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关键词： 水性油墨；金属油墨；树脂；连结料；助剂；水性金属凹印油墨
Key words： water-based ink；metal ink；resin；binders；additives；water-based metal gravure ink
中图分类号：TQ630.6+2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）06-0131-03
0 引言
近年来，伴随着工业化的发展，国家对印刷行业低碳环保要求的不断深入，对低碳环保型的印刷油墨需求越来越迫切，油墨市场的低碳竞争日趋激烈、环保低碳的呼声愈来愈高，传统的溶剂型（苯或酯）类油墨已不能适应和满足现代印刷业的发展需求，具有环保性、低碳性、无毒无污染、适应国家环保发展需要的水性金属油墨亟待推出。
作为一种新型的环保油墨，水性金属油墨的探索响应了我国绿色印刷的号召，加速了绿色进程，其主要优势有：不含挥发性有机溶剂，不仅能减少印刷品表面残留的有害物质，易于印刷设备清洗，还能降低由于静电和易燃溶剂引起的火灾隐患。唯一不足的是现有的技术水平印刷出来的产品仅能达到现有挥发性溶剂油墨的金属光泽和印刷效果的70%。
1 水性凹版油墨的发展
1.1 凹版印刷原理
在印刷过程中，印版滚筒的一部分浸渍于墨槽中并在墨槽中滚动，使整个印版表面涂满油墨，然后用刮刀刮去印版空白部分的油墨，使图文部分着墨，非图文部分不着墨，再由压印机将凹下的图文部分油墨压印到承印物表面，完成油墨向承印物的转移[1]。
凹版油墨的黏度很低，并且有大量挥发性的有机溶剂，生产凹印油墨时一般用球磨机或砂磨机研磨，以减少溶剂挥发[2]。现在，工业材料、包装装潢印刷等都采用了凹版印刷，其中包括塑料（聚丙烯、聚乙烯、聚酯、尼龙等）、铝箔、卡、玻璃纸等。目前，对产品不断创新是促进油墨增长的一条不错的途径[3]。
1.2 国外水性油墨的发展
早在20世纪60年代，由于环保的要求和石油原材料的紧张，一些发达国家逐渐限制使用石油产品制造印刷油墨。由此人们开始研究非有机溶剂型油墨，使得水性油墨取得了较大的进展。
到了20世纪70年代，由于石油危机，导致油墨用原材料再度紧张，同时对于食品等包装的要求也进一步提升。水性油墨经过不断的升级，解决了光泽度和印刷适性等方面的不足，最终促进了水性油墨的发展。在美国，95%的柔版印刷品和80%的凹版印刷品采用了水性油墨；在日本，70%的柔性版印刷用于瓦楞纸箱行业，其中95%的业务使用的是水性油墨。
1.3 国内水性油墨的发展
我国近代水性油墨的发展首先是从网印用水性油墨开始的，是利用一些水溶性淀粉、骨胶之类的天然高分子物质作为连接料，与颜料研磨得到水性油墨，人们习惯称之为皮浆，用于丝网印刷。对于油墨环保性能的要求的越来越高，已有部分水基凹印油墨开始使用，最早使用的水性油墨是用一种溶于乙醇和碱性水溶液的天然树脂虫胶作为连接料，随着科学技术的发展，松香、马来酸改性树脂成为了油墨中主要的成分。
1.4 水性金属油墨的现状
同其他油墨一样，金、银墨主要也是由颜料和连结料两大部分组成的，简单的说金墨是用捣墨法制成的金粉和调金油调配而成的印刷油墨，银墨是由铝粉和调银油墨而成的。不同于溶剂型金属颜料，水性金、银墨使用的水性金属颜料需要进行特殊的表面处理，从而获得亲水性和耐水性，更好地分散于水环境，适应强极性高张力体系[4]。
但是水性金属颜料粉末是细颗粒物，长时间悬浮与空气中造成一定的空气污染。
2 油墨用树脂等助剂的研究现状
2.1 树脂的研究现状
油墨树脂常见的有水性氨基树脂、马来酸树脂、羟甲基纤维素、水溶性丙烯酸树脂、氨基甲酸乙酸树脂、松香改性酚醛树脂、醇酸树脂、聚酰胺树脂等。其中水性丙烯酸树脂由于它在光泽度、耐热性、耐水性、光泽、着色性等方面具有显著的优势，现在国外大多数采用它作榱结料。具体优势如表1所示。
应用于水性油墨的丙烯酸树脂可分为两类：一类是乳液型；一类是水溶型。水溶型丙烯酸树脂干燥速度慢，连续成膜型差，一般都配合其他乳液使用。
2.1.1 松香改性酚醛树脂
松香改性酚醛树脂是由酚与醛在催化剂作用下缩合，再与松香进行反应，之后经过多元醇酯化得到得。
松香改性酚醛树脂颜色为透明黄棕色，能容与大多数有机溶剂。主要使用的为以下4种：
①210松香改性酚醛树脂；
②2116松香改性酚醛树脂；
③2118松香改性酚醛树脂；
④2134松香改性酚醛树脂。
2.1.2 聚氨酯树脂
聚氨酯树脂能溶于醇、酯等溶剂或其他混合溶剂，并且不需要依靠毒性很大的苯溶剂，因此可以用来生产符合环保要求的油墨。
①PU-3401聚氨酯树脂；
②PU-3403聚氨酯树脂；
③PU-1818L聚氨酯树脂。
2.1.3 聚酮树脂
聚酮树脂是由环己酮-醛缩合的中性、淡黄透明并且不会皂化的树脂。它的分子链上的羰基和羟基官能团可以使其可溶于乙醇或异丙醇溶剂中。酮-醛缩聚过程中可以提高涂膜的光泽度和韧性。
2.2 连结料的研究现状
油墨连结料是油墨的关键组成部分，能够将颜料及助剂等组合在一起，形成具有流动性能的油墨混合物。主要是由树脂、有机溶剂及辅助剂制成，一般需要通过加热反应生产。
2.3 助剂的研究现状
助剂的种类很多，其中包括消泡剂，表面活性剂，增塑剂，催干剂，流平助剂，光引发剂等。
消泡剂主要用于黏度较低的油墨，这些油墨在传输过程中有可能混入大量的空气，产生气泡。在油墨印刷过程中，刮刀将油墨从制版上刮下或从印辊上流下来，油墨之间会产生撞击，也会产生大量的气泡。目前使用比较多的是聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂。它无毒、无污染、挥发性低、消泡能力强等特点。
表面活性剂是指少量加入即能明显地改变表面各种性质的物质。油墨是由固体物质分散在液体物质中形成的分散体系，加入表面活性剂的目的是为了使油墨中各组分能够均匀分散。
增塑剂在油墨中被视为一种永久的溶剂，因为它的挥发性较差，具有保留性。油墨印刷在承印物上，会形成一个墨膜，我们希望它有弹性有强度，可以忍受折叠和揉搓，所以必须加入增塑剂才能形成较好的墨膜。目前使用最广泛、效果最好的增塑剂是邻苯二甲酸二辛酯。
使用催干剂是为了促进油墨在印品上的干燥速度。常见的有钴催干剂、锰催干剂和铅催干剂。
流平助剂可以使油墨表面平整光滑，使印品光泽度好并减少针孔现象。目前为止采用的是长链硅树脂，例如二苯基聚硅氧烷，它也是一个表面活性剂，可以提高油墨对承印物的润湿性，并且改善流平性。
光引发剂又称光敏剂或光固化剂，主要用于UV金属油墨，在紫外光的照射下发生固化反应，迅速干燥成膜。选用2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷、1-羟基苯基环己酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮中的一种或多种。
3 水性金属油墨凹印工艺的研究
3.1 工艺过程
接通电源，检查机器-预热-固定原料于放料口-脱开压臂，压轴动力-放置衬纸-收卷轴穿入收盘纸芯管-固定衬纸-安装刮刀-检查输气系统-放置涂料-打开色泵-放置铝箔-打开并调节吹风机、主电机-调节机器转速-调整放料轴-控制机器转速-注意机器补料及机器运转情况-防止烘烤过度-关闭风机，清洗施胶辊-断开成品，放置备用收卷轴-根据停机时间，清洗机器-生产结束后关闭电源-清理现场，规整工具。
3.2 配料及工艺参数
采用表2水性凹印金属油墨配方印刷出来的成品经检验可以达到纸铝复合或真空镀铝效果的70%。
4 未来研究方向与展望
未来水性金属凹印油墨必然会逐渐成为市场主导并且取代现有的溶剂型油墨，甚至达到并超过现有的纸铝复合以及真空镀铝纸的效果。但是，目前的主要问题就是用水和乙醇作为溶剂会影响印刷的干燥速度，印刷出来的效果不但没有超过现有的采用苯及甲苯作为溶剂的效果，而且或许远远达不到要求，同时通过与真空镀铝纸和纸铝复合方式的对比，效果只能达到其70%，这就需要研究人员在未来的探索中继续突破。另外采用的水性金属凹印油墨需要配有特殊的工艺以及对机器设备的特殊要求，例如凹印辊的改造等问题都有待解决。水性金属油墨未来的大方向或许向纳米级别进军，能否代替现有的色浆，这将是一个里程碑式的进步。
参考文献：
中图分类号：TB331 文章编号：1009-2374（2015）23-0070-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.23.036
网状陶瓷增强金属基复合材料的制备是采用铸造方法，以金属作为基体，以网络结构陶瓷骨架作为增强相，将金属液浇注到网络陶瓷的孔隙内部形成复合材料。此法制备的复合材料具有高耐磨性、高耐蚀性、高强度和高硬度等特点，是研究新型复合材料的一个新突破点。
1 研究现状
国内对网状陶瓷增强金属基复合材料的研究主要集中在Al和Mg等轻金属方面，而对钢铁等重金属的研究较少。耿浩然等制备了Si3N4网络结构陶瓷预制体骨架，然后利用无压浸渗理论制备出Si3N4/Mg复合材料、Si3N4/Al复合材料和Al2O3/Mg复合材料。以上网状陶瓷增强金属基复合材料的研究仅限于轻金属。邢宏伟等用挤压铸造法制备了三维网络SiC/铜合金基复合材料，结果发现，骨架孔径的减小有细化晶粒、减轻偏析和抑制铅的偏聚等作用。骨架的存在使锡均匀分散于复合材料网孔边缘SiC骨架表层附近的微小区域。张友寿等通过铸造法使金属液渗入粗颗粒陶瓷预制体间隙来获得金属陶瓷复合材料，但是对陶瓷颗粒的尺寸要求极为严格。李祖来等利用V-EPC法以陶瓷WC颗粒作为增强体，使用高碳铬铁粉末来调节WC颗粒的体积分数，制备出了表面质量好、尺寸精度高、耐磨性能高的表面复合材料。
由于连续网状陶瓷增强金属基复合材料的研究目前还处于起步阶段，国内外的相关报道比较少，如何将二者结合制成复合材料，开发具有良好的强韧性能和高的抗磨损性能的新型金属基复合材料是我们下一步工作研究的重点。
2 网状陶瓷的性能要求
作为金属基复合材料增强体的网状陶瓷预制体必须具有以下特点：陶瓷通孔率要高、强度要高、与金属基体要有良好的润湿性。
只有满足上述要求的泡沫陶瓷预制体才能用于金属基复合材料的制备。因此通常采用有机泡沫浸渍方法制备网状泡沫陶瓷该工艺，这是因为此制备方法工艺简单、成本低，而制得的泡沫陶瓷具有高气孔率和高通
孔率。
3 网状陶瓷增强金属基复合材料的制备方法
3.1 挤压铸造法
挤压铸造法是将一定量的液态金属直接浇入敞开的金属型型腔内，在一定时间内凸型以一定的压力和速度作用于液态金属上，使熔融或半熔融态的金属塑性流动和凝固结晶成形的加工过程。其优点是工艺简单、金属液易于填充到陶瓷网络内部、易于成型、成本低、复合材料性能好。
3.2 负压实型铸造法
此方法也叫消失模铸造法。即采用聚苯乙烯泡沫材料（EPC）把增强体网络陶瓷表面包围后，刷上涂料，晾干后待用。然后将模型埋入干砂中，震实后在负压状态下浇铸的一种新工艺，它可以获得精度高、质量好的铸件。这是因为浇铸过程中有负压的存在，保证了聚苯乙烯泡沫在真空下气化，使其在高温下气化产生的气体及时排放出去，避免了聚苯乙烯泡沫在铸渗工艺中产生的气孔和夹渣等缺陷，不仅显著改善了铸渗层的质量，而且提高了复合材料的结合强度。
4 影响复合材料制备工艺的因素
4.1 金属浇注温度
金属液最佳浇铸温度应高于液相线温度50℃左右。若过低的浇注温度会使金属液迅速降温、凝固，渗透能力变差，不能顺利进入陶瓷孔内，严重影响液态金属的充型和补缩。浇铸温度过高将导致金属熔液严重氧化，在陶瓷骨架内出现缩孔或疏松的缺陷，以至无法形成良好的复合材料。
4.2 铸造成型压力
金属液与网络陶瓷复合时，必须选择适宜的铸造压力。若铸造压力过小，则会出现渗透能力不足的现象，不能使金属液顺利填充到陶瓷网络的每个边角处；若铸造压力过大，金属液的渗透能力就增强，易出现黏砂的缺陷。另外，虽然在模样表面涂有涂料以防止黏砂，但如果负压过大，易使涂料脱落，导致铸件黏砂现象，因次必须选择合适的负压。
4.3 陶瓷孔径
由于钢液浇铸温度较高，所以对泡沫陶瓷的强度要求也高，避免浇铸过程中发生坍塌现象。对于制备的泡沫陶瓷，如果盲孔太多，所得开放连通孔隙率也不足以满足浸渍足够多的金属以制备金属基复合材料的需要。一般来说，为满足随后浸渍成金属基复合材料，要求连通孔率在80%～90%。如果孔隙率较小，金属液来不及扩散到陶瓷孔内部就凝固，得不到组织均匀的复合材料。
4.4 界面润湿性
界面是复合材料中普遍存在且非常重要的组成部分，是影响复合材料行为的关键因素之一。金属基复合材料性能的高低取决于基体和增强体之间的界面结合情况。在网状陶瓷增强的金属基复合材料中，基体和增强体都是承载体，要求强界面结合以充分发挥陶瓷的增强效果。
当前改善金属陶瓷界面润湿性的方法有很多种，常用的简要叙述如下：
4.4.1 添加合金元素。在复合材料中加入Li、Mg、Ca等与氧亲和力高的合金元素，可以明显提高金属液体与陶瓷增强相的润湿性。添加的合金元素起到两个作用：一是降低金属液和陶瓷增强体之间的表面张力；二是可发生有利的界面反应以增加润湿性。
4.4.2 化学镀铜。采用涂装工艺，将网络陶瓷表面电镀一层铜金属以增加陶瓷与金属基体的润湿性。陶瓷表面铜镀层可以提高固体的表面能，用新形成的金属/陶瓷界面代替原来结合性较差的界面，可以提高润湿性，增强界面结合强度。化学镀铜层的厚度也会对复合材料的性能产生一定的影响，因此对镀层厚度应控制在2～4μm。
此外，超声波清洗、对固体陶瓷进行加热处理、固体陶瓷表面覆膜等也是改善增强体与金属液润湿性的有效措施。
5 应用及展望
陶瓷增强金属基复合材料的耐磨性、耐高温性较强，而比弹性模量较低、零件重量较大，因此在耐磨材料、高温合金及工具材料等方面得到广泛的应用。而具有三维空间网络拓扑结构复合材料自身的优越性，使得具备优良高温性能、环保节能、高耐磨性、高强度的三维网络陶瓷增强金属基复合材料必将成为未来的发展
趋势。
参考文献
[1] 尧军平，王薇薇.网络陶瓷增强铝基复合材料的摩擦磨损特性[J].南昌航空工业学院学报（自然科学版），2002，16（2）.
[2] 董盼，汤涛，汤文明，等.双连续相SiC/Al复合材料压渗工艺初探[J].合肥工业大学学报，2001，24（2）.
[3] 耿浩然，王守仁，崔峰，等.网络结构陶瓷增强金属基复合材料的制备[J].济南大学学报，2005，19（2）.
[4] 邢宏伟，曹小明，胡宛平，等.三维网络SiC/Cu金属基复合材料的凝固显微组织[J].材料研究学报，2004，18（6）.
[5] 张友寿，夏露，黄晋.金属液渗流法制造铸铁/陶瓷复合材料的研究[J].Hot Working Technology，2005，（12）.
复合材料是由两种或是两种以上的不同物质，经过不同方式的组合，从而形成的材料。这种材料能够发挥各类材料的优点，能够克服单一材料出现的缺陷，从而有效扩大材料的使用范围。一般情况下，复合材料都具备重量轻、强度高的特点，并且具有较强的可塑性，加工成型更加方便，还具有耐化学腐蚀等优点，其已经在诸多领域逐渐取替了其他材料的使用，如金属合金、木材等。复合材料主要是在航天航空、电子电气、汽车以及建筑生产等领域广泛使用，近些年复合材料的发展得到广泛关注，发展速度迅速。但是复合材料又具有非均质性与各项异性，在其制造过程中，经常会出现某些缺陷，存在着不稳定因素。在其实际应用过程中，也经常会因为撞击、疲劳累积、腐蚀等产生缺陷。因此，在复合材料的生产与使用过程中，复合材料的检测技术就具有十分显著的作用，当然，在检测方法中无损检测就具有更加重要的作用。
1 复合材料无损检测技术
在复合材料的生产制造过程中，主要会出现如下缺陷。气孔、疏松、分层、夹杂、界面分离、钻孔损伤以及树脂固化不良等。在其使用过程中主要会出现疲劳损伤与环境损伤的缺陷，损伤形式主要有分层、脱胶、基本龟裂、纤维断裂、空隙增长、皱褶变形、划伤、腐蚀坑、下陷和烧伤等。目前，我国研究人员为了能够赶超国际发展的先进技术水平，在复合材料的无损检测方面进行了深入广泛的研究，，并取得了良好的成绩。主要表现为射线检测、超声波检测、声发射检测、视觉检测等检测技术。
1.1 射线检测技术
射线检测技术（Radiographic Testing，即RT）是利用射线（如X射线、γ射线以及中子射线等）穿过物体时，具有吸收和散射的特性，从而检测其内部结构是否具有连续性的技术。X射线检测方法是复合材料损伤检测技术中最为常见的一种检测方法。主要适用于对复合材料空隙、夹杂物等体积型缺陷的检测，是一种十分重要的检测技术，但是其主要是对平行于射线穿透方向的缺陷有着较好的检测效果，只能检测出表面的垂直裂纹，但是可以通过超声反射技术与其相结合，相互补充，取得良好的检测结果。在射线检测技术中最早发展的是胶片照相技术，但是发展最快的是数字式射线检测技术。与胶片照相检测技术相比，数字射线检测技术的成像效果与胶片照相检测技术不相上下，但是其检测可以做到实时检测，具有高效率性、易用性和经济性，因此，数字射线检测技术得到了更快的发展。
1.2 超声波检测技术
超声波检测（Ultrasonics Testing）是利用材料的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定影响的物理现象，从而通过对超声波受影响程度和状况的分析来了解材料性能和结构变化的技术[1]。主要是使用穿透法、串列法、脉冲反射法等方法。超声波检测技术能够直观地显示，快速地检测，目前在航空复合材料的检测过程中已经是十分普遍的检测技术。通过计算机技术的应用实现对超声波探头的控制，利于控制方向的移动改变。通过控制超声波探伤仪对探头发出信号，与此同时，当超声波信号经过需要检测的工件后，它会被自身的探头接收，超声波探伤仪就可以接收到相应的信息，然后对信息进行计算、分析和处理，再由计算机对结果进行显示、存储。计算机能够完整的显示出整片的检测区域，可以十分清楚明白的查看工件是否存在缺陷，以及相应的缺陷所在位置与具体的情况。
1.3 声发射检测技术
声发射检测技术（ Acoustic Emission）就是通过复合材料的材料局部能量能够快速释放出需要发出瞬态弹波性的现象，材料会在应力的作用下发生变形，从而会产生裂纹或是出现扩展的现象[2]。声音的频率范围十分宽阔，可以从次声波到超声波。而且弹性波可以在穿过检测介质后，直接到达被检测的表面，从而使得检测物表面出现相应的振动，传感器适时接收这样的振动并将其转化为电信号，当声发射信号逐渐增强后，就可以形成一定的数据信息，并且被显示与记录。这种检测方法能够对复合材料的整体进行检测，对其整体质量水平作出相应评价。
1.4 视觉检测技术
近些年伴随着计算机图像技术的快速发展，复合材料的无损检测技术又有了新的发展。计算机图像技术能够与射线检测技术进行结合，从而使得无损检测技术具备了直观与高效的特点。这样，视觉检测技术在检测技术研究领域就有着十分重要的意义。
2 复合材料无损检测技术的发展趋势
2.1 自动化水平迅速提高
在航空工业中为了节约成本，往往会采取增大结构，减少零部件数量的措施，这样会使得复合材料的结构件越来越大，传统的人工检测方式已经无法适应检测的要求，为了提高工作的效率需要对工件进行自动化检测，自动生成相应数据，检测是否出现裂纹等缺陷，可以大大提高航空工业的自动化水平，有效降低人为的误差。
2.2 提高原位检测能力成了研究重点
随着复合材料结构件的体积越来越大，在安装与拆卸过程中存在着越来越多的困难，于是众多的公司都希望能够提高部件的原位检测能力。目前主要存在两种解决方案。一是采用大型设备，对整架飞机进行无损检测。二是采用多功能小型化的检测设备，直接在外场进行无损检测。
2.3 可视化定量检测水平不断提高
随着计算机数字成像技术的不断提高与全面应用，复合材料无损检测的速度也大大提高，精准度也是逐步提高。
2.4 结构健康自监控能力将成为可能
随着复合材料无损检测技术的不断发展与进步，以及传感器的不断出现，将传感器进行嵌入成为发展重点，未来复合材料必将是以提高结构健康康自监控能力为发展方向，未来的复合材料将有能够做出反应的智能结构。
中图分类号：TP391 文献标识码：A
随着经济的发展和科技的进步，我国出现了越来越多的复合材料，现阶段在现代飞机领域，复合材料的使用量在不断增加，已经成为较为常用的航空结构材料，与钛合金材料、铝合金材料、合金钢材料均处于同等重要的位置。在A380中复合材料的使用量在总重量中所占的比重已达到25%，在B787中复合材料的使用量在总重量中所占的比重已达到50%，而在A350XWB结构中的用量最多，大约为52%。新阶段，先进复合材料仍旧最受航空航天企业的青睐，玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维等都属于先进复合材料。
一、基于先进技术的复合材料构件成型模具的类型
先进复合材料构件成型的工艺方法有很多，与此相对，模具的结构形式也有很多，先进复合材料构件成型模具有以下几种类型：
（一）框架式的模具
为了提高复合材料构件成型模具整体以及局部的刚度，提高模具分型面加热的效率，最大限度地减少模具变形的可能性，设计制造模具骨架的时候可以考虑隔栅结构。
（二）组合式的模具
组合式模具的制造材料一般为金属，它主要用于4种情况：一是压机成型；二是模压成型；三是树脂传递模塑成型；四是注射模成型。组合模的组成结构是两个半模，它的分布方式是上下分布，通过模具的上压盘和下压盘能够进行加热，上、下压盘加热的方式主要是传导加热，此外，周围的热源同样能够给模具进行加热，另外，组合模具中有内置加热系统，利用该系统也能进行加热。液态成型技术包括3个不同的种类：一是树脂转移模塑；二是真空辅助成型；三是树脂模溶渗成型。其中，树脂转移模塑结构能够被分成3个部分，这3个部分分别是型体和两个端盖。有些制品的形状较复杂、尺寸较大，对于这部分制品可以进一步分割组合其型体部分，分型面制作凸舌以及凹沟，还要在两个端盖所处的地方设置注射口以及排气口，还应关注树脂分流道。图2是组合式模具。
（三）拉挤成型模具与挤压成型模具
拉挤成型模具与挤压成型模具统称为连续成型模具。将浸有树脂的纤维通过某种特定的加热口模挤出其中多余的树脂，这个过程就是挤压加工的具体过程，在牵引的条件下固化。连续挤压过程包括多个过程，它的成型模具是组合式的，由多个运动部件形成。第一步，对位于模具中的多层热塑性带加热同时压成层合板；第二步，将压好的层合板压入成型的模具同时加热，压成满足要求的截面型材，最后利用连续压模把型材压成需要的弯曲形状，利用这种方式能够成型弯曲或者扭转以及变截面的型材，这种成型工艺是新型成型工艺。
二、基于先进技术的复合材料构件成型模具的设计方法研究
制造复合材料的构件离不开模具，在该行业中，模具是相当常见的工艺装备之一，因为它可以对制件的形状、结构关系、控制外缘进行确定，进而确保表面的质量。复合材料的聚合固化需要在模具上进行，有的时候还应在成型的模具上铺叠预浸料，复合材料构件质量的高低在很大程度上受到模具设计制造的影响。
通过分析复合材料构件成型模具的材料，我们可以把它分成不同的两类为，其一是金属模；另一类是复合材料模，它们的结构和工艺比较特殊。当前，因为计算机技术的飞速发展，CAD技术被广泛运用，越来越多的复合材料构件成型模具设计会考虑数字化的设计方式。为了提升设计的效率，很多航空航天企业对于经常使用的结构会考虑模块化设计以及参数化设计。
与常规的钣金成型模具进行对比能够发现，对于累积公差，先进复合材料有更加严格的要求。模具与零件两者贴合面不同的尺寸取决于模具的类型以及它热膨胀的特点；基体在最高固化温度基础上的尺寸与先进复合材料最终的尺寸一致。
设计人员在设计先进复合材料构件成型模具时，应当着重考虑热匹配的问题，原因是钢和铝的热膨胀系数通常比碳和石墨的复合材料高，高出的系数在一个数量级左右，当它从固化峰值的温度逐渐往下冷却时，金属模具会出现一定程度地收缩，这种变化在构件中会引起参与应变或者固有应变。设计模具的时候，设计人员如果做到及时修正尺寸，就应当选择热膨胀系数不高的材料模具，一般情况下，会使用热膨胀补偿的方式，参照经验公式以及试验验证，把制作质心当作中心，按照特定的公式，设计人员把整个制作缩小，工程设计的输入遵循缩小之后的制作。
另外，设计人员还可能会遇到角度回弹的问题，对于这类问题，设计人员在设计的时候，应当提前考虑回弹角，即模具的角度为制件夹角和回弹角的和，这样做使得制件脱模回弹之后与工艺数模的要求相符。这样做能够达到制件脱模回弹之后和工艺数模的要求两者相符。对于某些比较复杂的制件，对模具结构的刚度、温度场的分布状况、热膨胀等效果开展模拟分析的时候，可以选择CAE技术，进而提供科学的参考依据用于模具温度补偿、回弹修正设计等。
三、基于先进技术的复合材料构件成型模具工装技术研究
近几年，先进复合材料表现出结构尺度变大、形状更加复杂的特点，这就给构件的制造提出了缩短周期，降低成本的要求。为了适应这种变化，先进复合材料构件成型工装方面表现出柔性化的趋势。
柔性工装的基础是先进的工装制造理念以及灵活性高的工装设计，这类工装与几何形状相似，通过先进的理念和制造技术在刚性工装技术的前提下，对工装型腔或成型表面开展迅速地再次利用、组合、加工。近年来，国外产生了SPT技术并得到了较快的发展，这种技术是利用组合或者细杆来对分型面的高度进行调节，这种方式能够低成本、迅速地制造相同类型的相似工装。柔性工装的理念与技术能够用在对复合材料构件制造的定位以及固化之后数据库中对材料的性能以及力学性能的表达。
这个数据库中对力学性能的表达能够分成5个不同的层次。5个层次的内容如下：
第一个层次包括对复合材料体系的力学性能的汇总，其中包含材料的筛选、取证、验收等基本信息，还包括对先进复合材料体系的力学性能的全面汇总；
第二个层次为汇总单个测试项目的多批次的力学性能，用表格的方式进行表达。其中，单个测试项目力学性能涉及多种统计的表达，譬如0度拉伸的强度包括最大值和最小值、离散的系数、平均值、分布的形式等；
第三个层次为每个批次的单个测试项目的力学性能，它的表达方式是表格的形式；
第四个层次为试验结束之后统计分析试验的数据，然后将这些数据录入到EXCEL表格，进行细致的汇总；
第五个层次为试验结束之后，数据采集系统采集到的与单个试验件有关的原始数据。
结语
先进复合材料属于新型材料，与普通的材料相比，它具有许多优点，譬如强度高、刚性高、具有较强的抗疲劳性和抗腐蚀性，航空航天企业中已经大范围地使用先进复合材料。市场推动了先进复合材料构件成型模具和工装技术的不断创新，为了尽可能减少加工迭代造成的不利影响，将来会深入研究检测成型曲面质量的方法。在充分考虑形状特征、工件大小、不同的工艺等因素的基础上，积极探索先进复合材料构件成型模具和工装技术，提高技术水平，为先进复合材料的发展提供有力的技术保障。
参考文献
近年来，随着新技术以及新设备的不断发展与应用，工业生产与加工制造中对于携带液体燃料以及高压气体的压力容器提出了高气密、轻质量以及长寿命等更高的设计与制造要求，使得高结构效率的轻量化复合材料压力容器成为一个热点问题。下文将结合这一背景条件，根据带金属内衬复合材料压力容器中内衬的作用以及复合材料结构层进行承担荷载的特征，提出一种含超薄金属内衬轻量化复合材料压力容器的设计与制备技术，具体报道如下。
1.复合材料结构层的刚度优化设计方法分析
进行含超薄金属内衬轻量化复合材料压力容器的设计与制备实现，主要就是以减薄金属内衬的厚度和实现复合材料结构层的刚度优化为主，以实现超薄、轻量化、高强复合材料结构层刚度的设计与制备目的。首先，在进行复合材料结构层的刚度优化设计中，本文主要采用一种基于稳定缠绕理论的结构刚度优化设计方法，对于复合材料结构层的刚度实现优化设计。工业生产与加工制造中，对于复合材料压力容器的结构层刚度优化设计，多是使用网格理论进行复合材料压力容器强度设计实现的，它主要应用经验进行滑线系数取值确定后，通常对于一般湿法缠绕取值多为0.15到0.2之间，而干法缠绕取值多为0.39，然后应用公式对于可缠绕范围进行求解，并给定初始缠绕角，通过在缠绕机上进行大量的工艺试验后，对于初始缠绕角进行排线修改，以找出能够满足缠绕工艺稳定性要求的线型和缠绕角，最终根据这个缠绕角进行设计制备压力容器的刚度校核，以完成对于复合材料压力容器的结构刚度优化设计。
（1）
上述公式（1）中，a表示的是缠绕角，λ表示的是滑线系数，r表示的是芯模母线方程， 、 表示的是芯模母线方程的一阶和二阶导数，其中 。
上文所述的这种基于试错试验的复合材料结构层刚度优化设计方式，在优化设计过程中，难以对实际的稳定缠绕范围进行获取，因此也就无法进行复合材料压力容器结构的刚度优化实现，在实际设计制造中就不能够最大化的实现纤维强度发挥，难以实现复合材料压力容器减重与轻量化的目的。
根据这种设计方法的缺陷与局限性，本文通过进行一种基于稳定缠绕理论的结构刚度优化设计方法的设计构建，来实现对于复合材料压力容器的结构刚度优化设计。基于稳定缠绕理论的结构刚度优化设计，主要通过对缠绕纤维和芯模表面间滑线系数的精确表征，对于真实可靠的滑线系数进行测量求得，同时在获取滑线系数和缠绕角的连续对应关系后，通过上述公式（1）对于可稳定缠绕范围进行准确求得，同时通过对于可稳定缠绕范围内每一缠绕角对应的纤维轨迹厚度、刚度等进行预测计算，以实现在稳定缠绕范围内，对于复合材料压力容器结构刚度的优化设计，使得复合材料结构能够最大效率的发挥纤维强度，提高结构效率，实现复合材料压力容器设计制备中减重与轻量化的目的。
在基于稳定缠绕理论的结构刚度优化设计方法中，对于缠绕纤维以及芯模表面间滑线系数的精确表征以及可稳定缠绕范围的求解实现，主要是根据一般曲面稳定缠绕原理，通过对芯模表面上落纱点的力学分析，在进行一种具有自主知识产权标定模型设计基础上，实现对于缠绕纤维以及芯模表面间滑线系数的精确表征和可稳定缠绕范围求解。值得注意的是，设计建立的具有自主知识产权的标定模型，在固定缠绕角情况下，沿其母线方向任意点的纬度圆半径和该点的滑线系数之间满足线性关系。其中，该模型的母线方程为下式（2）所示。
（2）
在上示公式中，R表示芯模直线段处的半径，C是一个常数。通过该标定模型能够精确对于缠绕纤维和芯模表面间滑线系数值进行表征，能够为稳定缠绕范围以及复合材料压力容器结构刚度优化进行参数提供。
2.大尺寸超薄金属内衬的成型设计方法分析
本文主要以铝合金材料为主，对于大尺寸超薄铝合金内衬的设计成型方法进行分析。在压力容器设计制造中，由于铝合金材料本身具有气密性高以及密度小、介质相容性突出等特征优势，是轻量化复合材料压力容器设计制备中金属内衬的首先材料，并且该材料在压力容器的整个设计制备中占有比例达到1/3以上。此外，应用铝合金作为金属内衬材料进行轻量化复合材料压力容器设计制备中，如果铝合金的内衬厚度每减薄0.1毫米，复合材料压力容器的重量将减轻3%到6%，能够满足材料压力容器设计制备中实现减重的目的。
由于轻量化复合材料压力容器直径的越来越大，实现大尺寸超薄铝合金内衬的成型设计具有较为突出的难度。针对这一情况，通过在封头部分使用旋压工艺，然后与筒身进行焊接成型的设计制备方法，实现大尺寸超薄铝合金内衬的成型设计，制备出了封头和筒身厚度在0.8毫米以下，直径在745毫米以上的系列超薄铝合金内衬，很好的满足和实现了轻量化复合材料压力容器设计与制备。
在进行含超薄金属内衬轻量化复合材料压力容器设计制备中，完成减薄金属内衬厚度与复合材料结构层的刚度优化设计后，要想完整的实现对于含超薄金属内衬轻量化复合材料压力容器的设计制备，还需要进行超波金属内衬和复合材料变形的协调控制，同时对于轻量化复合材料压力容器的设计制备进行自动修复，以保证设计制备质量和效果。
3.结束语
总之，含超薄金属内衬轻量化复合材料压力容器的设计制备实现，能够满足压力容器设计制备的高气密以及轻质量、长寿命的要求，对于推动压力容器设计制备技术水平的发展提升有着积极作用和意义。
参考文献：
Geometry parameters and stacking sequence optimization of composite stiffened panel
CAO Xun-wen， WANG Zhi-jing
（College of Aerospace Engineering ，Nanjing University of Aeronautics & Astronautics ， Nanjing 210016 ， China）
Abstract： Based on the bending stiffened method use Multi-island Genetic Algorithm and Sequence Quadratic Programming for the geometry parameters and stacking sequence optimization of composite stiffened panel. Under the condition of stiffened composite panel overall buckling， optimize the geometric parameter of longitudinal and transverse ribs distance， rib width， the layers number of the rib， the upper and lower panel. The method is used to the condition of giving all parameters of the panel， boundary conditions， designing load and the material property， select the samples in Isight， use PCL language parameterized modeling of stiffened panel to the lightest optimization design.
Key words： composite stiffened panel； PCL； global buckling； optimization； Isight
1.引言
复合材料具有比强度、比刚度高，可设计性强等优点，广泛应用与航空航天领域。在飞机或火箭受到飞行条件外载荷作用下，飞行器的承力结构通常来分担这些外载荷，复合材料加筋结构通常是承力构件的一部分，对复合材料加筋结构的优化设计近年来受到很大的重视。
目前，对复合材料加筋板结构的优化设计已经有很多研究。Liu[3]提出一种基于程序包VICONOPT的复合材料加筋板优化方法，并对Z字型加筋板进行了优化；Lanzi[9]应用神经网络技术，通过建立神经网络模型，对复合材料加筋板进行了优化；常楠等提出了一种混合优化算法，以加筋板的屈曲载荷最大为目标，进行了复合材料加筋板结构优化设计[4]； 张铁亮采用非劣分类遗传算法和序列二次规划法，分别考虑了三种情况的优化设计：质量一定，复合材料加筋板屈曲一阶特征值最大为目标；一阶屈曲特征值一定，复合材料加筋板质量最小；质量最小和一阶屈曲特征值最大[5]；梁东平等采用遗传算法在总体屈曲约束条件下对复合材料格栅加筋板进行布局优化设计[6]。
本文结合前人的经验结合实际应用情况，对复合材料加筋结构主要考虑纵向和横向的筋条间距、筋条宽度、铺层层数等进行优化设计。在满足复合材料加筋板整体屈曲条件下，优化设计主要困难在于不能将几何参数和铺层厚度一次性完成优化，本文基于弯曲刚度的方法，采用两级优化的方法，对复合材料加筋板“Z”型、“T”型、“L”型和“工”型四种加筋形式分别优化出最优几何参数和铺层层数，然后进行分析比较。
2.复合材料加筋板的优化方法
2.1弯曲刚度法
从本质上讲，稳定性条件下的复合材料层合板铺层优化设计，无论是优化角度还是优化厚度，都是以得到层合板的最优弯曲刚度为最终目标。弯曲刚度法基于层合板的弯曲刚度与失稳载荷一一对应，我们将层合板等效为一个只有8层的对称辅助层合板，航空行业通常采用0°、90°、45°和-45°的铺层，通过优化辅助层合板0°、90°、45°和-45°的厚度，得到层合板的最优弯曲刚度下的铺层情况，然后圆整得到各方向铺层层数。本文没有考虑铺层顺序的因素。
2.2优化流程
复合材料加筋板结构优化设计通常很难一步优化，本文对几何参数和铺层厚度进行两级优化，先用Isight在样本点空间里选取样本点，然后对每一个样本点，采用PCL语言快速方便地参数化建模并进行优化，得到0°、90°、45°和-45°铺层层数；然后根据优化的铺层情况重新建模并进行有限元屈曲分析和质量计算；然后再把样本点优化的结果在Isight中采用多岛遗传算法和序列二次规划算法进行优化，选出最优的样本点，该样本点就是我们的最优结果；再对该样本点进行铺层优化，从而完成整个流程。
3算例
3.1模型描述
尺寸为的舱门，厚为100mm，四边固支，所受载荷为P=1.6×105Pa，所用材料为T700/BA9916，单层厚度为t=0.19mm。结构材料性能为E11=119.5GPa， E22=9GPa， v12=0.301， G12=6.6GPa，ρ=1.61×10-6T/mm3。单层板最大拉伸应变限制为4000με，最大压缩应变限制为4000με.失稳约束为一阶线性失稳因子λ>1。
3.2设计变量
复合材料加筋板L型、Z型、工型和T型四种筋条型式，缘条宽B，纵向筋条根数m，横向筋条根数n。上面板0°、45°、-45°、90°方向的铺层厚度分别为a1、a2、a3、a4，下面板铺层厚度分别为b1、b2、b3、b4，缘条铺层厚度c1、c2、c3、c4，腹板铺层厚度为d1、d2、d3、d4（对于L型和T型认为上下缘条合在一起从而保证共用样本点空间）。
3.3设计目标及约束条件
目标：Min W
约束条件：
刚度要求，最大变形fmax≤6mm；
稳定性要求，屈曲因子λ>1；
强度要求，使用蔡吴准则，验证结构不发生破坏
3.4结构设计变量空间
在Isight中采用拉丁实验设计分别对L型、Z字型、T型和工字型筋条选择样本点，然后通过MSC/Patran中采用PCL语言对每一个样本点进行参数化建模，并通过Nastran完成优化分析，表1是优化时铺层的设计变量：
3.5优化过程及结果
在得到优化厚度结果后对数据进行处理，通过Isight分别拟合出一条重量W与纵向筋条根数n、横向筋条根数m和缘条宽度B这样的这样的函数关系曲线，然后在Isight中采用多岛遗传算法和序列二次规划算法优化得出最优的m、n和B，优化过程如下图所示：
从图5可以看出T型加筋板优化的结果为B=92，m=9，n=4，从该优化图形可以看出，优化结果收敛，证明结果精度较高。
从图6可以看出工字型加筋板优化的结果为B=10，m=7，n=4，从该优化图形可以看出，优化结果收敛。
从图7可以看出Z字型加筋板优化的结果为B=24，m=8，n=6，从该优化图形可以看出，优化结果收敛.
从图8可以看出L型加筋板优化的结果为B=41，m=9，n=5，从该优化图形可以看出，优化结果收敛，精度很高。
表2-5是在得到最优样本点后，采用MSC/Patran和Nastran优化得到的最优铺层厚度，此处未考虑铺层顺序对结构的影响，该铺层顺序是任意顺序，一般采取0°、45°、-45°和90°交替排列的顺序。在该顺序下，建立完整模型，计算得到最优结果下最大变形f和屈曲因子，如图9所示：
3.6总结
结合表6四种加筋条形式的优化结果，可以看出在满足强度、刚度和整体稳定性的条件下，L型加筋板结构重量最轻，从图8优化的过程可以看出优化结果收敛，从而证明我们的优化方案可行。
4.结论
（1）上面的优化结果可以看出，L型加筋板显然是我们优化得出的最优型式，实际工业设计中可以结合实际需要，运用该方法为初始设计提供参考。
（2）本文对三个几何参数和四个铺层厚度进行优化，但是没有考虑铺层顺序的优化，进一步的研究将结合PCL语言对铺层顺序进行优化。
（3）本文采用弯曲刚度法，采用两级优化技术为复合材料加筋板优化设计提供了一种高效、可靠的方法，该方法可以推广到其他型式加筋板优化中。
5.参考文献（references）
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[4] 常楠，杨伟，赵美英.典型复合材料加筋壁板优化设计.机械设计， 2007，12.
[5] 张铁亮.典型整体加筋板的优化设计. 2008年航空宇航科学与技术全国博士生学术论坛， 2008，10.
[6] 梁东平，徐元铭，彭兴林.复合材料格栅加筋板布局优化设计.固体火箭技术，2008.
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[9] Lanzi L， Bisagni C. Minimum Weight Optimization of Composite Stiffened Panel Using Neural Networks [R].2003，AIAA-2003-1698.
经过纤维增强后的材料与原纯树脂材料其模量、耐冲击性、耐腐蚀、隔热等优点有了明显地提高，常用的基体树脂包括热固性树脂如环氧类聚合物、酚醛树脂以及不饱和聚合物等，热塑性树脂聚丙烯腈、聚丙烯等。
近来兴起的纳米纤维由于纤维尺寸进入纳米级以后所具有的独特的小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应而使复合材料在结构参数（符合度、联接型、标度等）与常规纤维相比有很大的改变，通过改变纳米材料的聚集结构、高聚物基体的结构性能、粒子与基体的界面结构以及加工复合工艺1等，可以大幅度改变复合材料性能。
1.增强机理
复合材料是由两种或者多种性质不同的材料通过物理或者化学复合，组成具有两个或者两个以上相态结构的材料，在纤维增强材料中有，基体通过界面将载荷有效地传递到增强相当中，纤维是承受由基体传递来的有效载荷，是主承力相2。各相之间的接触面即界面是复合材料中最为重要的微结构，对复合材料的性能影响极大。基体材料与复合材料之间相互接触发成界面反应，形成一个小尺寸界面，并在此界面上产生界面效应例如阻止裂纹的进一步扩展。两相之间相互作用力的强弱取决于相表面的形态包括增强相表面的粗糙程度、偶联剂的使用、界面的浸湿、化学键的形成等。
复合材料的复合效应3是其他所有材料所不具备的，包括线性效应比如协同、加和，非线性效应比如系统效应、混合效应等。正是由于这些效应使得复合材料在力学性能或其它光学磁学等性能上优于其他材料，有人预计21世纪是人类从钢铁材料走向复合材料的一个新世纪。
2.纤维增强
2.1天然纤维增强
复合材料中的天然纤维多指纤维素，也有壳聚糖纤维等其它天然纤维。天然纤维具有可再生，无生物毒性、易分解等优点。有研究指出经黄麻纤维4、苎麻纤维5经过涂布法或者热压成型法成型，并对纤维的捻度、长径分布进行讨论，测得不同条件下纤维的拉伸强度可以得出纤维增强后的热固性树脂力学性能有极大提高。天然纤维大多数是以葡萄糖为单体单元，由于其多羟基结构使得它具有很强的亲水性。它与聚合物的相容性、复合材料的吸水速率会影响到复合材料的力学性能，可以加入助剂比如硅烷乙酰类，酸类相容剂，或者对纤维的表面进行处理，使得相容性提高，吸水率降低。M.boopalan6将黄麻纤维和剑麻纤维经过酸处理酯化后与环氧树脂进行原位复合，并用FTIR进行表征，在1239cm-1出检测到有峰出现，表明苯环C与羟基相连，得到了很好的相容性增强。
2.2人造纤维增强
人造纤维包括有机合成纤维如高聚物纤维如涤纶氯纶等和无机纤维如玻璃纤维、碳纤维等。玻璃纤维与碳纤维复合材料相比玻璃纤维与树脂基复合材料的结合界面力不够强，通过破坏性试验研究断面的SEM图可以发现玻璃纤维的断裂发生在界面上，而碳纤维的断裂发生在树脂内部7。可以使用偶联剂、浸润剂、等离子体等处理方法对玻璃纤维进行改性8。碳纤维的表面活性官能团较少，表面能低，呈现出表面化学惰性，与聚合物进行复合是很难形成稳定的界面相，结合力较弱,可以通过气相氧化法、阳极氧化法、电聚合表面涂层法、液相氧化法及等离子氧化法等9改善其表面性质。
碳纳米管是近来出现的一个热门领域，由于其独特的纳米尺寸使得它表面原子比例、表面能和活性增大,从而产生了小尺寸效应、表面或界面效应、量子尺寸效应等,在化学、物理性质方面表现出特异性，是复合材料目前在理论上最理想的材料。现在多用原位聚合法制备碳纳米管复合材料，Qian10等用TEM观察原位聚合法复合材料的形变机理和载荷转移发现开裂不会再裂缝中而不是PS机体内，说明载荷被有效地专业到了纳米管上。碳纳米管的研究尚处于起步阶段，许多理论问题有待发展和完善。预计今后的研究方向包括碳纳米管和聚合物两相之间相容性，两相之间界面作用的表征和研究，提高碳纳米管的分散和在聚合物中的取向的方法研究，碳纳米管的加入对聚合物结构性能的影响等。（作者单位：郑州大学 材料科学与工程学院）
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天然植物纤维是增强复合材料可选择的原料之一，自2005年以来一直保持着 10% ～ 15% 的年增长率。植物纤维密度较低，仅有 1.5 g/cm3左右，具有节省物料消耗的潜力。以平均值计算，天然纤维增强复合材料的能源消耗比玻璃纤维要低 60%。
天然纤维复合材料具有优良的加工性能和声学特性，并在很多方面超越玻璃纤维增强材料，如很好的生命循环特征等。近来，欧洲植物纤维复合材料的研究取得了很大进展，产品已在汽车内装饰、车厢材料等方面使用。可以说利用可再生纤维资源做原料，是技术纺织品持续增长的一个重要方向。
1天然纤维在增强复合材料上的应用
聚合物纤维可广泛用于工程领域，但在相当多的使用条件下，其性能并不能完全满足要求，这给纤维增强复合材料的开发提供了空间。强度是纤维复合材料的重要评价指标之一。通常复合材料的结构、机械性能及热性能等可依据纤维添加量、纤维取向程度和长度的变化而改善。目前，优化复合材料的性能/重量比，提高制品强力、刚性与重量比，降低成本及加工过程对环境的冲击，改善可用性和安全性正成为复合材料技术进步的主流趋势。
用作增强的纤维材料包括有机及无机纤维材料。除高性能聚合物纤维、玻璃纤维外，天然植物纤维也具有加工增强复合材料的鲜明特点。大量研究结果显示，环氧树脂/亚麻、木浆纤维/PE、剑麻/PE、黄麻/PE、棉纤维/PP、苎麻/PP、黄麻/PP、剑麻/PP、黄麻/PET等的研究和开发都取得了可喜进展。由于生物高分子技术的进步，目前已有可能制得生物聚合物复合材料。在种植、加工、制品成型及使用中，其明显的低碳经济特征，具有引领转变生产模式、改变人们高碳消费倾向和碳偏好的可能，因而正形成产业用纺织品一个新的开发领域。表 1 为几种主要的纤维增强复合材料的性能特征比较。
和常用的玻璃纤维相比，作为增强复合材料的植物纤维通常具有以下特点。
（1）植物纤维复合材料的机械特点
一般说来，植物纤维复合材料机械性能的变化，取决于纤维含量、空隙度、纤维取向度、纤维及基质的特性。
以典型的热塑性聚合物PP为例，以其作复合材料基质，单一PP聚合物密度为 1.0 g/cm3，刚性指标 1.5 GPa。实验结果显示，在其他条件设定好的状态下，将植物纤维置于 3 种取向态时，其复合材料刚性的最大值分别为：单取向纤维 20 ～ 30 GPa，两维无序（2D Random）取向纤维 7 ～ 11 GPa，三维无序（3D Random）取向纤维 3 ～ 5 GPa。
（2）植物纤维添加量对复合材料性能的影响
高性能的植物纤维具有优良的机械性能，其密度通常在 1.5 g/cm3，而玻璃纤维的密度是 2.6 g/cm3。即使用同样重量纤维的条件下，植物纤维的复合材料可以获取更高的刚性指标。
（3）植物纤维复合材料具有成本上的优势
工业品生产中，制造成本对企业来说至关重要。尽管植物纤维源于低成本的生物质资源，但仍需投入多项费用，如种植投入、纤维提取加工费用以及纤维转化为适宜复合材料加工的预制品加工费用等。一般来说，两维无序纤维作原料，其预制品成本较低。加工成非织造布毡的形式，其预制品加工费偏高，约 1.8 欧元/kg，而玻璃纤维毡预制品的加工费高达 2.6 欧元/kg。可以认定，植物纤维非织造毡预制品的低成本，可以决定其复合材料在相同成本下的条件下获得更佳的机械性能。表 2 为几种常用的增强复合材料用纤维材料的价格比（以玻璃纤维作为参照）。
2天然植物纤维的结构特征
植物纤维微原纤维角θ呈螺旋状取向，如图 1 所示，其复合材料的弹性和断裂强度指标取决于增强纤维含量及其取向度。同类纤维材料的物理性能同其化学组成、结构、纤维含量、微原纤维角、纤维截面及聚合度变化有关。
玻璃纤维是增强复合材料的主要原料品种。而高性能亚麻、荨麻纤维的抗拉刚性要优于玻璃纤维，机械性能也与玻璃纤维相似。麻纤维与其他天然纤维一样，当处于激烈震荡条件下时易于出现断裂，纤维大分子轻度滑移，表现出一定的减震功能。亚麻膨胀系数趋于零，断裂伸长率1.5%，基本与碳纤维相近，完全可做复合材料增强组分。此外，亚麻密度（1.45 g/cm3）比钢（7.8 g/cm3）、碳纤维（1.70 g/cm3）和玻璃纤维（2.45 g/cm3）均小。表 3 为可用做增强复合材料的麻纤维与玻璃纤维的技术特征比较。
在可用做增强复合材料的麻纤维的评价中，有两个重要数值，即E/d值和δ/d值，前者是纤维的杨氏模量与密度比，后者是纤维的断裂应力与密度比。表 4 为玻璃纤维及几种麻纤维的E/d值和δ/d值比较。
从表 4 可以看出，麻纤维在复合材料上使用具备非常好的机械性能。
3天然植物纤维增强复合材料的技术开发现状
随着全球环保意识的日益增强，自20世纪50年代以来，天然植物纤维增强复合材料开始在乘用车内饰领域使用。在欧洲、北美等市场，热塑性、热固性植物纤维复合材料被用于制做汽车门板、包厢和坐椅等中。如利用 50% 的PP和 50% 的天然纤维制成的增强复合材料，其克重为 450 ～ 2 400 g/m2，产品供给北美汽车市场，用户包括克莱斯勒、奔驰SUV和福特等。
德国Quadrant公司开发的植物纤维增强复合材料在汽车内装饰领域占有重要位置，其“Nafcoform”产品，使用50% 的PP和 50% 的洋麻、大麻或亚麻，产品克重 300 ～ 3 000 g/m2，目前已用于奥迪A8、三菱汽车、BMW 7和伊维柯等中。
克莱斯勒公司2005年开始在A级两门乘用车上使用植物纤维增强复合材料，使用的产品包括瑞士Reiter（立达）公司提供的PP/马尼拉麻天然纤维增强复合材料。目前PP、PE与含量为 25% ～ 75% 的洋麻、大麻或其他纤维素纤维制成的复合材料也已投放市场。
法国Lineo公司开发了亚麻与环氧树脂的增强复合材料，其预浸渍制品的技术特征如表 5 所示。
使用 50% 的亚麻和 50% 的碳纤维制得的亚麻/碳纤维增强复合材料，可用做自行车构架，并已通过公路试验取得了认可。在该复合材料中，碳纤维承载刚性负荷，而亚麻纤维可起到减震作用。近期该纤维增强复合材料正于自行车轮毂上试用。
采用洋麻/亚麻混合组分（混合比 50/50）为增强相，以非织造布形式与环氧树脂制得热固性增强复合材料，产品已用于汽车内装饰。
法国Ralf Schledjewski集团使用洋麻/大麻为混合组分制成的针刺毡，于 20 bar压力下，采用丙烯酸系树脂预浸工艺制得热固性增强复合材料，其机械性能完全可以满足汽车内饰及部件制品的技术要求。
鉴于亚麻纤维的刚性及与碳纤维相似的膨胀系数，可以开发工具类产品系列，即以亚麻纤维复合材料替代部分碳纤维复合增强制品。
随着能源压力和低碳消费呼声的增长，汽车工业面临着巨大的竞争压力，日本市场的动向显示，期望继续改进天然纤维复合材料品质，用以替代或减少玻璃纤维带来的危害。欧洲虽然至今尚未出台限定使用天然纤维复合材料的相关法规，但随着石油资源的不断减少，天然纤维复合材料的市场潜力已被越来越多的人们所认知。美国福特公司分析认为，天然植物纤维可与玻璃纤维混合使用，或制成以天然纤维为芯、玻璃纤维包敷其外的三明治结构产品投放市场。
天然纤维复合材料虽然在阻燃、燃烧状态时无烟和无毒释放性能上不及一些高性能纤维复合材料，当然这些缺陷也限制了其在航空、铁路和高速公路领域中的使用，但在汽车内饰、建筑与装饰材料以及运动和休闲制品领域具有可拓展的空间。
4生物增强复合材料（Biocomposites）的技术进 展
生物增强复合材料是新一代复合材料，近年来受到广泛关注，其中细菌纤维素/PLA、改性剑麻/大豆蛋白质基的生物可降解高分子材料等生物复合材料的研究开发取得了可喜进展。
生物增强复合材料由两个或多个分布区相组成，增强相之一即植物纤维或植物源纤维，主要是棉、麻、再生木材等。其他部分是基质相，多为以植物油脂、淀粉基为原料的聚合物。
英国Wales大学生物复合材料中心认为，传统复合材料的性能形成规律与因素适用于新的生物复合材料，即可指导生物复合材料的合成过程，以获取期望的性能，如纤维分布、多孔性、纤维取向及基体性能等。
法国JRS公司开发出一系列以植物纤维和生物可降解聚合物为原料的复合材料，如以淀粉基聚合物/木纤维为原料的系列产品，即淀粉基聚合物/木纤维分别为 80/20、70/30 和 60/40。木纤维的添加可以使复合材料的杨氏模量提高 6.5 倍。另外，该公司使用植物源聚酯和木纤维制得了“Biofibre”复合材料系列产品，包括PL30E11和PL30E26品种；采用纤维素纤维和PLA成功得到了生物复合增强材料，其中纤维素纤维的添加大大改善了PLA的成型性能，并增强了纤维组分分布的均匀性，产品适用性好，还降低了加工 成本。
法国Alex材料研究中心使用淀粉基聚合物与植物纤维，如棉短绒、大麻、麦杆、纤维素等为原料制得了生物增强复合材料。添加这 4 种植物纤维后，复合材料制品的耐冲击性能明显提高，均超过聚苯乙烯板材（耐冲击强度为 0.7 kJ/m2）。其中纤维素复合材料的E/d值超过了聚苯乙烯，结果如表 6 所示。
澳大利亚Queensland大学使用蓖麻籽为原料，制得了单一生物质原料的生物复合材料。即首先将蓖麻籽转换为蓖麻籽油，进而制得11 氨基十一酸。后配置 30% ～ 40% 的氨基十一酸的水分散液，进行 3 段缩聚形成聚酰胺11（PA11）。以PA11为原料，熔法纺丝成形制得PA11的初生纤维，纤维切断长度 3 ～ 7 mm，纤维直径 30 ～ 35 μm；工业用纤维束切断长度 150 ～ 500 mm，纤维直径 75 ～ 200 μm。纤维密度 1.232 g/cm3，热降解温度 230 ℃。
PA11纤维成型前需进行水浸集束上浆处理，后与PA11聚合物复合，经压塑成型得到新型生物复合材料。复合材料增强相的纤维分布中，无规分布占 30%，取向部分占 30% ～ 35%。材料密度 1.16 ～ 1.22 g/cm3，具有良好的机械性能，燃烧状态下无烟，无毒性气体释放，其技术特征如表 7 所示。
蓖麻作为原料生长期短，单产 10 t/hm2，高于亚麻和大麻。与传统的复合材料相比，CO2排放量可减少 40%。与环氧树脂复合材料比，影响气候变化的因素可降低 50%。基于其优良的阻燃性能，还可用于航空、运输领域的内装饰材料。目前以蓖麻为原料的单一生物增强复合材料的继续研究和改进主要集中在以下 4 个方面，即：蓖麻生长条件与PA11纤维性能的关系；不同品种蓖麻品质的鉴定；改进水浸和上浆条件；PA11纤维吸湿性与使用性能的关系研究。
5国内可利用的天然植物资源及其增强复合材 料的开发
麻纤维特别是黄麻或亚麻具有极佳的机械性能，从生产规模上看，目前其从种植到纤维加工已形成完整的产业链。因此说，开发麻纤维增强复合材料相对来说要容易许多。
亚麻、大麻、黄麻、洋麻属韧皮纤维，而剑麻、赫纳昆（Henequen）纤维、菠萝纤维、香蕉茎纤维等系叶纤维。大麻已在 40 多个国家和地区种植，加拿大Hempline公司的大麻增强复合材料已于20世纪90年放市场。近 10 年间，洋麻在增强复合材料上的使用正稳步发展，其刚性是亚麻、大麻、黄麻产品的两倍。
我国具有悠久的麻类纤维种植历史，品种较为齐全，主要栽培品种包括苎麻（产区为湖南、湖北、四川、山东与河南）、亚麻/胡麻（黑龙江、吉林、四川/甘肃、内蒙古和宁夏）、大麻（安徽、河南、山东和云南）、黄麻/洋麻（浙江、山东/河南、安徽、湖北、四川）、剑麻（广东、海南、福建、云南）等。此外还有野生的罗布麻（新疆、山东、江苏和内蒙古）等。其中，苎麻、亚麻、黄麻、洋麻已形成较为完整的工业规模。
二、原位反应自生法制备复合材料的原理和制备工艺过程
为了克服传统方法制备的复合材料存在增强体颗粒尺寸粗大，热力学不稳定以及界面结合强度低等缺点，出现了原位合成技术，即在一定条件下通过化学反应在基体内原位生成一种或几种增强相从而达到强化的目的。原位自生法是通过原料粉末中的某些化学反应生成所需要的反应产物并通过热压烧结工艺制备出复合材料试样。原位反应自生法可得到增强体颗粒尺寸细小，热力学性能稳定，界面结合强度高的复合材料，是一种很有前途的颗粒增强复合材料制造工艺。目前报道的原位合成技术主要有原位反应热压烧结技术，原位复合技术，定向氧化技术，熔体浸渍技术，反应结合技术及自蔓延高温合成技术等。定向氧化合成技术是利用放热反应在金属或金属间化合物基体中原位分散金属间化合物或陶瓷颗粒或晶须的原位复合技术。原位自生法是通过反应物之间的反应生成所需要的反应产物并通过热压烧结工艺实现致密化。原位合成法是利用化学反应在原位生成补强组元-晶须或长径比较大的晶粒来补强基体材料的制备工艺。原位合成法主要具有如下优点：简化工艺，降低材料成本，实现特殊显微结构设计和获得特殊材料性能，具有很好的热力学稳定性。金属间化合物/陶瓷基复合材料的制备方法主要有原位复合技术和定向氧化技术以及原位反应热压烧结工艺。可以采用原位反应热压烧结工艺制备金属间化合物/陶瓷基复合材料。原位复合技术是由于金属间化合物反应的形成热相对较低，因而采用自蔓延燃烧时系统不易达到较高的绝热温度，故一般采用原位复合技术制备和合成复合材料。原位复合技术是利用放热反应在金属或金属间化合物基体中原位分散金属间化合物或陶瓷颗粒或晶须的原位复合技术。传统的方法是将粉末压坯在恒定速率下加热到可使反应自发的产生并在整个混合物中处处发生反应。定向氧化技术是定向金属氧化工艺可用于制备金属基复合材料。原位反应热压烧结工艺是将原位反应和热压烧结工艺相结合制备致密的复合材料。
三、原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用
原位反应自生法主要用于制备金属陶瓷，金属间化合物，金属间化合物/陶瓷复合材料等。在材料科学与工程专业的教学课程中，其中材料加工工程和材料制备与合成方法讲述过原位反应自生法。原位反应自生法同粉末冶金技术和液相烧结技术一样都是材料制备技术。原位反应自生法同样是热加工工艺，原位反应自生法涉及到反应物高温化学反应制备产物的过程。在材料科学与工程专业课程的课堂教学中，在有些专业课程中原位反应自生法只是作为了解，对于原位反应自生法制备复合材料的具体内容和制备工艺步骤的研究和应用了解很少。所以就需要在材料科学与工程专业的实践教学课程中增加一些关于原位反应自生法制备复合材料的实验课程。通过原位反应自生法制备复合材料的实践教学活动可以使学生认识和了解原位反应自生法制备复合材料的原理，制备工艺过程以及对经过原位反应自生工艺后得到的金属基复合材料烧结制品的物相组成，显微结构和性能进行研究，使学生通过对复合材料的制备与研究过程可以加深学生对材料科学与工程专业课程学习的认识和了解。对于本科学生的教学实践课程，可以在本科学生的本科专业课程设计和本科毕业设计过程中安排采用原位反应自生工艺制备金属基复合材料和金属陶瓷复合材料的教学内容。例如采用原位反应自生工艺可以制备金属陶瓷复合材料，先将金属陶瓷粉末通过压力成型工艺制成坯体，并通过原位反应自生工艺和高温烧结工艺制备金属陶瓷复合材料。高温烧结工艺可采用常压烧结工艺，热压烧结工艺和放电等离子烧结工艺以及热等静压烧结工艺。采用原位反应合成工艺可以制备金属间化合物/陶瓷基复合材料，通常先将金属间化合物粉末和陶瓷粉末通过压力成型过程在一定压力下压制成具有一定形状和致密度的预制件，通过原位反应自生法和高温烧结工艺形成金属间化合物/陶瓷基复合材料。高温烧结工艺可采用常压烧结工艺，热压烧结工艺和放电等离子烧结工艺以及热等静压烧结工艺。有时将原位反应自生法和热压烧结工艺相结合制备致密的复合材料烧结块材。通过实验教学过程使学生认识和了解到原位反应自生法制备金属陶瓷复合材料的制备工艺过程，提高学生对专业课程学习的认识和了解。使学生通过实验教学认识和了解了原位反应自生工艺制备复合材料的制备工艺原理，使用方法和制备过程，以及对得到产物的物相组成和显微结构进行分析和测试。原位自生法可以制备金属基复合材料，金属陶瓷复合材料等。采用原位反应自生法可以制备颗粒增强的金属基或陶瓷基复合材料。
原位反应自生工艺制备复合材料涉及到反应物在高温下发生化学反应生成反应产物的过程，原位反应合成技术操作过程比较简单，对设备要求较低，只需要高温烧结炉，可以进行现场操作，因此可以作为本科学生的实验课程教学内容，可作为材料科学与工程专业课程的辅助教学实验，也可以作为本科专业课程设计和本科毕业设计教学内容。使学生通过实践教学来加深对材料科学与工程专业课程的认识和掌握。使学生认识到金属基复合材料的制备过程以及金属陶瓷复合材料的制备过程等，并使得学生对原位反应自生法得到的烧结制品进行分析和测试，使学生对材料的分析和检测水平有较大的提高。对于拓展学生的知识面有很大的帮助。为本科学生以后的本科专业课程设计和本科毕业设计打下坚实的实验基础。
四、原位反应自生法制备复合材料的未来发展趋势和应用
0引言
对于我国制造业而言，材料成型与控制工程是其实现长期健康发展的根本保障，不仅如此，材料成型与控制工程也是我国机械制造业的关键环境，因此，相关企业必须对其给予高度重视。无论是电力机械制造，还是船只等交通工具制造，均离不开材料成型与控制工程，材料成型与控制技术的水平与质量将会直接决定机械制造水平与质量。因此，对材料成型与控制工程中的金属材料加工技术进行细化分析，具有非常重要的现实意义。
1金属材料选材原则
在金属复合材料成型加工过程中，将适量的增强物添加于金属复合材料中，可以在很大程度上高材料的强度，优化材料的耐磨性，但与此同时，也会在一定程度上扩大材料二次加工的难度系数，正因此，不同种类的金属复合材料，拥有不同的加工工艺以及加工方法。例如，连续纤维增强金属基复合材料构件等金属复合材料便可以通过复合成型；而部分金属复合材料却需要经过多重技术手段，才能成型，这些成型技术的实践，需要相关工作人员长期不断加以科研以及探究，才能正式投入使用，促使金属复合材料成型加工技术水平与质量实现不断发展与完善。由于成型加工过程中，如果技术手段存在细小纰漏，或是个别细节存在问题，均会给金属基复合材料结构造成一定的影响，导致其与实际需求出现差异，最终为实际工程预埋巨大的风险隐患，诱发难以估量的后果。所以，相关工作人员在对金属复合材料进行选材过程中，必须准确把握金属材料的本质以及复合材料可塑性，只有这样，才能保证其可以顺利成型，并保证使用安全。
2金属材料加工方法
2.1机械加工成型
当前，金属材料成型与控制工程中，应用最为广泛的金属切割刀具便是金刚石刀具，以金刚石刀具对铝基复合材料进行精加工，与其他金属基复合材料，例如，钻、铣以及车等，均是现代社会中广而易见的。铝基复合材料的金刚石刀具加工形式可以细化为三种：其一，车削形式；其二，铣削形式；其三，钻削形式。其中，钻削即通过镶片麻花钻头对铝基复合材料进行加工，常见的有B4C以及SiC颗粒钻削，然后添加适量的外切削液，可以有效强化铝基复合材料。铣削即通过1.5%-2.0%（W+C）粘结剂，8.0%-8.5%PCD的端面铣刀对铝基复合材料进行加工，常见的有SiC颗粒铣削增强铝基复合材料，然后添加适量的切削液进行冷却。车削以硬合金刀具为主要的切割工具，例如，A1/SiC车削符合材料，并添加适量的乳化液对其进行冷却处理。
2.2挤压与锻模塑性成型
金属材料实际成型加工过程中，相关工作人员可以通过模具表面涂层以及添加剂等技术手段，对实践操作过程中的压力进行有效改善，降低加工操作过程中的摩擦阻力，据相关数据统计，这样可以促使加工过程中的挤压力缩减25%-35%左右，甚至更多。降低加工挤压力，可以有效弱化增强颗粒给模具造成的损伤程度，削弱金属材料塑性，有利于降低金属材料的变形阻力，提高其成型的成功率。除此之外，相关工作人员还可以增加挤压温度，以此促使金属基材料更具可塑性。在金属基材料中添加适量的增强颗粒，可以促使金属基材料的可塑性得到弱化，进而变形抗力得以大幅度提升，此时提高挤压温度，可以加快增强颗粒与金属基材料的溶合速率，优化二者的溶合效果。普遍来说，增强颗粒含量会直接影响挤压速度，由此可见，只有金属基复合材料中的增强物含量较低，才能提高挤压速度，如果金属基复合材料中的增强物含量较高，相关人员必须严格控制挤压速度。不过，挤压速度超高的话，也会导致金属材料成型后，便面出现横向裂纹。综上，相关人员在应用挤压与锻模塑性成型加工技术时，不仅要在金属复合材料表面进行涂层或是剂处理，还要对挤压温度进行严格控制，并结合实际，对挤压速度进行有效调控，只有这样，才能保证成品质量符合要求。
2.3铸造成型
复合材料生产过程中，应用最广泛的加工技术便是铸造成型技术，实际铸造过程中，金属基复合材料中添加增强颗粒后，熔体的粘度以及流动性均会显著提升，加之增强颗粒与熔体在高温下的化学反应作用，便会改变基础材料本质，此时相关工作人员必须在熔化金属基复合材料的过程中，对其熔化温度以及保温时间进行严格管控。高温时，添加的增强颗粒，尤其是碳化硅颗粒，极易产生界面反应，例如，3SiCA1-A14C3+3Si等。进而导致熔体粘度过大，难以浇筑，影响材料本质。此时相关工作热暖可以采取精炼方法，然后添加适量变质剂造渣。但这种操作方法并不适用于颗粒增强铝基复合材料。
2.4粉末冶金成型
粉末冶金成型技术是最早期的制造晶须以及颗粒符合材料零部件、金数基复合材料的手段，具有非常丰厚的实践检验，不仅如此，该技术手段还适用于尺寸较小、形状简单但是具有较高精密性要求的零部件。粉末冶金成型技术具有组织细密、增强相分布均匀、增强相可调节以及界面反应较少等特点，DWA公司现阶段，应经将粉末冶金成型技术延展到多种产品的制造工程中，例如，SiCp增强铝合金基体、管材、自行车零件、自行车支撑设备架以及自行车架等。由于粉末冶金成型技术加工的产品具有非常显著的耐磨性、比模量以及比强度，因此，也受到了航天器材、飞机以及汽车的广泛推崇。
3结语
金属材料在材料成型与控制工程中，属于加工难点，而且极具重要性，发展前景非常广阔，随着科学技术的快速发展，其将受到更多行业领域的青睐以及注重，我国必须给予高度重视，通过不断科研，促使自身的技术水平实现突破与创新，这对提高我国的国际竞争力至关重要。
参考文献：
关键词：
复合材料；有色金属材料；性能分析；
就有色金属材料的发展情况来看，目前在航空航天、机械制造以及交通运输领域，得到了较为广泛的应用。随着社会经济的发展，有色金属材料在相关产业中的应用变得越发广泛，加强有色金属材料性能，对于提升相关产业进步来说，具有着一定的积极意义。科学技术的发展和进步，为提高有色金属材料性能打下了坚实的基础，进一步提升有色金属材料的性能，可以更好地促进机械制造业、航空航天事业的发展，满足当下人们对有色金属材料的实际需要。因此，提升有色金属材料性能，利用复合材料增强其性能的研究，成为当下有色金属材料发展的一个热门议题。本文对有色金属材料性能的研究，主要分析了有色金属材料在添加非金属增强材料后，形成的复合材料效果检测，阐述了复合型的有色金属材料在相关产业中应用的优势，以期更好地促进有色金属材料性能的提升。
1有色金属材料SiC的复合材料增强效果研究
本文对SiC这一有色金属材料的增强性研究，主要探讨了非金属材料ZA22锌基合金的添加。ZA22锌基合金添加到SiC中，可以增强其性能，具有较好的强化效果。
1.1SiC添加ZA22锌基合金的加入量和加入方式分析SiC颗粒是国产a型砂轮磨料，在实际生产过程中得到了广泛的应用。这种有色金属材料的应用，主要是通过添加ZA22锌基合金，增强了其性能，让SiC颗粒能够更好地应用于砂轮磨料当中。在进行SiC增强过程中，ZA22锌基合金的加入量应为复合材料铸锭的5%、10%、20%，在添加过程中，要使ZA22锌基合金形成的合金浆料，均匀地分布在合金之中，并且在加入后，对浆料进行升温浇注，保证加强后的SiC能够具有较好的性能。SiC通过添加ZA22锌基合金后，将形成SiCp/ZA22复合材料，这种材料对于实际生产更具优越的性能，能够更好地满足砂轮磨料实际需要[1]。
1.2SiC增强效果分析SiC在添加ZA22锌基合金后，具有了更加强大的性能，其增强体的性能在基体中均匀分布，使SiC颗粒能够更好地分布在复合材料当中，并且其强度要比复合材料的抗拉强度提升许多。就相关测试数据显示，这种添加了ZA22锌基合金的SiC复合材料，抗拉强度要比原来提升了百分之四十七。同时，SiCp/ZA22复合材料的抗压值为518，ZA22锌基合金的抗压值为352；SiCp/ZA22复合材料的GPa为105E，而ZA22锌基合金的GPa则为66E。除了SiCp/ZA22复合材料的抗拉强度提升之后，其耐磨损性能也得到了显著地提升。ZA22锌基合金添加SiC后，具有了更为强大的耐磨锁性能，能够更好地应用于实际生产当中。关于SiC的耐磨损性能测试数据显示，磨环的淬火数值为GCrl5，磨损测试时间为40分钟，正向压力数值为392N，通过磨损试验后，复合材料会随着SiC的体积分数增加而有所变化，对比ZA22锌基合金的磨损数据，磨损的损失量仅为ZA22锌基合金的一半左右。由此可见，在有色金属材料中添加非有色金属材料，可以更好地提升材料性能，形成一种增强型的复合型材料后，更加有利于实际生产应用。
2关于纳米三氧化二铝（Al2O3）增强铜基材料的应用分析
纳米三氧化二铝的增强型铜基材料，在机械化生产中得到了较为广泛的应用，通过提升纳米三氧化二铝的性能，使其具有更好的硬度和抗弯强度，能够很好地保证有色金属材料性能在实际使用中发挥应有的作用，从而更好地促进我国相关产业的发展和进步[2]。
2.1关于纳米Al2O3加入量以及相应加入方式的分析纳米三氧化二铝在选择试验材料时，主要涉及到铜粉、纳米、石墨等材料。其中铜粉占有试验量的百分之七十，纳米三氧化二铝则为1%~5%，剩余的则为石墨的含量。在进行实际试验过程中，主要进行了摩擦实验，摩擦实验的进行条件如下：设置摩擦的滑动速度为5*10-3m/s，载荷数值为5000N，在实际测试过程中，要注意磨损稳定值，当磨损稳定值的摩擦系数和磨损率保持一致时，对纳米三氧化二铝增强铜基材料进行抗弯强度试验，其试验则在5000N的拉力试验机上进行。纳米三氧化二铝增强铜基材料的实验，主要是为了测试其在拉力试验机上的磨损程度，比较复合材料与单一材料的磨损能力以及相应的硬度、抗弯强度数值[3]。关于纳米三氧化二铝质量分数的磨损值我们可以从图中看出：通过对比磨损值与纳米三氧化二铝的质量分数关系，我们不难看出，载荷为5000N下，纳米三氧化二铝增强铜基材料的磨损量更少，其性能更加优越。
2.2纳米Al2O3的增强性能分析关于纳米三氧化二铝增强性能的分析，我们可以从上述的实验中看出，纳米三氧化二铝增强铜基材料要比传统的纳米三氧化二铝具备更好的硬度和抗弯强度。试验过程中，纳米三氧化二铝的体积分数小于4%时，纳米三氧化二铝增强铜基材料的强度会随着纳米三氧化二铝的质量分数增强而提升；当纳米三氧化二铝的体积分数小于4%时，铜基复合材料的抗弯强度也会有所增强。
3铝合金复合材料的增强性能研究
铝合金这种复合材料我们并不陌生，在实际应用过程中，铝合金的应用范围更加广泛。随着社会经济的发展，对铝合金这种材料的要求也随之升高，提升铝合金复合材料的整体性能，对于促进相关产业的发展来说，具有着重要的意义。铝合金材料在实际应用过程中，在不同温度条件下，其抗拉强度有着明显的变化，为了更好地应用铝合金，了解其材料特性的时候，就要加强铝合金材料的抗拉强度，使之具备更强大的性能，这样一来，才能更好地满足实际生产需要。就相关数据实验显示，三种铝合金复合材料在100度的抗拉强度如下：铝合金（ZL109）抗拉强度为294MPa，K2O.6TiO2/ZL109抗拉强度为296MPa，Al2O3/ZL109抗拉强度为311MPa。由此可见，我们不难看出，铝合金复合材料的抗拉强度明显要强于铝合金材料[4]。
4镁基复合材料和铝硅合金的增强性能分析
镁基复合材料和铝硅合金的增强，使其在实际应用中具备更好的性能，能够在实际生产中，满足实际需要，更好地促进相关产业的发展和进步。
4.1镁基复合材料增强性能分析镁基复合材料的应用，主要是镁合金基体和非有色金属材料的结合，这种复合型材料更好地提升了镁合金的强度。一般来说，镁基复合材料在应用过程中，主要添加了碳纤维、氧化铝、碳化硼颗粒等。镁基复合材料在制造行业得到了较为广泛的应用。有关镁基复合材料的性能，在添加体积分数为30%的碳纤维后，可以增强镁合金的剪切强度，镁基复合材料的强度为40MPa，而镁合金材料的强度则为20MPa，对比两个数据，我们不难看出，镁基复合材料的性能要超出镁合金性能太多。
4.2铝硅合金增强性能分析铝硅合金增强性能，主要是利用石墨复合材料阻尼性能，增强铝硅合金的自滑性，降低铝硅合金的摩擦性，使铝硅合金能够在内燃机活塞以及轴承中得到广泛的应用。针对于铝硅合金增强性能的研究分析，主要选择7.5%的铝硅合金作为试验材料，并添加石墨，其粒度为60~200um。在实际实验过程中，将石墨均匀加入铝硅中，并且将其铸造成型，对其阻尼性能以及相关化学性能进行有效的检测。关于铝硅合金增强性能的实验结果，如下所示：7.5%铝硅合金的内耗为0.83*10-2，GA-1的内耗为2.26*10-2，GA-2的内耗为3.17*10-2。由此可见，当铝硅合金内的石墨含量增加后，铝硅-石墨复合材料的内耗增大，可以更好地实现减震目标。
