层状复合材料形成机理和断裂行为的研究进展

层状复合材料集结构功能于一体,综合力学性能优异。本文系统地介绍了各种制备方法的界面和组织形成机理,并阐明了强/弱界面结合的层状复合材料所出现的隧道裂纹、脱层断裂和平行裂纹等多种断裂行为,总结了在断裂过程中的多种增韧机制,揭示了层状结构的尺度效应和韧脆转变效应,为层状复合材料的强韧化提供了理论基础。

层状金属复合材料断裂和增韧机理的研究进展

层状金属复合材料在航天航空,汽车和核能领域发挥越来越重要的作用。对比于单一金属或合金,层状金属复合材料呈现出超高的强度、断裂韧性、延伸率和成型能力。综合介绍承载变形过程中层状金属复合材料各种力学性能,断裂行为和增韧机制。通过调控层状结构参数,复合材料可获得较高的性能指标,在宏观尺度下,界面结合状态和层厚尺度可有效地影响层状金属复合材料的断裂韧性和断后延伸率,这两种性能一般不符合混合法则,而层状金属复合材料的弹性行为、屈服强度和抗拉强度基本符合混合法则。在微观尺度下,层状金属复合材料的断裂行为和增韧机制会呈现明显的尺度效应。

两级结构层状Ti-TiB_w/Ti复合材料扩散焊及其拉伸行为

通过真空热压烧结和扩散焊接方法,成功制备了一种新型的包含有Ti层和TiB_w/Ti复合材料层的层状钛基复合材料。这种材料包含两级结构,宏观上的层状结构和细观上增强体分布的网状结构。由于Ti基体和TiB增强体组成的两种形式的双连通结构,层状Ti-TiB_w/Ti复合材料呈现出了较高的强度和塑性。利用HT方程预测,增强体呈网状分布的TiB_w/Ti复合材料的弹性模量高于均匀分布的复合材料,这符合了Hashin-Shtrikman(H-S)有效模量的上限,而层状Ti-TiB_w/Ti复合材料的弹性行为可通过层合板理论的串并联法则预测得出,试验结果与这两种结构体系的预测结果很接近,然而抗拉强度和断后伸长率则不符合混合法则。

多层金属复合材料的应变局部化延迟和抗断裂失稳机理

多层金属复合材料在航天航空、汽车、船舶、核能电力领域中起着非常重要的作用。相比于传统单一金属,多层金属复合材料具有超高的塑性变形能力和断裂韧性。综述了多层金属复合材料在塑性变形过程中的应变局域化延迟和抗断裂失稳的特征和机理,归纳出周期性颈缩、脱层断裂、隧道裂纹、弥散剪切带对抑制多层金属复合材料塑性失稳的作用机理,并阐明脱层断裂、裂纹分叉、隧道裂纹对多层金属复合材料的增韧机理,和对韧脆转变行为的作用规律,可为金属材料强韧化提供新的设计思路和技术支撑。

多级结构的金属材料强韧化机理研究进展

强度和塑韧性是金属结构材料主要的性能指标,然而通常会出现强度与塑韧性倒置的现象,即传统的固溶强化、纳米晶强化、弥散强化和加工硬化在追求强度的同时会不可避免地牺牲金属材料的塑韧性。根据多级多尺度仿生结构可协同提高强度和韧性的思路,系统介绍了两级Ti-TiB w/Ti复合材料、不锈钢复合板、多层复合钢、层/网耦合结构钢和超细纤维晶钢的构型设计,并揭示其强韧化机理和断裂机制,通过改变裂纹的扩展方式与裂纹的竞争机制,以及残余内应力的释放等途径,有效实现材料的强韧化,可为金属材料强韧化提供新的设计思路和技术支撑。

轻质碳基电磁屏蔽与吸波材料研究进展

随着科学技术的发展,电磁屏蔽与吸波材料在可穿戴、医疗和国防等领域的应用越来越广泛。碳基材料具有轻质、比表面积大、介电损耗强、导电性高等优点,已逐渐成为电磁波领域的研究热点。简述了电磁屏蔽和吸波材料的机理,从组成成分、合成方法、微观结构三方面总结了近年来国内外电磁屏蔽与吸波材料的研究进展,指出了目前轻质碳基电磁屏蔽与吸波材料存在的问题,面临的挑战和未来的发展前景。

控温大应变孔型轧制纤维细晶钢增韧机理的研究进展

孔型轧制纤维细晶钢是日本国立物质材料研究所于2003年研制成功的高强高韧钢铁材料,在受到强大冲击载荷时,断裂路径通过多重脱层断裂方式,能做到“打断骨头连着筋”的增韧效果。系统介绍了控温大应变孔型轧制纤维细晶钢的制备流程,纤维状细小晶粒组织和纤维织构的形成机理,以及冲击过程中的裂纹扩展路径。阐明了孔型轧制过程中温度和压下量对纤维细晶钢组织和力学性能的影响规律,总结了其在冲击和拉伸过程的增韧方式,以及韧脆转变过程中所表现出的逆温度效应,这种多尺度组织和似“筷子折断”式断裂方式为金属材料的强韧化提供了理论基础和实验支撑。