把铝条按照设计要求进行局部的复合。

三、金属复合材料在以后的发展趋势分析

1.对软磁复合材料的分析

这种材料可以作为各种磁屏蔽、磁心，有效防止电磁波的干扰，是一种很好的吸波材料，还应该清楚一点，软磁复合材料是磁心经常使用的有压粉磁铁心和铁氧体烧结产品[2]，但是还满足不了小型化的需求。除此之外，这种材料会出现漏磁和断线问题，绝缘性不好，因此应用中的效率较低。利用软磁复合材料进行成型制品的注射，可以有效避免上述问题的出现，到目前为止，橡胶型电磁波干扰吸收板已经得到很好的应用[3]，把这种材料直接安放到噪声源位置即可，由于传输电缆有很严重的噪声问题，由此研发了防电磁波干扰显微三层管，该设备由三层材料利用挤压操作制成的，中间层就放置着吸收电磁波的材料，其外层和内层都是由树脂绝缘材料制成。在以后的发展中，这类材料的使用范围会更广，目前日本的公司正在研制高性能的磁性复合材料，例如软磁复合材料，硬磁复合材料等。

2.最新一代纳米复合材料的研究

韩国的一个机械材料研究所使用溶液喷雾干燥技术，研发了一款纳米级一氧化铝复合材料，具体原理就是利用铜发生氧化反应，氧化物再继续进行粉末的凝聚，最终抑制氧化铝的成长，最终得到纳米复合材料。通过对该材料的分析得知，里面含有1.1%的硝酸铜，当在240摄氏度的高温下经过风干，就会得到20到80纳米的非晶体粉末，然后继续进行加热，当温度达到200度，再利用氢气芬进行还原处理，最终得到小于20纳米的铜粉，把这些物质在硝酸中溶解24小时，能够萃取到氧化铝纳米粉末，这一材料就是氧化铝相。该材料用于电极材料的焊接，在电车、大型汽车、机器人等方面也有大量应用。但是该材料在耐高温和硬度等方面有待突破，研发企业应该以此为基础，不断添加其他材料，从而生产出具有更大优势的纳米复合材料，应用范围更广，以后在这一领域还会有更好的发展。

四、总结

通过以上的分析得知，金属复合材料具有相补效应，集中了不同材料的各自优点，这都是单一金属不能达到的。无论是在功能方面还是经济方面都有优势，因此市场需求很大，很多国家都投入到了新材料的研制行列。但是这些材料不能短流程化和连续化作业，这是以后应该改善的一方面。总而言之，这种复合材料是以后材料市场的主流。

参考文献

[1]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.

[2]章应，徐永红，廖国君，等.微电机用绿色层状复合材料现状及发展动态[C]/第二届层压金属复合材料生产技术开发与应用学术研讨会文集.2010.

[3]刘越，张太正，孙爱新，等.铜/钢双金属复合制备工艺技术研究现状[J].材料导报，2015（15）：10-14.