什么是金屬復(fù)合材料？

與非金屬復(fù)合材料相比，金屬基復(fù)合材料的潛力尚未充分發(fā)揮，應(yīng)用面比較窄，成熟的品種很少。這種情況一直到20世紀(jì)70年代中期才略有好轉(zhuǎn)。1974年，美國材料咨詢局一次肯定了研制和使用金屬復(fù)合材料的正確性，表示對這項工作要重視和支持。這主要是航空、航天、能源工業(yè)的發(fā)展提出的一系列嚴(yán)格的要求，看來只有依賴金屬基復(fù)合材料和精陶瓷才能夠解決。金屬基復(fù)合材料所用的增強(qiáng)劑除了石墨、硼(硼硅克)纖維外，還有高強(qiáng)度鋼絲、高熔點合金絲(鎢、鉬)和晶須(氧化鋁、碳化硅)等。這些纖維分別用來與鋁、鎂、鈦、銅和鎳鈷基高溫合金組成復(fù)合材料。

金屬復(fù)合材料的研制起步早，取得了一定效果。這種材料用于航天飛機(jī)的中機(jī)身構(gòu)架管，可減重80公斤。采用硼—鋁復(fù)合材料的飛機(jī)為數(shù)不多，目前只有F—111、S—3A等，此外還有“阿特拉斯”導(dǎo)彈的殼體。

金屬復(fù)合材料有希望的潛在用途是制造噴氣發(fā)動機(jī)的壓氣機(jī)及風(fēng)扇葉片，如用其代替鈦合金可減重33％，節(jié)省成本45％左右。美國幾家主要發(fā)動機(jī)公司如普拉特?惠特尼、通用電器、TRW等均進(jìn)行過硼—鋁復(fù)合材料風(fēng)扇葉片的研究。JT8D發(fā)動機(jī)上試用硼—鋁壓氣機(jī)葉片，工作溫度達(dá)到300℃，此外，在TF—41—P3發(fā)動機(jī)上還試用了鈹—鋁壓氣機(jī)葉片。

金屬復(fù)合材料也具有很高的比強(qiáng)度和比模量，適合直升機(jī)、導(dǎo)彈、坦克和突擊浮橋使用。CH47直升機(jī)的傳動機(jī)，采用了多層石墨—鋁護(hù)板，大大減少了振動噪音，此外石墨—鋁和石墨—鎂將被用在人造衛(wèi)星和大型空間結(jié)構(gòu)上，如衛(wèi)星支撐架、平面天線體、可折式拋物面天線助等。

鎳基和鈷基高溫合金使用高熔點鉬、鎢絲式晶須增強(qiáng)后成為耐熱復(fù)合材料。這項工作在開展多年，目的是為了滿足工作溫度和載荷日益提高的先進(jìn)渦輪發(fā)動機(jī)的需要。利用這種耐熱復(fù)合材料制成實心渦輪葉片，可以提高渦輪的溫度和轉(zhuǎn)數(shù)，減少渦輪級數(shù)和冷卻氣體的消耗，為改進(jìn)發(fā)動機(jī)創(chuàng)造了條件。采用加有二氧化釷和碳化鉿的鎢絲增強(qiáng)復(fù)合材料，工作溫度為1160～1200℃，至少比目前的渦輪工作溫度提高100℃。

用氧化鋁晶須氈或單晶纖維增強(qiáng)熔點鉬鎢后，可以耐更高的溫度，在1650℃時的強(qiáng)度為鎢的兩倍，作為火箭噴口材料已通過試驗。

以鋼板為基體的各種層壓板也是一種通用的復(fù)合材料。例如波音767和757飛機(jī)上采用的一種包不銹鋼鋁板，可以代替鈦合金作為發(fā)動機(jī)的防火材料，重量輕而價格低。