与时俱进 建设世界一流材料研究实验室

经过20年的发展,国家重点实验室在科学研究、人才培养和对外开放方面取得了令人瞩目的成就,值此国家重点实验室建立20年之际,本刊特邀请国家科技部领导、国家重点实验室负责人就新形势下如何深化改革、创新机制、改进管理、拓宽研究方向、遴选吸纳高水平人才等内容进行研讨。

面向应用发展炭材料--记世界碳科学年度大会(Carbon2011)

世界碳科学年度大会（Carbon2011）于2011年7月24日-29日在华东理工大学校园内举行。这是我国继2002年之后第二次承办世界碳科学年度大会。本次会议由华东理工大学、上海理工大学和中国科学院山西煤炭化学研究所共同主办,并得到了教育部、中国科学院、国家自然科学基金委的大力支持。华东理工大学凌立成教授,

钨丝增强ZrAlNiCuSi块体非晶复合材料及其塑性行为

采用渗流铸造法制备出了钨丝增强ZrAlNiCuSi块体非晶复合材料,在压缩条件下复合材料表现出弹性-完全塑性的应力-应变行为,和未复合的大块非晶相比,总应变量提高600％以上.非晶复合材料塑性提高的原因是钨丝阻碍了非晶基体剪切带的滑移,诱发多个剪切带的产生,同时滑移的面积增大的结果.复合材料的破坏方式与钨丝体积分数有关,在体积分数小于40％时一般为剪切破坏,大于60％时为纵向劈裂破坏,介于（40-60）％之间时,在钨丝与界面结合良好的情况下,趋于剪切破坏,否则为劈裂的破坏方式.

SiC颗粒增强铝基梯度复合材料的制备与性能

采用粉末冶金法制备了SiC颗粒增强铝基梯度复合材料（FGMMC）,研究了该梯度复合材料的微观组织和力学性能,对 FGMMC的显微组织观察表明,由于铝基体熔合成一体,因此层间没有明显的界面,具有基体的连续性.尽管基体是连续的,但是当疲劳裂纹从高SiC含量层向低SiC含量层扩展时,在过渡区发生延滞现象.通过断口和裂纹扩展路径的分析解释了此延滞现象.

大尺寸各向同性热解炭材料的制备与表征

采用一种新的旋转基体稳态流化床沉积装置制备大尺寸的各向同性热解炭材料。利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和XRD对各向同性热解炭材料的微观结构进行了表征,并对其力学性能进行了测试。结果表明,改进后的旋转基体稳态流化床沉积工艺能够制备出大尺寸的各向同性热解炭材料。材料的结构均匀,气孔较少,主要由球形颗粒状碳结构组成,构成这种球形颗粒状碳结构的是乱层结构的石墨片层堆积体。各向同性热解炭与传统炭材料相比具有较高的杨氏模量、硬度和强度。

高密度电脉冲下材料微观结构的演变

几种粗晶材料经高密度电脉冲处理后,在材料内部形成了局域纳米结构,即冷轧α-Cu(Zn)中形成α—Cu(Zn)和β-(CuZn)纳米相;低碳钢中形成纳米尺寸的奥氏体;TiC/Ni(Cr)金属陶瓷中形成纳米尺寸的定向TiC;LC6超硬铝中形成纳米尺寸的α—Al.粗晶纳米化转变的机制可归于电脉冲下多种因素的竞争,包括高速加热、热应力、削减的热力学势垒和较大的电子冲击力等.另外,电脉冲处理后的黄铜和金属陶瓷中分别形成了许多低能的位错组态、大量的层错和孪晶.这类缺陷结构演变与电脉冲输入的电能、热能和应力有关.

添加多壁纳米碳管活性炭电极材料的电化学电容特性

在活性炭电极材料中,用多壁纳米碳管作导电添加剂替代传统的炭黑、石墨粉等可较大地改善电极材料的性能。当添加质量分数为5%的多壁纳米碳管时,活性炭电化学电容器的比电容量由添加同量炭黑的130 F/g增加到185 F/g,同时提高了活性炭电容器的频率响应性能。基于该研究结果试制出不同规格的添加多壁纳米碳管的活性炭电化学电容器样品,结果表明添加多壁纳米碳管的活性炭电极材料具有良好的电化学电容特性。

原位反应自发渗透法TiC/AZ91D镁基复合材料及AZ91D镁合金的拉伸变形与断裂行为

利用原位反应自发渗透技术合成了47.5%碳化钛TiC(体积分数,下同)增强AZ91D镁基复合材料,对比研究了该复合材料与铸态镁合金AZ91D基体的室温与高温拉伸变形行为,观察了拉伸断口微观组织形貌,并分析了这两种材料的断裂特征。结果表明,TiC/Mg复合材料具有良好的高温力学性能,在拉伸变形速率为0.001s-1以及温度为723K,时其拉伸强度可达91.1MPa,而此时相同变形条件下的铸态AZ91D镁合金拉伸断裂强度只有41.1MPa,增幅达120%;而在室温下,镁基复合材料的拉伸断裂强度仅高出基体铸态镁合金23.4%。镁基复合材料的断裂应变较低,高低温时均表现为脆性断裂;而镁合金则由室温下的脆性断裂向高温下的韧性断裂过渡。

金属材料表面纳米化的研究现状

概述金属材料表面纳米化研究的现状,包括表面纳米化的基本原理、制备方法、结构特征和功能特性,并对表面纳米化研究的发展进行展望。

用渗流铸造法制备Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)非晶复合材料

用渗流铸造法制备出以Zr55Al10Ni5Cu30合金为基体,以W丝束为增强相的大块非晶复合材料.采用X-射线衍射分析了基体的相组成,在扫描电镜（SEM）下观察了反应界面的形貌,利用电子探针研究了元素的迁移情况.通过改变渗流温度和时间,研究了W丝和基体间界面的作用过程.选择适当的渗流温度和时间,可以制备出长65mm直径4.3 mm的大块W丝束增强Zr55Al10Ni5Cu30非晶复合材料.在一定范围内提高渗流温度降低渗流时间或降低渗流温度延长渗流时间能得到同样的效果在渗流铸造前,液态金属的过热有利于提高基体的非晶形成能力,降低渗流铸造时产生的缺陷.

新型AgSnO_2触头材料的制备和电弧侵蚀特性

用高能球磨技术和热压烧结方法制备出新型AgSnO_2触头,XRD、光学显微镜和TEM分析表明,在该合金的微观组织中纳米SnO_2弥散分布于Ag晶粒内。与常规AgSnO_2In_2O_3触头相比,AgSnO_2触头的表面没有明显的液体喷溅和燃弧裂纹,呈现出比较好的耐电弧侵蚀特性。

单壁纳米碳管增强纳米铝基复合材料的制备

将用氢电弧法制备的单壁纳米碳管（SWNTs）提纯后与纳米Al粉体混合,在室温下冷压成型,再在260～480℃真空热压处理,制备出相对密度大于90％、SWNTs弥散分布于纳米A1基体中的单壁纳米碳管增强纳米铝复合材料.含量为2.5％（质量分数）的SWNTs对纳米A1基体的增强效果约为55％.SWNTs/纳米A1复合材料的硬度随热压温度的升高而增加,热压温度为380℃时硬度达到峰值2.21GPa,大约是粗晶A1的15倍,比同样温度热压出的纳米A1块体的硬度高36.4％.

铝基复合材料焊接的研究现状与展望

介绍了铝基复合材料几种典型的熔化焊、钎焊、固相焊接方法。从焊接的特点,所面临的问题等方面介绍了这几种焊接方法的研究进展,并重点介绍了目前最受关注的搅拌摩擦焊接技术在铝基复合材料中的研究进展。最后展望了这些焊接方法的发展前景。

单壁纳米碳管/纳米铝基复合材料的增强效果

用半连续氢电弧法和活性氢等离子蒸发法分别制备出单壁纳米碳管(SWNTs)和纳米Al粉体,然后用提纯后的SWNTs和纳米Al粉体制备出SWNTs含量(质量分数)分别为0、2.5％、5.0％、7.5％和10.0％的单壁纳米碳管/纳米铝基块体复合材料。SWNTs对高强度纳米Al基体具有显著的增强作用,当SWNTs含量小于5.0％时,材料的硬度随着SWNTs含量的提高线性上升。其中5％SWNTs和纳米Al的复合增强效果最好,其硬度可达2.89GPa,大约是粗晶Al(0.15GPa)的20倍。当SWNTs含量超过5.0％时,增强效果开始缓慢的下降。讨论了单壁纳米碳管增强纳米铝基复合材料的强化机制。

金属材料疲劳损伤的界面效应

总结了不同金属材料在低周疲劳过程中典型的晶界、孪晶界、相界和微电子互连界面的损伤开裂行为.纯Cu中疲劳裂纹萌生的难易顺序为:小角度晶界、驻留滑移带和大角度晶界.对于纯Cu与铜合金中退火孪晶界,是否萌生疲劳裂纹与合金成分有关,随合金元素的加入降低了层错能,退火孪晶界相对容易萌生疲劳裂纹.对于Cu-Ag二元合金,由于存在不同的晶界和相界面,是否萌生疲劳裂纹取决于界面两侧晶体的取向差,通常两侧取向差大的界面容易萌生疲劳裂纹.在微电子互连界面中,疲劳裂纹萌生位置与焊料成分和时效时间有关,对于Sn-Ag/Cu互连界面,疲劳裂纹通常沿焊料与界面化合物结合处萌生;对于Sn-Bi/Cu互连界面,随时效时间增加会出现明显的由于Bi元素偏聚造成的界面脆性.

高性能铝基复合材料的设计与加工技术

从铝基复合材料微观结构特征与性能关系角度,回顾了承载结构用典型铝基复合材料在体系设计、制备与成型加工研究方面的成果与进展,同时简要介绍了近期铝基复合材料为实现性能突破所开展的研究探索,最后根据铝基复合材料的发展历程与现有研究的特点对铝基复合材料今后的研究应用进行了展望。

空间材料的原子氧侵蚀理论和预测模型

低地轨道环境中的原子氧对航天器材料的侵蚀导致材料的性能变坏甚至失效,原子氧的侵蚀机理和防护技术是当前空间环境效应研究的热点。在对原子氧效应机理已有理解的基础上,准确预测空间材料在低地轨道环境中由原子氧引起的侵蚀效应,可对设计者在工程选材和飞行器设计提供帮助。本文综述了近年来发展的原子氧与空间材料相互作用的理论模型和侵蚀速率预测模型,并对各种模型进行了分析,也指出了关于原子氧效应的研究重点。

TiC/AZ91D镁基复合材料高温压缩变形行为

利用自发渗透原位合成法制备了不同体积分数的TiC增强AZ91D镁基复合材料,研究了不同压缩应变速率以及不 同变形温度下复合材料的热变形行为,计算分析了不同温度下应变速率敏感指数(m)和表观激活能(Q)与TiC含量的关系.结 果表明: TiC／AZ91D复合材料压缩流变应力随TiC含量的增加而升高; TiC含量相同时,流变应力随温度升高或初始应变 速率减小而降低. m值随变形温度升高而增大;变形温度以及压缩应变速率相同时. m值随TiC含量升高而增大. Q值依 赖于温度、应变速率和TiC含量及其分布,不同条件下其高温变形机制有所差异.

石墨烯/聚合物复合材料的研究进展及其应用前景

随着石墨烯低成本宏量制备技术的突破,石墨烯的工业化应用进程已引起人们广泛关注。本文介绍了石墨烯在聚合物基复合材料领域的研究进展,侧重阐述石墨烯/聚合物复合材料在力学增强、导电/导热网络构建、防腐阻燃等方面的代表性研究成果,同时对商业化石墨烯产品及其复合材料应用进行了简单评述,探讨了石墨烯/聚合物复合材料领域目前存在的主要问题及未来发展趋势。