5.2.2 金属基复合材料晶须的增强体和基体
晶须材料具有优良的耐高温、高热、耐腐蚀性能、有良好的机械强度、电绝缘性、轻量、高强度、高弹性模量、高硬度等特性，作为塑料、金属、陶瓷的改性增强材料时显示出极佳的物理、化学性能和优异的机械性能。其中晶须增强金属基复合材料具有高比模量，良好的导电、导热、耐磨性和高温性能，抗疲劳性能和断裂韧度好，热膨胀系数小，可加工性好，尺寸稳定，不吸潮、不老化、气密性好。最突出的优点是（和颗粒增强一样）轻质、高强等优越的结构性能，还可以进行二次加工，二次加工可以消除复合材料中的孔洞，提高晶须分布的均匀性，因此可以在提高强度的同时明显地改善复合材料的塑性。二次加工一般采用热挤压、热轧制和热旋压等手段。
金属基复合材料通过改变增强相种类、体积分数、排列方式或复合材料的热处理工艺，能够实现热导率高、热膨胀系数可调的功能，并综合金属基体优良的导热性、可加工性和增强体高导热、低热膨胀的优点，能够制备出热物理性能与电子器件材料相匹配的封装材料。
1）晶须增强体
金属基复合材料的晶须增强体，按晶须的来源不同，可分为外加晶须增强和内生长晶须增强两种。金属晶须增强体一般是由金属的固体、熔体或气体为原料，采用熔融盐电解法或气相沉积法制得。晶须增强金属基复合材料的制备工艺与颗粒增强材料一样基本上也是采用粉末冶金法、铸造法，半固态液相法等制备方法，也可以进行挤压，锻轧二次成型加工。
晶须增强金属基复合材料是目前应用、开发前景最大的一种金属基复合材料，这类复合材料的金属基大多数也同样采用密度较低的铝、镁和钛合金，以便提高复合材料的比强度和比模量，其中较为成熟、应用较多的是铝基复合材料。这类复合材料所采用的增强体为碳化硅、碳化硼、氧化铝晶须，成本最低的是Al2O3·B2O3晶须，其中以SiC为主。氧化物陶瓷晶须，如CaSO4、K2O·6TiO2、2MgO·B2O3和nAl2O3·mB2O3（n=9～2，m=2～1）等，具有较高的熔点（1000～1 600℃）和耐热性，可用作树脂基复合材料和铝基复合材料增强体。
作为金属基复合材料的增强体应具有以下基本特性：①能明显提高金属基材料某种所需特性的性能；②可实现高的比强度、比模量、高导热性、耐热性、耐磨性、低热膨胀性等；③良好的化学稳定性；④在金属基复合材料制备和使用过程中其组织结构和性能不发生明显的变化和退化，与金属基体有良好的化学相容性，不发生严重的界面反应；⑤与基体金属有良好的润湿性，通过表面处理能与金属基体良好润湿、复合和分布均匀。(https://www.daowen.com)
2）晶须增强体和基体复合机理
（1）晶须/基体结合和防止微裂条件。晶须/基体界面结合好时，必须符合基体膨胀系数αm大于αw晶须膨胀系数αm；在获得致密的温度范围内界面无化学反应的生成物，晶须直径R≤Rc临界直径，基体中发生的张应力过大，界面一侧产生微裂纹。
Geng 2004年针对晶须未对准对金属基复合材料热压缩变形行为影响的实验和数值研究：利用实验和数值方法相结合的方法研究了晶须未对准和旋转对金属基复合材料的影响，在300℃的热压缩变形过程中，不连续SiC晶须增强的铝基复合材料的应力应变响应。从数值结果发现，晶须取向对晶须的应力和旋转有显著影响，而对流变应力和基体的加工硬化影响很小。数值和实验结果均表明，晶须的未对准和旋转在复合材料的热变形行为中起重要作用。在热压缩变形期间，由于晶须旋转或断裂，晶须未对准角小于30°的复合材料表现出应变软化行为。然而，由于基体加工硬化，晶须取向角大于45°的复合材料表现出加工硬化现象，复合材料的预期应力-应变行为与实验结果在质量上吻合。Bill和Clegg 1988年对金属基复合材料拉伸变形的应力分析，计算了金属基复合材料的屈服和流动行为，其中硬化是通过载荷传递，或等效地，由于基体和增强相的弹性性质不同而产生的内应力的积累，塑性流动制造过程中产生的热应力。该方法适用于一系列夹杂物的形状和分布。当夹杂-基体界面处的剪切应力达到复合材料的剪切屈服应力时，基体开始塑性流动，应力松弛行为变得更加复杂。对球形夹杂物的情况进行了处理，计算出了完整的应力-应变曲线，与文献中的数据吻合良好。
（2）微观组织结构。基体合金的晶粒尺寸通常较小，晶须与基体膨胀系数差大，冷却收缩变形不同，晶须周围的基体中产生密度很高的位错，细晶与位错起复合增强作用，液态金属在晶须表面结晶，使晶须与基体金属之间形成了一定晶体位向关系，导致界面以原子匹配方式结合。
许多晶须本身又具有一定的毒性（术语，与金属的界面反应）。如硼酸铝晶须在增强金属基（铝基）复合材料时，存在着严重的界面反应现象，这对复合材料的微观结构和力学性能有着十分重要的影响，过量的界面反应会改变基体合金成分，引起界面微观结构的变化，损伤晶须增强相，从而削弱复合材料的性能；SiC/Al复合材料的耐磨性就高于铜-铅合金以及铜-铅-稀土合金。这是由于在基体合金中加入了硬的第二相质点，其磨损机制是滑动初期复合材料表面处于不利位向晶须的剥落和随后的氧化和磨料磨损。Al2O3陶瓷的化学稳定性和热稳定性较好，与各类物质如碳化物和氮化物等均不发生反应，抗弯强度以及断裂韧性较低，抗热振性能较差，脆性大并且与金属黏结性差。金属基复合材料性能的主要影响因素为增强体和金属基体的物性，如种类、含量、形状、尺寸及纯度等。目前工艺成熟且性能稳定得到广泛应用的是高体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料［热导率达200 W/（m·K）、热膨胀系数为7.8×10-6/K，密度仅为3.0 g/cm3］，而为了开发热导率更高的金属基复合材料，目前主要的研究方向是金刚石、石墨烯等增强的铝基、铜基和银基复合材料，但此类金属基体与金刚石或石墨烯之间润湿性较差，界面效应成为制约其性能的瓶颈。