颗粒增强复合材料(particles—reinforced composite materials)

基体材料用一种或多种金属颗粒、非金属颗粒或陶瓷颗粒增强的复合材料。根据基体的不同，颗粒增强复合材料可分成3类：金属基复合材料；高分子基复合材料和金属陶瓷。

金属基颗粒增强复合材料

这类材料是颗粒增强复合材料的主体。20世纪70年代铝基颗粒增强复合材料发展迅速，80年代又开发了镁、钛、镍及各种金属间化合物基复合材料。金属基颗粒增强复合材料主要有SiC、A1₂O₃、TiC、TiB₂、B₂C、SiN、BN等。

(1)铝基复合材料。

这类材料中具有代表性的是Si(：颗粒增强的6061Al和2124Al。由于SiC_p与铝界面结合强度高，这类复合材料的弹性模量高，强度高，高温性能和抗磨损性能好，因而用于火箭、导弹构件、红外线激光制导构件、航空精密电子器件封装材料、坦克履带、汽车、发动机活塞、连杆等。

(2)钛基复合材料。

该类材料作为高温复合材料主要用于高温结构与动力装置。该类材料的代表是TiC_p增强的Ti一6A1—4V。与基体相比，这类复合材料的高温弹性模量可提高15％，蠕变速率可降低一个数量级，使用温度可以提高110℃，已成功地用于导弹外壳、尾翼和发动机的部件。

(3)金属间化合物基复合材料。

这类材料是复合材料的最新进展，也是国际上正在开发的高级耐热材料。美国用苏联科学家提出的自蔓延扩展高温合成工艺研制3XD系列产品。作为基体主要是NiAl、TiAl等金属间化合物，复合材料的代表为TiB₂／NiAl，TiB₂／TiAl等。

金属基颗粒增强复合材料的主要特点为，力学性能好，制备方法简单，成本低，尤其是都有较好的高温性能。如Al₂O₃和SiO₂颗粒增强的铜，经3.6h高温退火后，硬度从室温到熔点几乎不变，强度未明显降低，并不发生再结晶。

金属基颗粒增强复合材料的制造方法可分成粉末冶金法(见图a～d)和铸造法(见图e～g)两大类，经过粉末混合，烧结成坯，或经过混合搅拌铸成坯，再经过压力加工成材。这类材料因铸态和烧结后塑性低，压力加工尤其轧制有些困难。

高分子基颗粒增强复合材料      

一些高分子材料的分子链间作用力弱，易产生相对运动，易变形形成光滑表面，因此摩擦系数低，其损伤容量、阻尼、耐腐蚀性优于金属，符合易剪切、易粘附等固体自润滑材料要求，所以可作为减摩、抗磨材料。但它们的负载能力低、

导热性差，热变形温度低等特点，使它们在工程上的应用受限制，通常加入各种颗粒组成复合材料来制造零件。用作基体的高分子材料主要有酚醛树脂，三聚氰胺树脂、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙等~22程上常用的是尼龙和聚四氟乙烯(PTFE)填充二硫化钼、石墨等，用于大型设备中的轴套、齿轮、螺母等。用作填料的金属颗粒有铅、青铜、锡、铁等，氧化铅、氧化铜等氧化物及二硫化钼、石墨、云母、石英粉等。可以选择颗粒品种然后适当组合，制造出多种性能的减摩、抗磨材料。

金属陶瓷   

向陶瓷中添加金属颗粒构成的复合材料，是陶瓷增强增韧的有效方法。陶瓷中添加韧性金属颗粒后，裂纹扩展中遇到金属颗粒时扩展所需能量增加，使陶瓷强韧化。如钨颗粒加入量增加，ZrO₂强度直线上升。金属陶瓷可以改进陶瓷的抗热冲击性和热传导性，因此大量用于高温场合，如液态金属测温。该类材料用传统的粉末冶金方法生产，为了增加材料密度，高温烧结常结合等静压制进行。

展望   

颗粒增强复合材料的最新进展是开发了新的复合材料设计概念，其中吸引人的是采用混合增强颗粒，如加入细小颗粒以改进强度，加入晶须等改进蠕变抗力，同时加入软颗粒以增加韧性。