分子級混合法制備金屬基復(fù)合材料研究進展

彭武強,冉龍華,錢鐸可,代平

（麗江市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢測中心，云南麗江 674100）

復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用及新型復(fù)合技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，開辟了制備特殊功能材料和更加合理利用資源的新途徑，有效地推動了材料科學(xué)的快速發(fā)展。金屬基復(fù)合材料（Metal Matrix Composites，MMCs）具有的優(yōu)異物理、機械、熱學(xué)和電學(xué)特性，使其在航空航天、汽車動力、基礎(chǔ)設(shè)施、電子和精密設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［1-2］。按材料的空間排列特征，金屬基復(fù)合材料可分為層狀復(fù)合材料、纖維復(fù)合材料、顆粒復(fù)合材料和浸漬復(fù)合（含介孔固體復(fù)合）材料，常用的復(fù)合技術(shù)包括液相復(fù)合、固相復(fù)合、原位復(fù)合等［3-5］。

液相復(fù)合技術(shù)是將不連續(xù)的第二相粒子嵌入到連續(xù)的液態(tài)金屬基體中，并用常規(guī)的鑄造方法將熔融金屬鑄造成所需的形狀，該技術(shù)主要包括攪拌鑄造法、擠壓鑄造法、超聲輔助鑄造法、滲透法、熱噴涂法和激光熔體噴射法等。液相復(fù)合技術(shù)的優(yōu)勢是成本低，能較好的保護第二相粒子，但由于第二相粒子的團聚和偏析，使其在金屬基體中難以分布均勻。此外，第二相粒子與金屬基體比例的可調(diào)節(jié)空間較小，其在較高的溫度下會與熔融金屬基體發(fā)生反應(yīng)形成有害相［6］。為了克服液相復(fù)合技術(shù)的局限性，固相復(fù)合技術(shù)應(yīng)運而生。固相復(fù)合技術(shù)是在低于金屬基體熔點的情況下，通過固態(tài)加工工藝制備MMCs，該技術(shù)主要包括傳統(tǒng)粉末冶金法、高能球磨法、冷噴涂、擴散結(jié)合、攪拌摩擦等。盡管固相復(fù)合技術(shù)一定程度上克服了液相復(fù)合技術(shù)的缺點，但該技術(shù)成本高，第二相粒子在制備過程中可能遭到破壞［7］。原位復(fù)合技術(shù)是利用不同元素之間的化學(xué)反應(yīng)，在金屬基體中生成熱力學(xué)穩(wěn)定的第二相粒子，達到強化基體的目的。該技術(shù)制備的MMCs 中第二相粒子表面潔凈，二者的界面結(jié)合良好，成本相對較低，是一種制備高性能MMCs 比較有前景的方法，但界面化學(xué)反應(yīng)、密集的局部殘余空隙等因素大大限制了該技術(shù)的應(yīng)用范圍［8］。

在MMCs 的制備過程中，第二相粒子的性能很大程度上決定了MMCs 的最終性能，因此制備MMCs 時，第二相粒子的選擇極其重要。自從Lee等［9］報道了石墨烯（Graphene）優(yōu)異的力學(xué)性能后，二維納米材料（Two-dimensional，2D）的研究引起了全世界的關(guān)注。二維納米材料是指橫向尺寸大于100 nm 甚至幾微米，而縱向尺寸只有幾個原子厚度的一類特殊材料，其面內(nèi)原子之間依靠很強的化學(xué)鍵結(jié)合，面面原子之間則依靠比較弱的范德華力結(jié)合。二維納米材料（如石墨烯、氮化硼、MoS2等）具有高彈性模量、高強度和超低摩擦，可以有效的阻礙位錯遷移，細化晶粒；其較大的表面積和高強度，可實現(xiàn)載荷轉(zhuǎn)移，是極好的復(fù)合材料摻雜相［10-12］。在金屬基體中加入2D 納米材料，可制備出具有優(yōu)異性能的金屬基復(fù)合材料。然而，在制備2D 納米材料/金屬復(fù)合材料的過程中，由于其較大的表面積，使其在金屬基體中難以分散均勻，加之片層厚度增加，嚴(yán)重惡化了復(fù)合材料的性能［13］。傳統(tǒng)的粉末冶金法、噴射沉積法及鑄造法等在提高2D 納米材料分散性及其與金屬基體的界面潤濕性等方面的能力極其有限，嚴(yán)重制約了2D 納米材料/金屬復(fù)合材料的研究開發(fā)與應(yīng)用。因此，急需開發(fā)出新的制備技術(shù)，提高第二相在金屬基體中的分布均勻性和改善二者之間的界面結(jié)合。

2005 年，Cha 等［14］發(fā) 明 了 一 種 制 備 碳 納 米 管（Carbon Nanotube，CNT）/Cu 復(fù)合粉末的新方法—分子級混合法（Molecular-Level Mixing，MLM）。該方法首先在CNT 表面引入親水官能團（羧基、羥基等），然后利用帶電官能團與基體金屬離子之間的靜電作用來獲得較強的界面結(jié)合及第二相粒子的均勻分布。其研究表明，CNT 均勻地嵌入到基體粉末中且二者的界面結(jié)合良好，還原過程中殘余的氧化銅促進了界面處的載荷傳遞。該材料的強度和楊氏模量分別是純Cu 的3 倍和2 倍，極大的提高了該類復(fù)合材料的力學(xué)性能。正是由于MLM 法在金屬基復(fù)合粉末制備方面的這種優(yōu)勢，越來越多的學(xué)者開始采用MLM 法制備技術(shù)進行MMCs 的相關(guān)研究［15］。圖1 為MLM 法制備CNT/Cu 復(fù)合粉末的工藝流程圖［14］。

圖1 MLM 法制備CNT/Cu 復(fù)合粉末的工藝流程圖［14］Figure 1 Schematics depicting strategies and procedures for the molecular-level mixing process to fabricate CNT/Cu composite powders

本文闡述了分子級混合法制備金屬基復(fù)合材料的國內(nèi)外研究進展，梳理了結(jié)合該方法制備的多種金屬基復(fù)合材料的技術(shù)及材料性能特點，并對金屬基復(fù)合材料制備研究發(fā)展趨勢及材料應(yīng)用前景進行了展望。

1 CNT/金屬復(fù)合材料

CNT 具有輕質(zhì)高強、長徑比大及優(yōu)異的物理化學(xué)性能，被視為理想的復(fù)合材料摻雜相［16-17］。近年來，MLM 法在制備高性能CNT/金屬復(fù)合材料方面取得了一系列研究進展，CNT/金屬復(fù)合材料的基體 金 屬 類 型 主 要 包 括Cu［18-19，21，23-29，35-37，43-44］、Ni［20，45］、Al［22，30-34］、Ag［38-42］等。

1.1 CNT 含量對復(fù)合金屬材料力學(xué)性能的影響

基于MLM 法制備的CNT/金屬復(fù)合材料，與純金屬相比，其在室溫下具有更高的硬度、屈服強度和抗拉強度，即使是極少量的CNT 也能顯著提高金屬基復(fù)合材料的力學(xué)性能。Xue 等［18］采用MLM 法和放電等離子燒結(jié)技術(shù)（SPS）制備的5%CNT/Cu復(fù)合材料，其屈服強度和抗拉強度分別達到328 和380 MPa，明顯高于純銅和Kim 等［19］采用高能球磨法制備的5%CNT/Cu 復(fù)合材料。Hwang 等［20］制備的6%CNT/Ni 復(fù)合材料，其屈服強度達到710 MPa，大約是純鎳的3.7 倍。Duan 等［21］采用MLM法和微波燒結(jié)技術(shù)制備的0.5%CNT/Cu 復(fù)合材料，其抗拉強度達到218 MPa，相比純Cu 其強度得到明顯提高，同時還保留了37.75%的延伸率。Joo等［22］采 用MLM 法 和 高 壓 扭 轉(zhuǎn)（HPT）制 備 的5%CNT/Al 納米復(fù)合材料，該材料兼具高強度和高韌性。Kim 等［24-28］基于MLM 法和SPS 燒結(jié)技術(shù)對CNT/Cu 納米復(fù)合材料進行研究發(fā)現(xiàn)：CNT 均勻地嵌入到Cu 基體中，復(fù)合材料的強度、硬度和耐磨性等均得到明顯的提高；此外，在CNT 與Cu 的界面區(qū)域觀察到了O 原子的存在，這對提高界面處載荷傳遞效率具有重要的促進作用（圖2）。

圖2 CNT/Cu 納米復(fù)合材料微觀組織及界面分析［24］Figure 2 Microstructure and interface analysis of CNT/Cu nanocomposites

CNT/金屬復(fù)合材料的優(yōu)異力學(xué)性能得益于CNT 在金屬基體中的均勻分布，以及二者較好的界面結(jié)合（圖3）。然而，CNT 的添加量存在一個最佳范圍，超過該范圍CNT 將無法分散均勻，從而惡化材料的性能。如Duan 等［21］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CNT 含量超過1%時，其團聚傾向增加，導(dǎo)致材料的力學(xué)性能下降。周川等［26］也得到相同的結(jié)論，隨CNT 含量的增加，復(fù)合材料的強度先升后降；當(dāng)CNT 含量小于1.0% 時，復(fù)合材料致密度高、CNT 分布均勻。辛麗莎［27］的研究也表明，隨CNT 含量的增加，復(fù)合材料的硬度出現(xiàn)先升后降的趨勢。

圖3 CNT/Ni 復(fù)合材料［20］和CNT/Cu 復(fù)合材料［21］微觀組織Figure 3 Microstructure analysis of the CNT/Ni composite and CNT/Cu composite

1.2 制備工藝對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

為了進一步提高CNT/金屬復(fù)合材料的力學(xué)性能，學(xué)者們對復(fù)合材料的制備工藝進行了一系列優(yōu)化。Singhal［28］和Lal［29］采 用MLM 法 結(jié) 合 高 能 球 磨制備了CNT/Cu 復(fù)合材料，相比單一的球磨或者MLM 法制備的復(fù)合材料，該工藝制備的復(fù)合材料具有更高的力學(xué)性能。Murugesan 等［30］采用MLM法和機械合金化制備了Cu-CNT/Al 和Ni-CNT/Al復(fù)合材料，相比CNT/Al 復(fù)合材料和純鋁，兩種復(fù)合材料的力學(xué)性能均有顯著提高，這都得益于CNT 的均勻分布及界面處Al4C3等相提高了界面載荷傳遞效 率。Maqbool［31-32］、Joo［33］和Nam［34］的 研 究 表 明，鍍銅CNT 與Al 基體具有更強的界面結(jié)合，其對Al基體的強化效率要明顯高于未鍍銅的CNT。此外，Nam 還在界面處發(fā)現(xiàn)了AlCu 金屬間化合物的存在，這對促進CNT 與Al 基體之間的界面結(jié)合具有重要作用。圖4 為CNT/金屬復(fù)合材料的微觀組織。

圖4 CNT/金屬復(fù)合材料的微觀組織［30-34］Figure 4 Microstructure analysis of the CNT/metal composites

Liu 等［35］先用MLM 法 制 備了微米級CNT/Cu復(fù)合粉末，并將其與片狀Cu-1.0Ti 基體粉體進行低能球磨而制備了CNT/Cu-Ti 復(fù)合材料，結(jié)果表明CNT 均勻分布在基體中且過渡層TiC 的形成促進了CNT 與金屬基體之間強烈的界面結(jié)合，因此與Cu-Ti 合金基體相比，CNT/Cu-Ti 復(fù)合材料的力學(xué)性能得到提高。Xiong 等［36］的研究也表明，界面處TiC 等納米相的形成可顯著提高載荷傳遞效率，從而大幅提升材料的力學(xué)性能。以上研究表明，通過優(yōu)化制備工藝，提高CNT 的分散性及其與基體金屬之間的界面結(jié)合，可進一步提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，如通過控制成分和工藝在界面位置形成微量的納米尺度金屬化合物可提高界面處的結(jié)合強度及載荷傳遞效率［35-36］。

1.3 CNT/金屬復(fù)合材料的其他性能

除力學(xué)性能外，學(xué)者們還對基于MLM 法制備的CNT/金屬復(fù)合材料的其他性能進行了研究。Kim 等［37］的研究發(fā)現(xiàn)，隨著CNT 體積分?jǐn)?shù)從5%增加到10%，材料的熱導(dǎo)率降低，10%CNT/Cu 納米復(fù)合材料具有較低的熱膨脹系數(shù)。PAL［38-42］等對CNT/Ag 復(fù)合材料的性能進行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明CNT 在一定含量范圍內(nèi)可均勻地嵌入到Ag 基體中（圖5），CNT 的添加降低了材料的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱性。之后他們基于改進的MLM 法（將共價鍵官能團化CNT 改為表面活性劑輔助非共價鍵官能團化CNT）研究了CNT/Ag 復(fù)合材料的力學(xué)性能和電學(xué)性能，結(jié)果表明材料的力學(xué)性能顯著提高，燒結(jié)前CNT/Ag 納米復(fù)合粉末的電導(dǎo)率高于純納米銀粉（在銀粉中嵌入CNT 可延長電子的平均自由程，電子通過嵌入的CNT 流過孔隙或晶界，從而促進電子的傳輸），燒結(jié)后CNT/Ag 納米復(fù)合材料的電導(dǎo)率卻低于塊體金屬銀（殘余孔隙率、CNT 團聚和界面接觸電阻是導(dǎo)致電導(dǎo)率降低的主要原因）。Baik 等［43］制備的CNT/Cu 納米復(fù)合材料中CNT 均勻且彌散地分布在基體中，材料的力學(xué)和電學(xué)性能相比機械混合法制備的樣品顯著提高。

圖5 Ag/MWCNT 納米復(fù)合材料的微觀形貌TEM 圖［40］Figure 5 TEM micro-graphs of Ag/MWCNT nanocomposite

2 Graphene/金屬復(fù)合材料

Graphene 具有比CNT 更優(yōu)異的性能，廣泛用作金屬基復(fù)合材料的摻雜相。MLM 法在制備高性能石墨烯/金屬復(fù)合材料方面同樣具有不俗的表現(xiàn)，成為學(xué)者們研究的熱點［48-72］。下面將對石墨烯/金屬復(fù)合材料的性能進行詳細討論。

2.1 Graphene/金屬復(fù)合材料力學(xué)性能

Zhao［48］采用MLM 法和SPS 燒結(jié)技術(shù)制備了還原氧化石墨烯（Reduced Graphene Oxide，RGO）/Ni復(fù)合材料。結(jié)果表明，RGO 均勻分布在Ni 基體中，界面處的O 原子使RGO 與Ni 基體之間形成強鍵結(jié)合（圖6），相比純鎳，復(fù)合材料的抗拉強度提高了95.2%、屈服強度提高了327.6%，同時還保留了12.1%的延伸率。張丹丹［49-50］基于MLM 法分別制備了石墨烯納米片（GNPs）、Ni-GNPs 和RGO 作為摻雜相的Cu 基復(fù)合材料。結(jié)果表明，在一定含量范圍內(nèi)不同種類的石墨烯材料均與Cu 基體結(jié)合良好且 具 有 較 好 的 分 散 性。 Hwang 等［51］制 備 的2.5%RGO/Cu 納米復(fù)合材料的彈性模量和屈服強度分別為131 GPa 和284 MPa，相比純銅，分別提高了30%和80%，石墨烯和銅的界面結(jié)合能達到了164 J?m?2。Wang 等［52］采用MLM 法和高剪切混合的方法（簡稱M-H 法），制備了幾種不同RGO 含量的RGO/Cu 復(fù)合材料。結(jié)果表明：2.4%RGO/Cu復(fù)合材料的屈服強度為501.3 MPa，是純銅的3 倍以上，RGO 展現(xiàn)了極高的強化效果；從復(fù)合材料的斷口形貌可知，M-H 法有助于RGO 更均勻的分散在Cu 基體中（圖7）。以上研究成果均充分證明了MLM 法能夠提高石墨烯在金屬基體中的分散性及改善二者的界面結(jié)合，從而大幅提高材料的力學(xué)性能。然而，石墨烯在金屬基體中的添加量存在一個較優(yōu)范圍，只有在該范圍內(nèi)才能發(fā)揮增強復(fù)合材料性能的作用。文獻［50］研究發(fā)現(xiàn)，GNPs 在含量低于0.5%時能夠較均勻的分散于基體晶界或晶粒內(nèi)部，含量繼續(xù)提高后出現(xiàn)明顯的團聚現(xiàn)象，使得復(fù)合材料的力學(xué)性能下降。

圖6 1.5%RGO/Ni 復(fù)合材料的界面微觀組織［48］Figure 6 Microstructure analysis of the 1.5wt.%RGO/Ni composite at the interface between RGO and Ni matrix

圖7 1.2%RGO/Cu 復(fù)合材料的斷口形貌圖［52］Figure 7 Fractography micrographs of the composites

2.2 Graphene/金屬復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及制備工藝的影響

部分學(xué)者對基于MLM 法制備的石墨烯/金屬復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和工藝進行了優(yōu)化，以期獲得更優(yōu)的性能。Wang 等［53］制備了具有層狀結(jié)構(gòu)的RGO/Cu 復(fù)合材料，該復(fù)合材料獲得了高強度、高硬度和良好的導(dǎo)電性，層狀結(jié)構(gòu)促進了石墨烯薄片的均勻分散，阻止了片層間的滑移。Yang 等［54］制備的具有層狀結(jié)構(gòu)的2.5%RGO/Cu 復(fù)合材料的抗拉強度高達748 MPa，同時還獲得了良好的電導(dǎo)率，為設(shè)計具有層狀結(jié)構(gòu)和高性能的石墨烯增強復(fù)合材料提供了有效方法。朱威等［55］基于改進的MLM 法結(jié)合均質(zhì)機剝離制備的RGO/Cu 復(fù)合材料中RGO 均勻分布，無明顯的團聚現(xiàn)象，復(fù)合材料的壓縮屈服強度是純銅的3 倍，維氏硬度相比純銅也提高了0.7 倍。李彬等［56］也在MLM 法的基礎(chǔ)上引入了均質(zhì)機來進一步提高石墨烯在銅基體中的分散性，所得復(fù)合材料的屈服強度達到501 MPa，且耐蝕性也同步提高。

此外，還有許多學(xué)者采用金屬納米顆粒修飾石墨烯表面，從而進一步提高石墨烯的分散性及其與金屬基體之間的界面結(jié)合［57-61］。通過在石墨烯表面原位生成金屬納米顆粒，可有效減少復(fù)合材料制備過程中石墨烯之間的接觸面積，提高其分散性；在燒結(jié)過程中金屬納米顆粒可部分固溶于金屬基體中，從而提高石墨烯與金屬基體之間的界面結(jié)合力。Luo［59］等 基 于MLM 法制備的0.6%Ag-RGO/Cu 復(fù)合材料兼具較高的屈服強度、抗拉強度和電導(dǎo)率，強度的顯著提高得益于Ag 納米顆粒抑制了RGO 的團聚，同時還增強了RGO 與金屬基體之間的界面結(jié)合。Mohammad［60］等制備的1.0%Cu-RGO/Al 復(fù)合材料的屈服強度、抗拉強度和維氏硬度相比Al-4Cu合金分別提高了79%、49%、44%。Tang 等［61］通過Ni 納米顆粒修飾石墨烯的表面來進一步提高石墨烯與Cu 基體的界面結(jié)合力，制備得到的GNS-Ni/Cu 復(fù)合材料相比單一的GNS/Cu 的強化效率明顯提高。也有學(xué)者采用多種摻雜相協(xié)同作用來提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。Wei 等［62］采用MLM 法和SPS燒結(jié)技術(shù)制備了CNT-RGO 復(fù)合增強銅基復(fù)合材料，結(jié)果表明，2.5%CNT-RGO/Cu 復(fù)合材料的抗拉強度為601 MPa，遠高于2.5%RGO/Cu 復(fù)合材料的450 MPa 和純Cu 的294 MPa，同時在復(fù)合材料中還保留了83% IACS 的電導(dǎo)率。

2.3 Graphene/金屬復(fù)合材料的其他性能

除力學(xué)性能外，不少學(xué)者也對基于MLM 法制備的石墨烯/金屬復(fù)合材料的其他性能進行了研究。Nie 等［63］采用MLM 法和真空熱壓燒結(jié)的方法制備了RGO/Cu 復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)隨著RGO 含量增加至1.0%，RGO 在基體中從隨機分布轉(zhuǎn)變?yōu)槿S網(wǎng)狀分布，材料的摩擦系數(shù)從0.6 降到0.07，磨損率為純銅的三分之一，RGO 的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及其均勻分布使材料具有較好的耐磨性。Wang 等［64］基于MLM法制備了RGO/Cu 復(fù)合材料，研究了H2還原溫度對復(fù)合材料性能的影響，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的強度隨還原溫度的升高而降低，電導(dǎo)率則在450 ℃還原溫度時達到最大值，后續(xù)的熱軋可提高材料的電導(dǎo)率。Chen 等［65］的研究結(jié)果表明，隨著石墨烯含量的增加，GNP/Cu 復(fù)合材料的熱擴散系數(shù)不斷降低，電導(dǎo)率變化不大，摩擦性能卻顯著提高。Wang 等［66］采用MLM 法和真空熱壓制備了多層石墨烯（MLG）/Cu 復(fù)合材料，結(jié)果表明MLG 均勻分散在Cu 基體中，MLG 的擇優(yōu)取向?qū)е聼崤蛎浵禂?shù)具有各向異性。

3 其他第二相粒子/金屬復(fù)合材料

除石墨烯外，其他2D 納米材料也是復(fù)合材料的理想摻雜相。Yoo 等［67-68］采用MLM 法和SPS 燒結(jié)技術(shù)制備了氮化硼納米片（BNNS）/Cu 納米復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)添加較少量的BNNS 就能使復(fù)合材料的強度和彈性模量顯著升高，這主要歸因于銅離子與BNNS 表面帶負電官能團之間的靜電作用促進了BNNS 在Cu 中的彌散分布并增強了二者的界面結(jié)合。此外，界面處的富O 非晶相提高了載荷傳遞效率，也促進了BNNS 的強化效果（圖8）［73］。Zhang等［74］采用MLM 法和SPS 燒結(jié)技術(shù)制備了Ag 基自潤滑納米復(fù)合材料，結(jié)果表明WS2和MoS2均勻分布在Ag 基體中，納米復(fù)合材料在真空狀態(tài)下具有較好的滑動電接觸性能，其摩擦系數(shù)和接觸電阻分別 為0.126 和2.16 mΩ，磨 損 率 達 到1.37×10?6m3?N?1·m?1。雖然其他2D 納米材料也是理想的金屬基復(fù)合材料摻雜相，但目前關(guān)于MLM 法制備其他2D 納米材料/金屬復(fù)合材料的相關(guān)研究報道還比較少，大部分報道還是以碳納米管和石墨烯為主要研究對象。

圖8 BNNS/Cu 納米復(fù)合材料界面位置HRTEM 圖［69-72］Figure 8 HRTEM images of a BNNS/Cu nanocomposite at the interface between BNNSs and Cu matrix

除2D 納米材料外，部分學(xué)者也采用MLM 法制備了其他第二相粒子/金屬復(fù)合材料。 Han等［75］采用原位MLM 法和真空熱壓燒結(jié)制備的1.72%TiO2/Cu 復(fù)合材料的屈服強度相比基體提高了60%，同時還保留了32%的斷裂延伸率和97%IACS 的電導(dǎo)率，這是晶粒細化、位錯強化，以及TiO2納米顆粒在金屬基體中均勻分布和二者良好界面結(jié)合的綜合作用的結(jié)果。He 等［76］基于MLM法制備的ND（nanodiamond）/Cu 復(fù)合材料中ND 均勻分布在Cu 基體中，復(fù)合材料展現(xiàn)了較好的組織結(jié)構(gòu)和較優(yōu)的綜合性能。

MLM 法制備的金屬基復(fù)合材料的性能與制備工藝、第二相粒子的類型、含量等密切相關(guān)，結(jié)果分別列于表1 和表2。不同制備方法［77-84］得到的部分金屬基復(fù)合材料力學(xué)性能如圖9 所示，從圖9 可知，MLM 法制備的金屬基復(fù)合材料力學(xué)性能更優(yōu)。

表1 MLM 法制備的MMCs 的力學(xué)性能Table 1 Mechanical properties of metal matrix composites prepared by MLM process

綜上所述，MLM 法在制備高性能MMCs 方面具有較好的應(yīng)用前景，它解決了傳統(tǒng)粉末冶金、高能球磨等方法在制備MMCs 過程中第二相粒子易團聚且二者界面間結(jié)合弱的難題，實現(xiàn)了第二相粒子在金屬基體中的均勻分布及形成良好的界面結(jié)合，可使復(fù)合材料獲得優(yōu)異的綜合性能。

表2 MLM 法制備的MMCs 的其他性能Table 2 Other properties of metal matrix composites prepared by MLM process

圖9 部分銅基復(fù)合材料的力學(xué)性能對比Figure 9 Comparison of mechanical properties of some copper matrix composites

4 展望

金屬基復(fù)合材料由于具有優(yōu)異的性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)藥、汽車、能源和電子器械等領(lǐng)域中。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行業(yè)對金屬基復(fù)合材料的性能要求越來越高，需要不斷開發(fā)出新型高性能金屬基復(fù)合材料來滿足現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展需求。

金屬基復(fù)合材料的性能與基體材料的選擇、制備工藝、第二相粒子的類型、尺寸和體積分?jǐn)?shù)等息息相關(guān)。目前，高性能金屬基復(fù)合材料的制備瓶頸在于制備過程中第二相粒子易團聚、有害相的形成及基體金屬與第二相粒子之間較差的潤濕性。近年來，為了解決以上問題，科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)了一系列新型金屬基復(fù)合材料（2D 納米復(fù)合材料、納米雜化復(fù)合材料等）及其制備方法（分子級混合制備技術(shù)、CIP-HIP 燒結(jié)工藝、濺射法等），但是仍有一些問題沒有得到充分解決，筆者認(rèn)為未來高性能金屬基復(fù)合材料的制備研究應(yīng)從以下幾個方面入手。

（1）第二相粒子在金屬基體中的分散性研究。第二相粒子的團聚會嚴(yán)重惡化復(fù)合材料的性能，如何進一步提高第二相粒子在金屬基體中的分布均勻性需進一步研究。

（2）復(fù)合材料的強化機理研究?，F(xiàn)有的研究大部分集中在提高復(fù)合材料的性能上，對于強化機理方面缺乏系統(tǒng)的研究。

（3）經(jīng)濟性制備技術(shù)的開發(fā)?，F(xiàn)有的金屬基復(fù)合材料制備方法存在工藝復(fù)雜、成本高等問題，需要進一步降低材料的制備成本。

（4）第二相粒子與金屬基體的界面結(jié)合研究。第二相粒子與金屬基體界面結(jié)合的好壞直接關(guān)系到復(fù)合材料的性能，如何提高二者的界面結(jié)合強度需要進一步研究，其中對材料進行表面改性來提高界面潤濕性是一個不錯的研究方向。

（5）新型第二相粒子的開發(fā)。第二相粒子的性能直接關(guān)系到復(fù)合材料最終的性能，因此尋找高性能的第二相粒子有助于進一步提高復(fù)合材料的綜合性能。

（6）復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)設(shè)計研究。在復(fù)合材料組織中引入梯度結(jié)構(gòu)、納米孿晶、層狀結(jié)構(gòu)等可以解決復(fù)合材料強塑性、強度與電導(dǎo)率等的矛盾關(guān)系，從而制備出具有優(yōu)異綜合性能的復(fù)合材料。