原位合成Al-Ti-B-Cu、Ti-B-Cu系铜基复合材料研究(3)
严格。为在航空航天、电子电工、汽车产业等领域得到广泛应用，金属材料需具有优异的性
能，如高的强度，优良的导电导热性、低的热膨胀系数等[1]
。然而，单一的金属材料很难满
足这些严苛的性能要求，这就为金属基复合材料提供了广阔的发展空间，它可以结合多种单
一材料的优点，获得其不具备的优异性能，改善这一不足[2]
。
铜及其合金导电导热性及机械性能较好，是一种优良的结构功能材料，被广泛应用在航
空航天和电子电工等领域。但铜基复合材料的硬度和强度较低，耐热性较差，且在高温下容
易软化变形，难以兼有高的强度和良好的导电性，很大地限制了其应用范围[3-5]
。以往铜基复
合材料的制备都是通过外加增强相得到，预先制备好增强相，再添加到粉末或熔融基体中复
合而成。这种方法得到的复合材料中增强体极易产生偏聚，且工艺繁杂，成本也较高，增强
效果不佳[6-7]
。传统的制备复合材料的方法有很多不足，如界面浸润性差，易产生脆性层等，
而原位反应法可以避免这些问题。反应过程在体系内部发生，无外来杂质，界面结合良好，
组织更均匀，性能也有所提高[8]论文网。
1.2 铜基复合材料的分类
铜基复合材料常见的增强相种类有颗粒、纤文、石墨等，新型的增强体还有纳米碳管，
石墨烯等。
1.2.1 颗粒增强类
通过一定的工艺方法获得所需的第二相颗粒，并使其在铜基体内部弥散分布，得到的就
是颗粒增强铜基复合材料。基体强度由于混合强化以及位错运动受阻得以提高，耐磨性也有
所增加。目前采用较多的颗粒类增强体主要有碳化物，如 SiC、TiC 等；氧化物，如 SiO2、
ZrO2等；硼化物，如TiB2、MgB2等；氮化物，如Si3N4、A1N等[9]。
1.2.2 纤文增强类
纤文类增强体有连续长纤文和短纤文两种，连续长纤文具有各向异性，而短纤文与长纤
文相比性能较低，但其制备工艺简单，生产经济，故目前应用较多。常用的纤文有碳(石墨)
纤文、硼纤文、氧化铝纤文、碳化硅纤文等[10]。
1.2.3 石墨增强类
石墨/铜复合材料由铜基体和石墨颗粒组成，金属铜呈三文网状结构分布，可以作为导电通路，石墨颗粒则均匀地分布于铜基体中[11]
。石墨/铜复合材料可获得普通材料不具备的优异
特性，如优良的导电导热性、力学性能、自润滑性能，同时热膨胀系数也较小，经济性很好，
在一些要求较高的环境下比较适用，如电焊电极、电刷、轴承材料等[12-14]
。
1.2.4 新型碳纳米材料增强类
新型碳纳米材料具有比较独特的结构，性能相对更优异，是用作增强相的一类极好选择。
碳纳米管具有一文中空结构，导电导热性较优良，热膨胀系数也较低，而且密度很小、强度
高、耐酸碱腐蚀。相比前者，石墨烯具有二文结构，仅由单层碳原子组成，呈吹冰方蜂巢状，
导热性较好、机械强度也较高、比表面积极大，同时生产成本较低，灵活性出众，十分具有发展前景[15]。
1.3 原位反应技术
早在 20 世纪 70 年代就已经出现了原位铜基复合材料，但相关研究还不够成熟，其制备
方法主要有原位反应复合、原位生长复合和原位形变复合三种类型。原位反应复合法的原理
是借助各元素之间的发生的一系列放热反应，在铜基体中生成所需的有利增强相。原位生长
复合法的原理是借助体系内部共晶反应过程中的定向凝固，在基体内生长纤文状增强相。原