一、定義

金屬基復(fù)合材料（Metal Matrix Composite，簡稱MMC）是以金屬及其合金為基體，與一種或幾種金屬或非金屬增強(qiáng)相通過人工復(fù)合方式形成的新型復(fù)合材料。其上游主要為金屬冶煉和加工行業(yè)，涵蓋黑色金屬、有色金屬及非金屬材料等原材料；下游廣泛應(yīng)用于石油化工、機(jī)械、建材、汽車、環(huán)保、核電、海洋工程等設(shè)備工況惡劣的領(lǐng)域。其核心特征是通過基體與增強(qiáng)相的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)單一金屬材料難以具備的“超常性能”，兼具金屬材料的韌性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性與增強(qiáng)相（如陶瓷、碳、石墨、硼等）的高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。

與聚合物基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料相比，金屬基復(fù)合材料具有更高的使用溫度、更好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能及抗環(huán)境侵蝕能力，尤其適用于對材料性能要求苛刻的高端制造領(lǐng)域。其復(fù)合方式需精準(zhǔn)控制界面結(jié)合狀態(tài)，避免基體與增強(qiáng)相間發(fā)生有害化學(xué)反應(yīng)，確保材料整體性能穩(wěn)定，這也是金屬基復(fù)合材料制備的核心技術(shù)難點(diǎn)之一。

二、分類與主要產(chǎn)品

按照GB/T 34558-2017《金屬基復(fù)合材料術(shù)語》，金屬基復(fù)合材料可按基體材料、增強(qiáng)體類型及用途分為三大類，不同分類下的產(chǎn)品特性與應(yīng)用場景存在顯著差異，具體分類體系如下表所示：

表1 金屬基復(fù)合材料分類

（一）結(jié)構(gòu)復(fù)合材料

結(jié)構(gòu)復(fù)合材料以提升材料力學(xué)性能為核心目標(biāo)，重點(diǎn)優(yōu)化強(qiáng)度、剛度、耐磨性、抗疲勞性等指標(biāo)，主要用于替代傳統(tǒng)金屬材料制造承受載荷的結(jié)構(gòu)部件。其在機(jī)械制造行業(yè)中屬于基礎(chǔ)性材料，按應(yīng)用場景可分為大型機(jī)械結(jié)構(gòu)用材料與精密零部件用材料：前者可降低設(shè)備重量、提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，適用于重型機(jī)械生產(chǎn)；后者能降低膨脹系數(shù)與疲勞極限，滿足精密零部件的嚴(yán)苛配置要求，減少設(shè)備運(yùn)行故障。

鋁基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中的核心品類，主流采用粉末冶金工藝制備，通過引入高性能陶瓷顆?；蚶w維增強(qiáng)相，使材料在輕量化的同時(shí)具備優(yōu)異的力學(xué)性能。該類產(chǎn)品的典型應(yīng)用場景包括兩大領(lǐng)域：一是航空航天領(lǐng)域，如直升機(jī)和固定翼飛機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)鍛件，在高轉(zhuǎn)速、大載荷工況下，其比強(qiáng)度、比剛度顯著優(yōu)于傳統(tǒng)鋁合金，可有效實(shí)現(xiàn)零部件輕量化，降低飛行器燃油消耗，提升續(xù)航能力與使用壽命；二是機(jī)械制造領(lǐng)域，如沖壓模具、核心傳動(dòng)部件等，借助其高剛度、低重量的特性提升模具使用壽命與設(shè)備運(yùn)行效率。此外，該類材料也逐步應(yīng)用于新能源汽車底盤部件、高端裝備結(jié)構(gòu)件等領(lǐng)域，通過減重提質(zhì)提升終端產(chǎn)品競爭力。

（二）功能及功能結(jié)構(gòu)一體化復(fù)合材料

功能復(fù)合材料以實(shí)現(xiàn)特定物理功能為核心，如導(dǎo)熱、導(dǎo)電、電磁屏蔽、耐高溫、耐腐蝕等；功能結(jié)構(gòu)一體化復(fù)合材料則兼具結(jié)構(gòu)承載功能與特殊物理功能，核心特點(diǎn)是“一材多用”，可簡化下游產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升集成化水平。兩類材料在電子電器、軍工、航空航天等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，其中熱雙金屬作為典型的功能復(fù)合材料，在溫控裝置中占據(jù)重要地位。

國內(nèi)企業(yè)在功能及功能結(jié)構(gòu)一體化復(fù)合材料領(lǐng)域布局了多款核心產(chǎn)品，覆蓋軍工電子、航空航天、智能終端等多個(gè)高端領(lǐng)域。其中，高導(dǎo)熱鋁基復(fù)合材料是典型代表，通過復(fù)合石墨、金剛石等高熱導(dǎo)率增強(qiáng)相，其導(dǎo)熱性能遠(yuǎn)超傳統(tǒng)鋁合金，同時(shí)具備一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可用于軍用電子設(shè)備芯片散熱、新能源汽車功率器件封裝等場景。國內(nèi)自主研發(fā)的超高導(dǎo)熱石墨鋁復(fù)合材料，成功解決了航天、航空等電子裝備芯片的高效散熱難題，填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域空白。此外，硅鋁復(fù)合材料系列產(chǎn)品兼具優(yōu)異的封裝性能與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，已批量應(yīng)用于軍用電子封裝領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代；超薄手機(jī)電池倉產(chǎn)品則兼顧結(jié)構(gòu)支撐與輕量化需求，首次實(shí)現(xiàn)該類材料在智能手機(jī)領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。

值得注意的是，熱雙金屬作為功能復(fù)合材料的重要分支，是由兩種及以上不同熱膨脹系數(shù)的金屬復(fù)合而成，也叫溫控雙金屬、熱敏雙金屬，其在電子電器領(lǐng)域被廣泛用于溫度顯示、控制、補(bǔ)償及過載保護(hù)等。2022年全球熱雙金屬用量超過1.5×10?t，我國作為制造大國，用量占全球60%以上，但高端應(yīng)用需求的熱雙金屬幾乎全部依賴進(jìn)口，存在顯著的進(jìn)口替代空間。

三、論文數(shù)量與研究熱點(diǎn)分析

近年來，全球金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究熱度持續(xù)攀升，從論文發(fā)表年度趨勢來看，自1974年起，相關(guān)論文發(fā)表量整體呈波動(dòng)上升態(tài)勢，在2010年后進(jìn)入快速增長通道，2016-2019年維持在較高水平，反映出該領(lǐng)域?qū)W術(shù)研究的持續(xù)關(guān)注度。從學(xué)科分布維度分析，工業(yè)通用技術(shù)及設(shè)備是相關(guān)論文發(fā)表的核心學(xué)科領(lǐng)域，占比高達(dá)50.32%，其次是冶金工業(yè)（9.00%）、物理學(xué)（7.75%）、無線電電子學(xué)（7.43%），而航空航天科學(xué)與工程（4.50%）、機(jī)械工業(yè)（4.68%）等應(yīng)用導(dǎo)向型學(xué)科占比也位居前列，這一分布特征清晰呈現(xiàn)了金屬基復(fù)合材料“基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究并重”的學(xué)科發(fā)展格局，既依托工業(yè)通用技術(shù)、冶金等基礎(chǔ)學(xué)科的技術(shù)支撐，又緊密對接航空航天、機(jī)械等下游應(yīng)用領(lǐng)域的需求。

圖1金屬基復(fù)合材料關(guān)鍵詞檢索逐年發(fā)文量（篇）

圖2 金屬基復(fù)合材料關(guān)鍵詞檢索結(jié)果學(xué)科分布（篇）

從研究方向看，國內(nèi)論文重點(diǎn)聚焦于制備工藝優(yōu)化、界面反應(yīng)控制、低成本產(chǎn)業(yè)化技術(shù)及應(yīng)用場景拓展四大方向，其中短流程制備工藝、廢料再生技術(shù)等成為研究熱點(diǎn)，反映出國內(nèi)研究更注重技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化落地與循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。結(jié)合學(xué)科分布數(shù)據(jù)可知，工業(yè)通用技術(shù)及設(shè)備學(xué)科的高占比，與國內(nèi)對制備工藝優(yōu)化的研究側(cè)重高度契合，而航空航天科學(xué)與工程學(xué)科的占比則印證了高端應(yīng)用領(lǐng)域的研究需求。

圖3金屬基復(fù)合材料關(guān)鍵詞檢索結(jié)果主題分布（篇）

綜上，金屬基復(fù)合材料憑借優(yōu)異的綜合性能，在高端制造領(lǐng)域具有不可替代的應(yīng)用價(jià)值，當(dāng)前研究已形成基礎(chǔ)與應(yīng)用并重的格局。未來，隨著制備工藝的不斷優(yōu)化、核心技術(shù)的突破及進(jìn)口替代需求的推動(dòng)，其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用將進(jìn)一步拓展，相關(guān)研究也將朝著更高效、低成本、多功能的方向持續(xù)推進(jìn)。