金属材料的构型复合化

复合化是金属材料实现高性能化的有效途径,但传统的金属基复合材料多以相与组织在空间的均匀分布为特征,没有充分考虑到材料的复合构型效应,因此不能最大程度地发挥不同组分之间的协同、耦合和多功能响应机制。近年来,国内外的材料科学家逐渐认识到复合构型(Architecture)对于金属基复合材料强韧化的重要作用,并进行了一些探索研究,发现"非均匀"复合构型更有利于发挥复合设计的自由度和复合材料中不同组元间的协同耦合效应,从而发掘金属基复合材料的性能潜力。首先综述了金属材料构型复合化的研究进展,进而以复合构型的优化设计为切入点,提出可以通过借鉴生物结构材料中的精细复合构型,来制备具有优异综合力学性能的金属基复合材料。该研究理念在石墨烯-Al,碳纳米管-Al等材料体系中得到了验证,所制备的复合材料具有良好的强度与塑性/韧性匹配。最后,展望了金属材料构型复合化的发展趋势,指出可采用先进的微纳米尺度测量技术结合显微结构表征的方法,以准确揭示非均匀复合结构的性能响应机理,阐明其构-效关系,为复合构型的进一步优化设计与精确"剪裁"提供途径与方法。

微纳叠层金属复合材料的断裂性能研究

叠层金属复合材料作为材料构型复合化的典型代表,在利用材料组元本征性能的基础上,能充分发挥复合材料中不同组元间的协同、耦合及多功能响应机制。微纳尺度下的叠层金属复合材料由于其多界面结构及特殊的尺寸效应,能充分调控材料内部裂纹的萌生与扩展机制,同时发挥微纳尺度材料优异的本征力学性能,以此来协调材料的强度和韧性的矛盾。目前,叠层金属复合材料在航天、石油、机械、电子等领域均得到了广泛的应用。围绕微纳叠层金属材料的断裂性能研究,综述了其制备工艺和应用现状,总结了其断裂过程中的微观机制和影响因素。同时,探讨了这类材料中特殊的构型化增韧途径,指出可采用先进的微纳米尺度的材料加工与测试技术,结合原位显微结构表征的方法,系统地研究微纳叠层金属材料的断裂机理,以指导对该材料的进一步优化设计与制备。

多相多尺度铝基复合材料构型强韧化研究进展

总结了铝基复合材料制备方法及构型复合化设计思路,列举了近年来铝基复合材料通过构型复合化改进材料的强度与韧性匹配关系的最新研究成果,展望了具有先进构型的铝基复合材料走向工业化应用的途径。