想象一下，有一種材料，它比鋼鐵還要堅固，卻比鋼鐵還要輕盈；既耐得住高溫，又能被塑造成各種復雜的形狀。這不是科幻小說，而是真實存在的“黑科技”——氧化鋁纖維增強鋁基復合材料（Al?O?f/Al-MMC）。
一、背景簡介
隨著航空航天、新能源汽車、尖端裝備等科技領域的不斷發展，對材料的服役性能提出了更為苛刻的要求，對高性能材料的需求也日益增長。傳統單一材料在力學、摩擦學、磁學、電學、腐蝕學等性能方面都具有一定的局限性，滿足不了目前的使用要求。有資料表明：向單一材料中添加氮化物、氧化物、碳化物、硼化物等增強體，制備出的復合材料具有顯著性能優勢，可明顯改善傳統材料的局限性。復合材料分為金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、有機聚合物基復合材料三種。與樹脂基和陶瓷基復合材料相比，金屬基復合材料具有高的比強度、比模量、耐高溫、熱膨脹系數小、耐摩擦磨損等優異的物理性能及力學性能，受到了工業界和學術界的廣泛關注。
二、發展歷程
連續氧化鋁纖維增強鋁基復合材料的研究始于20世紀60年代。早期研究主要集中在纖維制備和復合材料界面結合等方面。20世紀70年代，氧化鋁短纖維增強鋁基復合材料取得了突破性進展，并在內燃機車等領域取得成功應用。近年來，隨著氧化鋁連續纖維制備技術的突破和性能的逐步提升，伴隨航空航天、新能源等產業的迅猛發展，更高性能的需求讓該材料迎來了新的發展機遇。
三、MMC制備及性能
1、連續氧化鋁纖維增強鋁基復合材料的制備
簡單來說，這種材料就像是在柔軟的鋁合金中，編織進了一張由氧化鋁長纖維構成的“鋼筋網”，使其擁有極高的強度、剛度、耐磨性和耐熱性。而鋁合金則具有良好的塑性和導熱性。兩者結合，取長補短，便誕生了這種性能卓越的金屬基復合材料。
圖3-1：氧化鋁連續纖維增強鋁基復合材料
2、Al?O?f/Al-MMC的性能
（1）氧化鋁纖維增強鋁基復合材料的性能
連續氧化鋁纖維具有強度高、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、抗熱震、抗燒蝕等優異特性，以它為增強體制備出的連續Al?O?纖維增強鋁基復合材料(Al?O?f/Al)具有以下特點：
低膨脹： 氧化鋁纖維可限制金屬鋁的因溫度導致的體積變化，因此，具有熱膨脹系數低，尺寸穩定性好，適用于精密儀器和高溫部件。
高耐磨：氧化鋁莫氏硬度約為9，氧化鋁纖維增強的鋁基復合材料的在耐磨過程中，氧化鋁起到耐磨的作用，基體金屬鋁則起到錨固氧化鋁的效果，因而，氧化鋁金屬基復合材料的耐磨性可比單一金屬提高數倍。
高強高模：氧化鋁連續纖維的加入，顯著提升了材料的力學性能，使其能夠承受更大的載荷。耐高溫：氧化鋁纖維的高熔點（2000℃以上）可使鋁基復合材料的高溫應用溫度提升150℃左右。
輕量化：密度僅為鋼的1/3，卻能提供與之媲美的強度，是航空航天領域減重增效的“利器”。
可設計： 通過調整纖維的含量、排列方式等，可以定制材料的性能，滿足不同應用需求。
表3.1 連續氧化纖維增強鋁基復合材料與金屬材料性能對比表
（2）氧化鋁纖維增強鋁基復合材料制品
面對挑戰，我國科研人員經過多年艱苦的技術攻關，取得了重大突破，實現了氧化鋁連續纖維增強鋁基復合材料的棒材、板材、管材以及復雜形狀構件的精密成型，為工程化應用奠定了基礎。
四、市場應用情況
連續氧化鋁纖維增強鋁基復合材料憑借其優異的服役性能應用在航空航天、汽車交通、電力等領域，其應用領域及應用典型如下：
表4.1 連續氧化鋁纖維增強鋁基復合材料應用場景
應用代表一：輸電領域
美國3M公司使用連續性Al?O?纖維增強鋁基復合材料(Al?O?f/Al)制備輸電線。其Al?O?f/Al輸電線的抗拉強度達到1.5Gpa，電導率相比于傳統導線提高400%，熱膨脹降低50%，大大降低了輸電能耗，有效解決了長距離輸電時，電力導線垂度大、強度不夠等問題。2007年，上海220KV新干線的改造工程中，應用了Al?O?f/Al輸電線為世博會區域供電，為世博會期間的正常電力供應做出了巨大的貢獻。2008年，重慶220KV水雙南北線改造中，也采用了該導線，取得較好的經濟效益與社會效益。
圖4-1：3M ACCR電網架空線 導線助力架空輸電線路性能提升
圖4-2：導線載流量的變化對弧垂的影響
圖4-3:輸電線用連續氧化鋁纖維增強鋁基復合材料
圖4-4：國家電網按裝應用連續氧化鋁纖維增強鋁基復合材料輸電線
應用代表二：汽車領域
日本豐田汽車使用氧化鋁纖維增強鋁基復合材料代替汽車上傳統金屬活塞，大大提高了活塞的耐燒蝕性、耐磨性、熱振性，年產量達到十萬件。
圖4-5:日本豐田汽車活塞用氧化鋁纖維增強鋁基復合材料
應用代表三：國防領域
美國陸軍早在20世紀70年代末期就對Al?O?/Al制造履帶板進行了研究,通過采用復合材料制造履帶板可使其質量從鑄鋼的544～ 680kg下降到272～362kg，減輕近50%，行程、彈藥裝載量、動力等均得到明顯提高。
圖4-6：坦克用氧化鋁纖維增強鋁基復合材料履帶
應用代表四：航空航天領域
采用連續氧化鋁纖維增強鋁基復合材料代替傳統航空材料，大大提高了航空飛機的承載能力和使用壽命，保障了飛行器的安全性和可靠性。
圖4-7：航空航天用連續氧化鋁纖維增強鋁基復合材結構件A：輕型先進機械臂；B：鈦MMC強化的小型發動機支撐桿；C：TiMMC衛星推進劑儲罐；D：空客A320（集成翼項目）下側撐桿組件及起落架部件；E：飛輪儲能轉子
連續氧化鋁纖維增強鋁基復合材料，作為一種新興的輕量化高性能材料，正在引領材料科學的革命。眾多科技人員的艱辛付出在該領域取得了重大突破，為材料的工程化應用奠定了堅實基礎。相信隨著工業化技術的不斷進步，它將在更多領域大放異彩，為社會創造更加美好的未來！
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