金属基复合材料的内源性效应

复合化是实现金属材料高性能化、多功能化的有效途径。通过在金属基体中引入高性能增强相形成金属基复合材料,可显著提升基体本征性能,实现传统金属材料无法比拟的高比强度、高比刚度、低膨胀等优异力学与功能特性。然而,受限于其工程化材料属性以及常规复合效应,金属基复合材料的进一步发展面临巨大挑战。突破传统复合性能上限需要发展复合新理念与新途径,在此提出“金属基复合材料的内源性效应”设计新原理,目的是通过复合组分之间的强相互影响,获得超越线性叠加的非常规复合效应。从金属基复合材料力学性能与功能特性2个方面出发,以典型研究结果为例综述了内源性复合实现金属基复合材料超优性能的基本途径及其关键作用,最后进行了总结与展望,为新型高性能金属基复合材料的设计和创制提供新思路。

界面热失配对金属基复合材料力学性能的影响

由于金属基体和增强相的热膨胀系数存在差异,金属基复合材料在制备降温过程中不可避免地产生热失配应力。研究表明,金属基复合材料热失配应力在近界面处以不同类型金属缺陷的形式进行释放,在远离界面处以热残余应力的形式保留。热失配应力释放的缺陷类型、尺寸、密度以及热残余应力的存在均会显著影响金属基复合材料的力学性能。本文阐述了界面热失配缺陷和热残余应力的产生,详细分析了界面热失配对金属基复合材料力学性能的影响,为进一步实现金属基复合材料的界面结构设计和优化提供理论基础和科学依据。

颗粒增强金属基复合材料的干摩擦性能与磨损机理

颗粒增强金属基复合材料 (PMMCs)具有优良的耐磨性 ,在摩擦磨损领域有着广阔的应用前景。本文评述了近年来关于PMMCs干摩擦磨损行为的研究结果 ,从材料因素和外部条件两个角度分析了各种因素对材料耐磨性、摩擦系数和配偶件磨损的影响 ,总结了不同条件下复合材料的磨损机制 。

高效热管理用金属基复合材料研究进展

从高导热复合构型、高导热复合界面及新型高导热纳米碳增强体3个方面,综述了热管理用铜基和铝基功能复合材料的研究进展,并对高导热金属基复合材料的未来发展方向进行了预测与展望。在材料组分相同的情况下,基于金属基体与导热增强体之间复合构型和复合界面的差异,制备的金属基复合材料的导热与热膨胀性能会发生显著变化。此外,由于纳米增强体与基体在形貌、尺寸及表面化学性质等方面的不相容性,在新型高导热金属基纳米复合材料的研发过程中,更需要兼顾高导热复合构型与复合界面的优化设计。可以预言,采用碳纳米管、石墨烯纳米片等新型纳米碳增强体,设计与制备具有微/纳米跨尺度分级复合构型的金属基复合材料将成为未来的研究热点。

金属基复合材料的现状与发展趋势

在过去的二十多年里,金属基复合材料凭借其结构轻量化和优异的耐磨、热学和电学性能,逐渐在陆上运输(汽车和火车)、热管理、民航、工业和体育休闲产业等诸多领域实现商业化的应用,确立了作为新材料和新技术的地位。但是,金属基复合材料的未来发展仍然面临不确定性,既有可能持续扩大应用领域和市场规模,也有可能在其它材料和技术的竞争下停滞甚至萎缩。在综述金属基复合材料的研究与应用现状的基础上,对其可预期的增长点和发展趋势进行了展望。

电铸Ni-SiC金属基复合材料的抗拉强度与微观结构分析

在氨基磺酸镍镀液中电铸制备了两种不同SiC微粒含量的复合材料,研究了热处理对复合材料的抗拉强度和微观组织的影响.研究表明,300℃热处理提高了两种复合材料的强度;但600℃热处理却降低了强度.基体金属Ni与SiC颗粒在600℃完全反应后,界面反应产物是Ni3Si、游离石墨和少量的Ni31Si12,并且产生相当于SiC微粒体积8%的微孔.断裂过程经历微裂纹萌生、长大和聚集,以基体断裂、界面脱粘和微粒断裂三种方式进行.

电子封装用金属基复合材料的制备

分析了电子封装用金属基复合材料的性能特点及其对制备工艺的要求,在此基础上论述了该种材料的各种制备工艺的特点及发展现状。

外部因素对金属基复合材料磨损性能的影响

综述和分析了正载荷、滑动速度、滑动距离、环境温度等外部因素对金属基复合材料磨损性能的影响。与复合材料内部影响因素类似,外部因素通过影响复合材料磨损机制而影响复合材料磨损率。

内部因素对金属基复合材料磨损性能的影响

综述和分析了金属基复合材料内部因素对磨损性能的影响。这些因素包括增强体种类、大小、形状和取向、体积分数。分析表明,上述因素通过影响复合材料的磨损机制而影响磨损性能。金属基复合材料在各种条件下表现的磨损机制的多样性是造成其磨损性能不稳定的原因。

金属基复合材料界面反应的表征与测量

界面反应对金属基复合材料的性能有着极其重要的影响。精确表征、准确测量对控制和改善复合材料的性能有着重要的理论指导意义。为此，综述了金属基复合材料界面反应表征及测量的方法与技术。

如何韧化颗粒增强金属基复合材料

对颗粒增强金属基复合材料的韧性进行了综述。指出这类材料与对应基体合金相比韧性较低，其原因主要是：基体中流变应力的改变、颗粒的断裂、颗粒的不均匀分布和材料拉伸塑性的降低。可采用复合后二次加工或结构韧化的方法改善这类材料的韧性。

金属基复合材料的热力学与动力学研究进展

首先介绍了材料热力学和动力学模型,然后介绍了采用材料热力学和动力学模型在复合材料增强相与基体界面反应控制、反应自生增强相种类选择、反应自生增强相尺寸调控、复合材料体系设计以及复合制备工艺优化等方面研究和应用,最后进行了总结和展望。

电子封装用金属基复合材料的研究现状

微电子技术的飞速发展也同时推动了新型封装材料的研究和开发。本文综述了电子封装用金属基复合材料的研究和发展状况,并以A1/SiCp为重点,分析对比了目前国内外的差距,提出了其未来的发展趋势及方向。

混杂增强金属基复合材料的研究进展

传统金属基复合材料在强度和弹性模量提高的同时,塑韧性急剧下降,因此很大程度上限制了它的应用范围。为了满足高技术领域的需求,改善复合材料的塑韧性,利用多相同时增强金属基复合材料的"混杂效应",在不同尺度、不同层次上进行结构设计和优化,发挥各种增强相的优势。混杂增强体之间的相互作用、混杂效应等使得复合材料具备更低的热膨胀系数、更高的耐磨性和更优越的力学性能等,同时还降低原料的成本。这都使得它成为航空、航天和国防尖端技术领域最富有研究潜力的战略性材料,并将带动整个工业技术的进步。介绍了混杂增强金属基复合材料结构种类及其研究进展,综述了各种构型设计的基本原理及其优缺点;展望了混杂增强金属基复合材料构型及功能化的发展方向及工程化需要解决的关键问题。

颗粒增强金属基复合材料的结构建模与力学模拟研究进展

颗粒增强金属基复合材料具有高模量、高强度及高耐磨等优异性能,其材料体系庞杂、复合结构繁复,力学性能指标众多。通过结构建模与力学模拟的系统研究,能够有效揭示复合材料的构效关系与组织演变规律,进而指导其设计、制备、加工与应用全流程研究。开展多尺度建模计算,并与宏、微观实验相融合,以及利用以数据库技术、高通量计算与大数据挖掘为主要特征的材料信息学研究,可实现金属基复合材料的“组分-工艺-结构-性能”内禀关系的科学内涵描述。首先回顾了颗粒增强金属基复合材料建模计算的主要研究方法,然后对其结构建模研究现状进行了介绍,进而围绕界面特性与力学模拟进行了综合述评,最后对建模拟实结合材料基因工程技术的未来发展进行了展望。

纳米叠层金属基复合材料的力学行为

纳米叠层金属基复合材料(nano-laminated metal matrix composites,NLMMCs)由金属和增强材料(陶瓷、非晶以及纳米碳材料)以层状形式交替叠加组成,是构型化金属基复合材料的一种典型代表。由于组分相的纳米尺度、叠层构型以及大量的异质界面,NLMMCs表现出优异的综合力学和功能性能,成为近年来材料科学的研究热点。以金属-陶瓷型、金属-非晶型和金属-纳米碳型NLMMCs为主要对象,重点综述了NLMMCs的常见制备工艺及相应的特点,并聚焦于采用微纳力学方法探究内在和外在特征尺度、叠层取向以及界面特性等对其强韧化和变形机制影响的研究新进展。最后展望了NLMMCs的发展趋势,指出了NLMMCs在特定服役条件下的力学响应机制有待进一步研究,提出了需要开发适用于在多物理场下工作的微纳尺度材料表征和测试系统,以便更精准地探究NLMMCs的使役行为。

TiB_(2)/6056复合材料的电弧增材制造工艺及组织分析

采用冷金属过渡(CMT)方法在6061铝合金板上进行TiB_(2)/6056丝材增材制造研究。以送丝速度、焊接速度为变量,对不同热输入下增材层的表面成形、微观组织进行了观察和分析。结果表明:增大热输入,有利于降低复合材料增材焊道的气孔率。当热输入在1.2~2.4 kJ/cm时,焊道成形良好,表面光滑,鱼鳞纹均匀。随着热输入的增大,焊道的熔宽和余高增加,增材层组织由树枝晶→胞状晶→等轴晶转变。增材焊道中细小的TiB_(2)颗粒大都呈聚集态分布在α-Al的晶间位置。

铜铝双金属复合材料的研究进展

铜铝双金属复合材料由于其优良的综合性能受到广泛关注和研究。介绍了铜铝双金属复合材料的发展概况,综述了复合技术、界面行为、金属间化合物的形成和生长规律、金属间化合物的微观结构以及铜铝间的扩散行为等方面内容,论述了铜铝复合材料的力学和电学性能的研究进展,并提出了其发展趋势。

复合材料与金属材料髋关节假体应力分布的三维有限元分析

目的对钛合金、碳纤维增强聚砜(CFR/PSF)复合材料、CoCrMo合金和小锈钢假体的性能进行对比,研究复合材料与金属材料髋关节假体应力分布情况。方法采用ANSYS软件对髋关节假体进行了静态三维有限元分析,对比了不同材料的假体表面的应力分布情况,分析了正应力和剪切应力对假体的影响。结果假体的下半部和柄颈结合处受力较大,为假体的关键部位。结论钛合金和碳纤维增强聚砜(CFR/PSF)复合材料假体要比CoCrMo合金和不锈钢假体具有更好的应力分布,其临床应用效果将会更加理想。

T6态TiB_(2)/7050铝基复合材料挤压板坯组织和力学性能分布研究

通过光学显微镜、拉伸性能测试等方法研究了TiB_(2)/7050铝基复合材料挤压板坯固溶时效(T6)热处理后的组织和性能。结果表明:固溶时效后材料力学性能分布不均匀,呈现出强度内部低、边部高的趋势,而伸长率的变化无明显规律,边角处最高强度区域力学性能比心部最低强度区域屈服强度和抗拉强度均高出约10%。分析表明,材料中这种不同区域力学性能的差异,主要是由固溶后的冷却速度引起。若使得心部区域的材料固溶后的冷却速度加快,可以提高材料力学性能至与边角处接近的水平。