金属基复合材料研究热点与论文概述

一、定义

金属基复合材料（Metal Matrix Composite，简称MMC）是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相通过人工复合方式形成的新型复合材料。其上游主要为金属冶炼和加工行业，涵盖黑色金属、有色金属及非金属材料等原材料；下游广泛应用于石油化工、机械、建材、汽车、环保、核电、海洋工程等设备工况恶劣的领域。其核心特征是通过基体与增强相的协同作用，实现单一金属材料难以具备的“超常性能”，兼具金属材料的韧性、导电性、导热性与增强相（如陶瓷、碳、石墨、硼等）的高强度、高硬度、耐高温等优点。

与聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料相比，金属基复合材料具有更高的使用温度、更好的导热导电性能及抗环境侵蚀能力，尤其适用于对材料性能要求苛刻的高端制造领域。其复合方式需精准控制界面结合状态，避免基体与增强相间发生有害化学反应，确保材料整体性能稳定，这也是金属基复合材料制备的核心技术难点之一。

二、分类与主要产品

按照GB/T 34558-2017《金属基复合材料术语》，金属基复合材料可按基体材料、增强体类型及用途分为三大类，不同分类下的产品特性与应用场景存在显著差异，具体分类体系如下表所示：

表1 金属基复合材料分类

（一）结构复合材料

结构复合材料以提升材料力学性能为核心目标，重点优化强度、刚度、耐磨性、抗疲劳性等指标，主要用于替代传统金属材料制造承受载荷的结构部件。其在机械制造行业中属于基础性材料，按应用场景可分为大型机械结构用材料与精密零部件用材料：前者可降低设备重量、提升结构强度，适用于重型机械生产；后者能降低膨胀系数与疲劳极限，满足精密零部件的严苛配置要求，减少设备运行故障。

铝基结构复合材料是结构复合材料中的核心品类，主流采用粉末冶金工艺制备，通过引入高性能陶瓷颗粒或纤维增强相，使材料在轻量化的同时具备优异的力学性能。该类产品的典型应用场景包括两大领域：一是航空航天领域，如直升机和固定翼飞机的关键结构锻件，在高转速、大载荷工况下，其比强度、比刚度显著优于传统铝合金，可有效实现零部件轻量化，降低飞行器燃油消耗，提升续航能力与使用寿命；二是机械制造领域，如冲压模具、核心传动部件等，借助其高刚度、低重量的特性提升模具使用寿命与设备运行效率。此外，该类材料也逐步应用于新能源汽车底盘部件、高端装备结构件等领域，通过减重提质提升终端产品竞争力。

（二）功能及功能结构一体化复合材料

功能复合材料以实现特定物理功能为核心，如导热、导电、电磁屏蔽、耐高温、耐腐蚀等；功能结构一体化复合材料则兼具结构承载功能与特殊物理功能，核心特点是“一材多用”，可简化下游产品结构设计，提升集成化水平。两类材料在电子电器、军工、航空航天等领域均有广泛应用，其中热双金属作为典型的功能复合材料，在温控装置中占据重要地位。

国内企业在功能及功能结构一体化复合材料领域布局了多款核心产品，覆盖军工电子、航空航天、智能终端等多个高端领域。其中，高导热铝基复合材料是典型代表，通过复合石墨、金刚石等高热导率增强相，其导热性能远超传统铝合金，同时具备一定的结构强度，可用于军用电子设备芯片散热、新能源汽车功率器件封装等场景。国内自主研发的超高导热石墨铝复合材料，成功解决了航天、航空等电子装备芯片的高效散热难题，填补了国内相关领域空白。此外，硅铝复合材料系列产品兼具优异的封装性能与结构强度，已批量应用于军用电子封装领域，实现进口替代；超薄手机电池仓产品则兼顾结构支撑与轻量化需求，首次实现该类材料在智能手机领域的大规模应用。

值得注意的是，热双金属作为功能复合材料的重要分支，是由两种及以上不同热膨胀系数的金属复合而成，也叫温控双金属、热敏双金属，其在电子电器领域被广泛用于温度显示、控制、补偿及过载保护等。2022年全球热双金属用量超过1.5×10⁴t，我国作为制造大国，用量占全球60%以上，但高端应用需求的热双金属几乎全部依赖进口，存在显著的进口替代空间。

三、论文数量与研究热点分析

近年来，全球金属基复合材料领域的学术研究热度持续攀升，从论文发表年度趋势来看，自1974年起，相关论文发表量整体呈波动上升态势，在2010年后进入快速增长通道，2016-2019年维持在较高水平，反映出该领域学术研究的持续关注度。从学科分布维度分析，工业通用技术及设备是相关论文发表的核心学科领域，占比高达50.32%，其次是冶金工业（9.00%）、物理学（7.75%）、无线电电子学（7.43%），而航空航天科学与工程（4.50%）、机械工业（4.68%）等应用导向型学科占比也位居前列，这一分布特征清晰呈现了金属基复合材料“基础研究与应用研究并重”的学科发展格局，既依托工业通用技术、冶金等基础学科的技术支撑，又紧密对接航空航天、机械等下游应用领域的需求。

图1金属基复合材料关键词检索逐年发文量（篇）

图2 金属基复合材料关键词检索结果学科分布（篇）

从研究方向看，国内论文重点聚焦于制备工艺优化、界面反应控制、低成本产业化技术及应用场景拓展四大方向，其中短流程制备工艺、废料再生技术等成为研究热点，反映出国内研究更注重技术的产业化落地与循环经济发展。结合学科分布数据可知，工业通用技术及设备学科的高占比，与国内对制备工艺优化的研究侧重高度契合，而航空航天科学与工程学科的占比则印证了高端应用领域的研究需求。

图3金属基复合材料关键词检索结果主题分布（篇）

综上，金属基复合材料凭借优异的综合性能，在高端制造领域具有不可替代的应用价值，当前研究已形成基础与应用并重的格局。未来，随着制备工艺的不断优化、核心技术的突破及进口替代需求的推动，其产业化应用将进一步拓展，相关研究也将朝着更高效、低成本、多功能的方向持续推进。