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原位反应法制备金属基复合材料
2.6.1 DIMOXTM技术
让高温金属液( 如 Al，Ti，Zr 等) 暴露于空气中，使其表面首先氧化成一层氧化膜( 如 Al2O3，TiO2，ZrO2)，里层金属再通过氧化层逐渐向表面扩散，到达表面时金属液中少量金属被氧化，如此反复，最终形成金属氧化物增强的金属基复合材料或金属增韧的陶瓷基复合材料[37-39]。
DIMOXTM技术的优点是：（1）产品成本低，氧化气氛是空气，加热炉可以用普通电炉；（2）氧化物是在压坯中生长的，压坯的尺寸变化在 10% 以下，后续加工简单；（3）可以制成形状复杂的产品，且可以制备较大型的复合材料部件；（4）调节工艺条件可以提高制品的韧性；（5）改变反应气氛和合金体系可以进行其它组合；（6）该技术可以克服当今陶瓷制造中成本高，加工难度大和大型化困难的缺点，目前，有关DIMOXTM法的研究主要包括 Al2O3 形成的反应动力学、材料的显微组织结构分析等等[40-42]。 2.6.2 PRIMEXTM技术
该技术与 DIMOXTM技术的不同之处在于使用的气氛是非氧化性的，在此工艺中，同时发生 2 个过程：一是液态金属在环境气氛的作用下向陶瓷预制件中的渗透；二是液态金属与周围气体反应而生成新的增强粒子。该技术可以制备各种大小部件；工艺简单，原料成本低，可近形成型[43]。
目前,Lanxide 技术主要用于制备铝基复合材料或陶瓷基复合材料，其制品已在汽车、燃气涡轮机和热交换机上得到一定的应用。 2.7 原位凝固自生法
原位凝固自生复合材料主要是利用合金凝固过程中的相变规律，形成增强相粒子，从而达到增强的目的。于金江[44]等人研究的 Ni、Cr、Al2TaC自生复合材料就是通过定向凝固工艺生成的。最后形成的组织是棒状的 TaC 纤维均匀分布于基体中，基体和纤维基本上都平行于〈100〉方向定向生长。性能测试表明其在室温下具有良好的塑性和强度，因而在高温下表现出更为优越的抗蠕变性能，凝固后热处理能显著提高其高循环抗疲劳性能
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2.8 LSM 混合盐反应法
该法是英国 London Scandinavian Metallurgical 公司发明的专利技术[45]。其基本原理是将含有增强相组元的盐混合预热后再加入到金属基体的熔体中，高温下盐中增强相的组元被金属还原并在基体熔体中结合生成增强相，去掉熔渣即可浇注成型。利用 K2 TiF6 盐和 C 粉混合预热后置入Al 熔体中，经反应、充分搅拌后制得 TiC 颗粒增强的铝基复合材料。运用 TiO2-H3BO3-Na3AlF6混合后置入 Al-4.5Cu 合金溶液中，950 ℃左右发生化学反应 ,通过调整混合盐的计量比，制得增强相 TiB2 颗粒 Al-4.5Cu 为基体的复合材料[46-47]。
该法可以制备复合材料铸件，工艺成本低，无需气氛保护，也无需球磨混合以及冷挤压成坯等工序，反应后可直接浇注成型。而难点在于：由于盐膜阻隔，可能降低界面结合强度；反应过程有污染气体溢出；熔渣去除困难，且有腐蚀性；增强相的体积分数不高等。 2.9 原位表面复合层的制备方法
近年来，在上述一些方法的原理基础上，利用高温火焰，激光熔覆，电弧或等离子喷涂，铸渗以及化学镀，电镀等工艺技术，在基体表面进行原位反应，形成原位复合材料表面层，达到表面改性作用[48]。按照喷涂方式不同，原位反应喷涂可分为反应电弧喷涂、反应等离子喷涂、反应火焰喷涂、爆炸反应喷涂等[49]。研究表明，利用氩弧熔敷技术 ,可以原位形成细小、弥散分布的颗粒，颗粒沿熔敷层深度呈梯度分布。通过调整预置涂层的厚度、熔敷工艺参数以及石墨的加入量，可以调整控制熔敷层的成形及组织性能。这类方法尚处于研究发展阶段，面临如何提高界面结合可靠性，工艺稳定性以及工艺成本问题。 2.10 CR接触反应法
在 SHS、XD 法的基础上发展的接触反应法，其基本原理见图 3。含增强相的组分元素或化合物均匀混合后挤压成坯，直接或预热后置入高温基体合金液中，使之接触发生化学反应，反应热一方面使压坯碎裂，增加了反应接触面积，促使反应进一步进行，另一方面可使反应产物向基体中扩散，在机械搅拌或超声波的作用下使增强相在基体中弥散分布，然后静置浇注成试样[50]。
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原位反应法制备金属基复合材料
图 3 CR 接触反应法示意图
常用的元素粉末有 Ti、C、B 等，化合物粉末有Al2O3，TiO2 ,B2O3 等，基体金属常见的是 Al、Cu、Fe等。该法可制备不同基体的复合材料，制备的增强相尺寸仅为 0.3～0.7um，分布均匀，界面结合良好。采用 Al-Ti-C 反应系制成的压块，置入铝熔体中，压块发生反应生成增强体为 TiC 颗粒的铝基复合材料 ,发现随着 Al 含量的增加，压块在熔体中的反应延后，且反应温度下降[51]。
该法工艺简单,可以制备较大的制品，成本，低但反应不均匀，甚至不完全，易造成成分偏析；反应过程难以控制，有污染气体析出，工作环境；熔体温度高、能耗大，表面易氧化，有时反应需在保护气氛下进行[52]。 3.原位反应复合技术的发展与展望
以上对金属基复合材料的几种原位反应合成技术及其特征分别进行了简要介绍，可以看出原位反应合成法是在基体内部生成增强相，并与基体原位复合，克服了强制法增强相表面污染 、增强相与基体间界面反应等主要弱点。利用原位反应合成法制备金属基复合材料，在同等条件下，其力学性能一般都高于强制法制备的复合材料。并且原位反应合成技术的原料来源广泛，价格较低,工艺又相对简单 、制作成本低，适合并能够大规模工业化生产，因此，是一种很有前途的合成技术。由于其技术上和经济上的优势，近几年来，原位反应复合技术发展十分迅速，其研究方兴未艾，不断有新工艺新方法发明并走向应用，已形成原位反应合成技术家族和原位反应复合材料家族[53]。
我国对金属基复合材料的原位反应合成技术的研究虽起步较晚，但受到了科技界极大的重视，有关的研究已列入“八六三”计划，国内已有 30多家高校和科研单位从事这项在材料开发与生产中将引起巨大变革的新技术的研究，并已获得了初步的成果。但是，由于原位反应合成技术发展历史较短，大部分工艺和反应体系尚处于试验和开发研究阶段，从实验室转向工业化生产，还有许多问题需要进一步研究和探索。在今后的工作中，应加强
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原位反应法制备金属基复合材料
研究反应过程中的热力学、动力学机理、微细胞增强相生成机理 、界面结构及强度 、弥散强化机制及其控制措施，以避免其他副反应夹杂物的产生[54]。尤其应注意研究增强体大小、形状 、分布及体积百分比对金属基复合材料性能的影响，以提高原位复合材料性能的稳定性。相信随着研究的不断深入和原位反应合成工艺 、设备的不断完善,在不久的将来，原位反应合成的新型工程结构材料和功能材料，在航空航天 、汽车制造 、矿山机械、精密仪器、民用工业等方面会得到广泛的应用。
在国外金属基复合材料已经进入了生产和应用阶段，而在国内还仅仅局限于实验室研究。我们应充分发挥其优势，解决进行了生产和应用的问题[55]。相信随着研究的不断深入和原位反应合成工艺、设备的不断完善，在不久的将来, 原位反应合成的新技术必然会在国民经济的发展中发挥其重要的作用。 4.参考文献
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