金屬基復合材料是通過將增強材料分散到金屬基體中而制成。增強材料的表面可以有涂層，以防止與基體發生化學反應。例如，碳纖維通常被用于鋁基體中，以合成顯示出低密度和高強度的復合材料。然而，碳與鋁發生反應，在纖維的表面產生一種脆性和水溶性的化合物Al4C3。為了防止這種反應發生，碳纖維上涂有鎳或鈦硼化物。

金屬基復合材料（MMC）通常包含低密度金屬，如鋁或鎂，再用陶瓷材料（如碳化硅或石墨）的顆粒或纖維加固。與未增強的金屬相比，金屬基復合材料提供了更高的比強度和剛度，更高的工作溫度和更大的耐磨性，以及有機會為某個特殊領域提供定制性能。

然而，與金屬相比，金屬基復合材料也有一些缺點。其中最主要的是高性能金屬基復合材料的制造成本較高，而且延展性和韌性較低。目前，MMC傾向于聚集在兩個極端類型。一種是用昂貴的連續纖維加固的高性能復合材料，需要昂貴的加工方法。另一種是用相對便宜的顆粒或纖維加固的相對低成本和低性能的復合材料。第一種類型的成本太高，目前僅在軍事或太空領域應用，而第二種類型的成本/效益相對于未被增強的金屬合金的優勢仍有疑問。

據悉，目前全球金屬基復合材料市場基本上被西方發達國家所壟斷，超過總質量2/3的金屬基復合材料為美國、歐洲、日本等發達國家或地區所使用。我國在1981年啟動了金屬基復合材料研究，經歷了艱難的起步階段和初期工程驗證階段，目前步入普及與快速發展階段。

1. 簡介

目前，金屬基復合材料市場主要是在軍事和航空航天領域。實驗性的MMC部件已經被開發出來，用于飛機、衛星、噴氣發動機、導彈和美國國家航空和航天局（NASA）的航天飛機。在美國，顆粒增強型MMC的第一個生產應用是一套用于導彈制導系統的蓋子。

迄今為止，最重要的商業應用是豐田公司的MMC柴油發動機活塞。這種復合材料活塞比它取代的鑄鐵活塞具有更好的耐磨性和高溫強度。據估計，每年有30萬個這樣的活塞在日本生產和銷售。日本每年生產和銷售30萬個這樣的活塞。這一發展是非常重要的，因為它證明了MMC至少在一個對成本非常敏感的應用中不是非常昂貴的。其他的商業應用包括切割工具和斷路器觸點。

具有高比剛度和強度的金屬基復合材料可用于節省重量的應用中是非常重要的一個因素。

這類應用包括機器人，高速機械，以及用于船舶和車輛的高速旋轉軸。良好的耐磨性和高比強度，也有利于MMC在汽車發動機和制動部件中的應用。可定制的熱膨脹系數和熱導率，使它們成為激光器、精密機械和電子封裝的良好候選材料。然而，目前的開發工作水平似乎不足以在未來5年內實現任何一種產品的商業化。但柴油機活塞可能是個例外。

根據現在公開的信息披露，金屬基復合材料的軍事應用似乎很有吸引力：高溫戰斗機發動機和結構；高溫導彈結構；以及航天器結構等。

增強材料被嵌入到一個基體中。增強材料并不總是服務于純粹的結構性任務，但可以被用來改變物理特性，如耐磨性、摩擦系數或熱導率。增強材料可以是連續的或不連續的。不連續的金屬基復合材料可以是各向同性的，可以用標準的金屬加工技術，如擠壓、鍛造或軋制。此外，它們還可以用常規技術進行加工，但通常需要使用多晶金剛石工具（PCD）。連續增強材料使用單絲或纖維，比如碳纖維或碳化硅。由于纖維以一定的方向嵌入到基體中，其結果是一個各向異性的結構，其中材料的排列影響其強度。最早的金屬基復合材料之一使用硼絲作為增強材料。不連續的增強使用 "晶須"、短纖維或顆粒。這一類中最常見的增強材料是氧化鋁和碳化硅。

金屬基復合材料制造方法可分為三種類型—固態、液態和氣態。

• 高性能碳化鎢刀具是由堅硬的鈷基體與堅硬的碳化鎢顆粒粘合而成；性能較低的刀具可以使用其他金屬比如青銅作為基體。
• 一些坦克裝甲可能由金屬基復合材料制成，可能是用氮化硼加固的鋼，氮化硼是一種很好的鋼加固材料，因為它非常堅硬，而且不溶于熔融的鋼水中。
• 一些汽車盤式制動器使用MMC。早期的 Lotus Elise 車型使用鋁制MMC轉子，但它們的熱性能不太理想，Lotus 此后又改用鑄鐵。現代高性能跑車，例如保時捷制造的跑車，使用碳纖維在碳化硅基體內制成的轉子，因為它的比熱和導熱性高。3M公司開發了一種預制鋁材用于加強鑄鋁盤式制動器的卡鉗，與鑄鐵相比重量減輕一半，同時保持相似的剛度。3M也將氧化鋁預制棒用于AMC推桿上。
• 福特公司提供了一種金屬基質復合材料（MMC）傳動軸的升級。MMC傳動軸是由碳化硼強化的鋁基體制成。通過減少慣性，可以提高傳動軸的臨界速度。MMC傳動軸已成為賽車手的常見改裝，使最高速度遠遠超過了標準鋁制傳動軸的安全運行速度。

材料成本：< 5美元/公斤

• 本田已經在他們的一些發動機中使用了鋁金屬基復合材料氣缸套，包括 B21A1、H22A和H23A、F20C和F22C，以及 NSX中使用的C32B等。
• 豐田將金屬基復合材料應用于雅馬哈設計的2ZZ-GE發動機，該發動機被用于后來的蓮花Elise S2版本以及豐田汽車。后期Lotus Elise S2版本，以及豐田汽車車型，包括同名的豐田Matrix。保時捷也使用MMC來加強Boxster和Burberry的發動機缸套。在Boxster和911中使用MMC來加強發動機的氣缸套。
• F-16戰隼使用單絲碳化硅纖維在鈦基體中用于噴氣式飛機起落架的一個結構部件。
• l Specialized自行車公司已將鋁制MMC化合物用于其頂級自行車車架。復合材料用于其頂級自行車車架已有數年之久。Griffen自行車公司也生產碳化硼鋁MMC自行車架。Univega公司也曾短暫做過。
• 粒子加速器中的一些設備，例如射頻四極桿（RFQs）或電子靶材，使用Glidcop等銅MMC化合物來保持銅在高溫和輻射水平下的材料特性。
• 銅銀合金基體含有55%（體積）的金剛石顆粒，被稱為Dymalloy。其被用來作為高功率、高密度多芯片模塊的基體，因為它具有非常高的導熱性。

材料成本：> 1000美元/公斤

• 鋁石墨復合材料在電力電子模塊中的應用是因為它們的高導熱性、可調節的熱膨脹系數、和低密度。