２０世纪６０年代，前苏联科学家在制备ＴｉＢ２／Ｃｕ梯度功能材料时提出了自生成金属基复合材料的思想。
随后在８０年代，美国Ｌａｎｘｉｄｅ公司和Ｄｒｅｘｅｌ大学用原位自生成法制备出了ＴｉＣ／Ａｌ和Ａ１２０３／Ａ１金属基复合材料。其基本原理是：组成复合材料的各个元素之间，在一定条件下利用化学反应生成一种或几种高强度的增强相。
与其他制备方法相比反应自生成技术的优势在于：①自生成增强相在反应动力学上是相对稳定的，在复合材料后续使用中性能相对稳定；②可省略加入增强相等步骤，工序简化，容易推广。
③基体与增强相之间避免了外部杂质的污染。根据基体材料在反应中的不同状态和增强相的反应过程可分为，自蔓延燃烧混合法，液－气反应合成法，接触反应法，金属定向氧化法和混合盐反应法等。
３Ｄ打印技术３Ｄ打印技术最早出现在２０世纪９０年代中期，１９８６年美国科学家查克.赫尔研制出了世界上首台３Ｄ打印机。３Ｄ打印技术虽然起步较晚，但近十几年以来发展迅猛。
由于其超强的材料可设计性，被广泛应用于卫星通讯、军事舰艇、医用器材、房屋建筑领域、汽车行业、飞行航空领域、电子行业、服装服饰、海底铺路等。３Ｄ打印技术是根据计算机输出的图形数据。
使用粉末状金属，以激光为热源快速成型的一种ＭＭＣｓ制备新技术，又称为增材制造。与传统的加工工艺相结合，是３Ｄ打印技术未来发展的主要方向之一，实现传统加工工艺不能生产的复杂形状零部件，大大缩短制造周期。
碳纤维增强金属基复合材料的二次成形方法碳纤维增强金属基复合材料经过固态法或液态法制备成型之后，为了能够达到最终零件所要求的表面精度和外形尺寸，常常需要对复合材料进行二次加工成型，涉及到的成形工艺包括：轧制、挤压、模锻、拉拔、旋压等，以下将逐一介绍。
轧制法轧制是指轧机间旋转的轧辊对碳纤维增强金属基复合材料施加压力，使复合材料产生塑性变形的过程。按轧制温度区分为冷轧和热轧，按机架的排列形式主要有全连续轧制、半连续乳制和单机架往复轧制。
经过轧制后，碳纤维的排列方向会产生一定的变化，对复合材料的塑性成形和性能各向异性产生影响，轧制过程中的大塑性变形会造成少部分增强相碳纤维的断裂，导致金属基复合材料整体性能的下降。
此外，乳制还会引起复合材料内部孔洞、裂纹等缺陷的进一步扩大。目前，日本通过累积叠乳工艺在真空下进行退火，成功制备出Ａｌ、Ｃｕ合金的纳米块体复合材料。
影响轧制的主要工艺条件包括乳制区温度范围、复合材料的变形量、轧件的预热温度、乳制比和轧机负荷等。
挤压法与拉拔法挤压法是利用挤压力将复合材料通过模孔挤出，得到指定长度和端面外形的成形工艺。挤压是金属基复合材料二次加工较为常用的方法之一。
由于增强相碳纤维存在于金属基体中，变形抗力增大，极大的降低了复合材料的塑性，二次成形困难。因此需要在常规的挤压工艺基础上进行优化，比如挤压速度、挤压比和挤压温度等。
影响碳纤维增强金属基复合材料挤压流动的主要原因包括：基体金属的强度、润滑情况、挤压模具的模角、复合材料的变形程度和挤压温度等。在挤压时，金属基复合材料的显微组织也会产生改变。
一方面材料内部组织结构的致密性会进一步提高，宏观表现为材料的综合性能的提高。另一方面，增强相碳纤维长径比的减小，宏观表现为碳纤维的部分断裂，综合性能的降低。
拉拔法是指金属基复合材料在外部拉力作用下，通过模具的模孔发生塑性变形的加工制备方法。按拉拔温度可分为热拔、冷拔和温拔，冷拔是目前广泛采用的生成形式，但对于钼、钨、铍等塑性差的金属需采用温拔方式。
拉拔过程中为了实现稳定拉拔，其主要影响因素包括：拉拔力、拉拔速度、拉拔模角、润滑条件和金属基体的塑性等。拉拔法与其他塑性成形方法相比，其优点在于制备工艺简单、制备成本低廉、设备维护方便、产品外形尺寸准确等。
但是拉拔法也存在一些缺点，比如受到拉拔力的限制，单道次变形量偏小，通常要拉拔多道次才能完成制备；通常都是在室温下进行拉拔，尤其在碳纤维与金属基体结合界面强度较低的时候，拉拔易形成孔洞和缝隙。
模锻法模锻法是使用专有形状的模具设备获得碳纤维增强金属基复合材料锻件的一种锻造成形工艺。按模锻的工序步骤可分为单模膛模锻和多模膛模锻。
模锻法适合生产结构复杂、尺寸精度高的产品，比如叶片、法兰、柴油机连杆、锥齿轮、飞机零部件等。模锻法与其他塑性成形方法相比，具有操作简单、生产效率髙、生产劳动强度低。
获得的碳纤维增强金属基复合材料尺寸精度髙、结构形状复杂。但是，由于需要设计使用专用模具，生产成本高，特别是对于生产小批量或单件产品成本更高。另外，金属基复合材料的锻件尺寸不能过大，在一定程度上受制于模锻设备的生产能力。
旋压法旋压法也叫滚压法，是将经过一次成型制备的碳纤维增强金属基复合材料坯料固定在旋压机模具的一端，通过旋轮对坯料施加压力的成形工艺。旋压法是一种比较古老且成熟的塑性加工工艺。
它不简单等同于塑性变形，而是兼具塑性变形和流动变形的复杂成型过程，利用旋转将受力点由点到线由线到面扩展开来。旋压法通过一次或多次加工可以制备多种形状的旋转体制品。
旋压技术有广泛的应用领域，包括国防军工、民用产品、航空航天、汽车工业等，旋压技术常被应用于生产导弹的鼻锥及壳体、火炮的炮管、汽车的助力转向泵轮、飞机的油箱罩和头罩等。
旋压法的优点是施加较小的压力就可以加工制备较大的工件，加工设备简单可以使用车床替代，模具简单对材质要求不高；缺点是局限性大只适用于生产回转体类型的零件，生产效率低和工人劳动强度大等
机械加工法碳纤维增强金属基复合材料在经过一次制备成型之后，为了能够获得零件最终所需要尺寸精度和几何形状，往往需要用机械加工的方法进行二次成形。
碳纤维增强金属基复合材料常用的机械加工方法主要有切削、磨削、车削、铣削和超精加工等。但是，由于金属基体中加入碳纤维制备而成的结构材料，沿碳纤维轴向方向复合材料的拉伸强度高。
垂直于碳纤维轴向方向复合材料的剪切强度低。此外，由于金属基体和碳纤维之间结合强度低，使得碳纤维增强金属基复合材料机械加工难度大，制备成本高。
在碳纤维增强金属基复合材料的机械加工方面，国内外的学者开展了大量的研究工作。ＷａｎｇＤＨ等人使用多晶金刚石工具，对单向碳纤维层合板复合材料进行正交切削的实验研究。
发现复合材料切削去除的方向主要取决于纤维的取向，在０°和－４５°方向上表现为主切削力的较大波动，而４５°和９０°方向上则表现为主切削力的波动较小，结果表明机械加工的切削力与复合材料中碳纤维的取向角度密切相关。
张厚江等人通过对碳纤维复合材料的二元直角自由切削机理的分析研究，并结合大量实验数据，从理论角度推导出了碳纤维切削力的理论计算公式。
研究方案１研究思路
螺旋碳纤维碳纤维增强铝基复合材料的设计为解决高性能复合材料的高强度－低軔性匹配性不足的问题，设计了具有螺旋结构的碳纤维增强铝基复合材料。
具体思路为：在铝基复合材料中引入三维螺旋结构碳纤维，螺旋碳纤维随着螺距的增加和螺旋角的减小，成功实现了与铝基体同步伸长变形的效果，提升了复合材料整体靭性和抗冲击性。
螺旋碳纤维表面改性预处理在复合材料的高温制备过程中，首先要解决的问题是增强相螺旋碳纤维的保护问题。为了避免过度界面反应的发生，因此对碳纤维表面进行金属化改性处理。通过界面热力学分析和动力学计算，最终确定了涂覆工艺和涂层厚度。
螺旋碳纤维增强铝基复合材料的制备工艺根据后续二次加工变形的需要，对螺旋碳纤维的空间构型进行设计。
然后将碳纤维按照设计的螺距和螺旋方式，缠绕在一定直径的纯铝材质的芯棒上，来解决螺旋碳纤维的固定问题。然后设计底端带固定凹槽，上端带冒口的模具，再将缠绕碳纤维的芯棒固定在具有特殊设计的模具上，来解决螺旋碳纤维的对中性问题。最后按设计的铸造工艺进行复合材料的制备。
螺旋碳纤维增强铝基复合材料的塑性拉拔变形首先采用数值模拟计算方法，研宄螺旋碳纤维空间构型对铝和螺旋碳纤维复合材料的力学性能和变形方式的影响规律。
为试验研宄提供有关重要的定量参考依据，指导试验设备设计和制造、实验参数设置和控制范围。接下来对比乳制、挤压、拉拔、锻造等二次成形加工方法，并结合碳纤维特性，最终选定二次成形方法为拉拔或乳制＋拉拔。
通过拉拔力和变形抗力的计算合理分配每个拉拔道次的延伸率。通过螺旋碳纤维的螺旋角、螺距和螺旋直径等参数，计算出复合材料的极限伸长率，即最大变形程度。
组织性能分析制备的螺旋碳纤维増强铝基复合材料中，螺旋碳纤维的体积分数为１０％-２５％，铝体积分数为７５％-９０％，通过调整螺旋碳纤维的空间构型，以及铸造工艺，铸坯可后续拉拔加工的变形率为３３％-７８％。
在保证螺旋碳纤维结构完整、分布稳定的情况下，采用模铸＋拉拔变形制备的螺旋碳纤维增强铝基复合棒材能够实现综合力学性能的强化效果，力学性能较纯铝基体提升３０％以上。
