金属基复合材料(MMCs)旨在将金属的韧性与陶瓷的高强度、高模量结合起来,而短切陶瓷纤维是实现这一目标的高效增强体。相比于颗粒增强,短切陶瓷纤维增强的金属基复合材料在力学性能上更具各向同性的潜力,且增强效率更高。
常见的金属基体包括铝、镁、钛及其合金。以铝基复合材料为例,将短切陶瓷纤维(如氧化铝纤维或碳化硅纤维)通过搅拌铸造或压力浸渗的方式加入到铝合金熔体中,凝固后即可获得复合材料。这种材料不仅比普通铝合金具有更高的比刚度和耐磨性,而且热膨胀系数更低。因此,它被广泛应用于制造汽车发动机活塞、连杆以及电子封装外壳等部件。在这些应用中,短切陶瓷纤维的加入显著提升了部件的尺寸稳定性和服役寿命。
然而,制备短切陶瓷纤维增强金属基复合材料也面临挑战,最主要的问题是高温下纤维与金属基体之间的界面反应。过度的化学反应会损伤纤维,生成脆性的界面相,降低复合材料性能。因此,通常需要对短切陶瓷纤维进行表面涂层处理,以阻挡基体对纤维的侵蚀 。此外,如何确保纤维在金属熔体中均匀分散而不团聚,也是决定最终产品质量的关键工艺难点。
