金属基复合材料界面表征及其进展
颗粒增强金属基复合材料的研究现状及展望
第20卷第1期V o l.20N o.1 硬 质 合 金CE M EN T ED CA RB I D E2003年3月M ar.2003综合评述颗粒增强金属基复合材料的研究现状及展望王基才Ξ 尤显卿 郑玉春 程娟文(合肥工业大学材料学院,合肥,230009)摘 要 从材料的选择、制备技术和性能等方面对颗粒增强金属基复合材料的研究现状进行综合评述。
分析了颗粒增强金属基复合材料发展过程中存在的一些问题及改进措施,指出了颗粒增强金属基复合材料的几个重要发展方向:制备技术的改进、应用范围向特色应用领域的拓宽和再生回收的重视。
关键词 复合材料 碳化物粒子 制备技术 性能 生产应用1 引 言自1965年A Kelly,G J davies和D C ratch ley 等[1]首先总结和提出了金属基复合材料(M etal M atrix Com po sites,简称MM C s)的资料以来, MM C s就以其高的比强度、比刚度及良好的热稳定性、耐磨性、尺寸稳定性及成分可设等优点[2-4]吸引了各国学者和科研人员的关注,成为材料研究和开发的热点。
按增强体的形式MM C s可分为连续纤维增强、短纤维或晶须增强、颗粒增强等。
由于连续纤维增强的MM C s必须先制成复合丝,工艺成本高而复杂,因此其应用范围有很大的局限性,只应用于少数有特殊性能要求的零件。
颗粒增强金属基复合材料(Particu late R einfo rced M etal M atrix Com po sites,简称PRMM C)是将陶瓷颗粒增强相外加或自生进入金属基体中得到兼有金属优点(韧性和塑性)和增强颗粒优点(高硬度和高模量)的复合材料。
PRMM C具有增强体成本低,微观结构均匀,材料各向同性,可采用热压、热轧等传统金属加工工艺进行加工等优点[5-8],因而与纤维增强、晶须增强金属基复合材料相比倍受关注[9-10]。
2 PRMM C材料的选择基体材料是MM C s的主要组成部分,起着固结增强相、传递和承受各种载荷(力、热、电)的作用。
金属基复合材料界面
金属基复合材料界面金属基复合材料界面是指由金属基体和其他材料相互作用形成的界面。
金属基复合材料是一种重要的结构材料，在航天、航空、汽车制造等领域发挥着重要作用。
而界面则是金属基复合材料性能的关键因素之一，影响着材料的力学性能、热学性能、电学性能等。
金属基复合材料界面的特点主要包括界面强度、界面形态以及界面反应等。
首先，界面强度是指金属基复合材料界面的抗剪强度，决定了材料的强度和韧性。
界面形态则是指金属基复合材料界面的结构形貌，包括界面的平整度、均匀度等。
最后，界面反应是指金属基复合材料界面处发生的化学反应，影响着材料的稳定性和使用寿命。
金属基复合材料界面的研究主要包括界面强度的测试方法以及界面的表征技术。
一般来说，界面强度可以通过剪切测试、拉伸测试等方法进行测量。
剪切测试是将金属基复合材料的界面置于剪切载荷下，通过测量界面之间的滑动距离和加载力来计算界面的剪切强度。
拉伸测试则是将金属基复合材料的界面置于拉伸载荷下，通过测量界面的断裂强度和断裂面积来计算界面的拉伸强度。
界面的表征技术主要包括电子显微镜观察和X射线衍射分析等。
电子显微镜观察可用于观察金属基复合材料界面的形貌和结构特征，如界面的平整度、均匀度以及异质相等。
X射线衍射分析则可以用于分析界面处的晶体结构和相变行为，从而揭示界面反应的机制和影响因素。
金属基复合材料界面的性能调控主要包括三个方面，即界面结构调控、界面化学调控以及界面力学调控。
界面结构调控主要是通过改变复合材料的结构和工艺参数来调控界面的形貌和结构特征，从而改善界面的强度和稳定性。
界面化学调控则是通过引入中间相或质量扩散来调控界面的化学反应，从而提高界面的稳定性和抗氧化性能。
界面力学调控主要是通过改变金属基复合材料的力学性能来调控界面的剪切强度和散射行为，从而提高界面的强度和韧性。
总之，金属基复合材料界面是一种关键的材料界面，影响着金属基复合材料的力学和热学性能。
了解金属基复合材料界面的特点和性能调控方法，对于开发高性能金属基复合材料具有重要意义。
第六章复合材料表界面的分析表征
41
不同处理碳纤维增强复合材料冲击 载荷与冲击时间的对应关系
A. 接枝聚丙烯酰胺碳纤维; B. 接枝聚丙烯 酸碳纤维; C. 氧等离子处理碳纤维; D. 未 处理碳纤维
氧等离子处理（曲线C）碳纤维 复合丝试样的冲击载荷曲线主 要弹性承载能U1差不多比未处 理者增加近3倍，表明基体变形 更大，也有更多的纤维发生形 变。相反塑性承载能U2却小到 可略视的地步，几乎没有什么 纤维拔出和与基体的脱粘，充 分表明了强结合的界面特征。
25
碳纤维表面官能团的分析
还原剂，消除自由基，证明等 离子处理产生的大部分是游离
基，不是酚羟基
图6-25 等离子处理时间对自由基浓度的影响
在等离子处理初期，自由基浓度迅速增加，处 理5分钟后，自由基浓度增加渐趋平缓。
27
图6-26 UHMWPE纤维表面活性的衰减
经等离子处理后的UHMWPE纤维暴露在空气中，表 面自由基的浓度随时间而衰减，表面活性在逐渐减小
36
6.4.2 复合材料界面的动态力学分析
a-接枝玻纤 b-未接枝玻纤 涂敷聚苯乙烯树脂的玻璃纤维辫子的动态
力学扭辫曲线
曲线b在92℃处出现一个 尖锐的聚苯乙烯玻璃化转变 损耗峰，而曲线a上，在聚 苯乙烯玻璃化转变损耗峰高 温一侧还有一个小峰，一般 称为α’峰，也叫做界面峰。
界面粘结强，则试样承 受周期负荷时界面的能力损 耗大，α’峰越明显。
复合材料界面受到因 热膨胀系数不同引起 的热残余应力。热残 余应力的大小正比于 两者的热膨胀系数之 差Δα和温差ΔT， 也与基体和纤维的模 量有关。
29
❖ 6.4 界面力学性能的分析表征
难熔金属基复合材料的研究进展
难熔金属基复合材料的研究进展难熔金属基复合材料是一种具有卓越性能和广泛应用潜力的材料。
它由高熔点金属基体和分散相组成，具有高温强度、耐腐蚀性、耐磨损性和导电性等优点。
难熔金属基复合材料的研究已经取得了显著的进展，并在航空航天、能源、汽车和冶金等领域得到广泛应用。
难熔金属基复合材料的研究主要涉及材料的制备技术、性能优化和应用研究。
目前，常用的制备技术包括粉末冶金、熔融混合、机械合金化和表面改性等方法。
其中，粉末冶金是一种常用的制备难熔金属基复合材料的方法。
通过粉末冶金技术可以得到具有均匀分散相的复合材料，从而提高材料的力学性能和耐热性能。
难熔金属基复合材料的性能优化主要通过合金化和微结构控制实现。
通过合金化可以改变金属基体的组成，调整材料的力学性能和导热性能。
通过微结构控制可以调控分散相的尺寸、形状和分布，进一步提高材料的力学性能和耐热性能。
此外，难熔金属基复合材料的表面改性也是一种常用的性能优化手段。
通过在金属基体的表面引入功能性涂层，可以提高材料的表面硬度、耐磨损性和耐腐蚀性。
难熔金属基复合材料在航空航天领域具有广泛的应用前景。
在航空发动机中，难熔金属基复合材料可以作为高温结构材料使用，用于制造涡轮叶片、燃烧室和燃气轮机等部件。
难熔金属基复合材料具有出色的高温强度和耐热性能，可以提高发动机的工作效率和可靠性。
此外，在航天航空热保护系统中，难熔金属基复合材料也可以作为热隔断材料使用，有效减少空气动力热、压力热和辐射热对航天器的影响。
在能源领域，难熔金属基复合材料可以用于制造高温燃料电池和核能反应堆等设备。
难熔金属基复合材料具有优异的导电性能和耐腐蚀性，可以提高燃料电池和核能反应堆的运行效率和安全性。
此外，难熔金属基复合材料还可以用于制造高温储能设备，用于储存太阳能和风能等可再生能源。
在汽车领域，难熔金属基复合材料可以用于制造发动机和制动系统等关键部件。
难熔金属基复合材料具有出色的耐磨损性和耐高温性能，可以提高发动机和制动系统的性能和寿命。
金属基复合材料的发展趋势
金属基复合材料的发展趋势金属基复合材料是一种将金属基体与其他增强材料（如纤维、颗粒等）组合在一起制成的新型材料。
它具有金属材料的优良性能，如高强度、高刚度、耐磨性等，并且能够通过引入增强材料来改善其综合性能。
随着工业技术的发展和应用的不断扩大，金属基复合材料的发展趋势主要表现在以下几个方面：1. 材料的多元化发展：金属基复合材料不仅可以使用不同种类的金属作为基体材料，还可以结合多种不同类型的增强材料，如纤维、颗粒等。
随着技术的进步，人们对于材料的性能要求越来越高，因此金属基复合材料的开发可望得到更大的关注和广泛的应用。
未来，金属基复合材料将进一步向高性能、高温、高强度等方向发展。
2. 制备工艺的改进：金属基复合材料的制备工艺对其性能起着重要的影响。
未来，人们将继续改进金属基复合材料的制备工艺，以提高材料的可塑性、成型性和耐高温性能。
例如，采用先进的热处理工艺、粉末冶金、熔融铸造等方法将有助于制备出更加优质的金属基复合材料。
3. 结构设计的优化：金属基复合材料的性能不仅与材料本身的性能有关，还与其结构设计密切相关。
通过合理的结构设计，可以优化材料的机械性能、热性能和耐腐蚀性能。
未来，人们将通过模拟分析和先进的设计方法，针对不同应用领域开发出更加优化的金属基复合材料结构。
4. 新型增强材料的研究：金属基复合材料在增强材料的选择上有很大的灵活性。
未来，人们将继续寻找新型的增强材料，并研究其与金属基体的相容性和增强效果。
例如，纳米材料、陶瓷颗粒等新型增强材料的引入，将进一步提高金属基复合材料的性能。
5. 应用领域的扩大：金属基复合材料由于其优异的性能，在航空航天、汽车制造、机械制造等领域得到了广泛应用。
未来，随着技术的发展和应用需求的不断增加，金属基复合材料将在更多领域得到应用。
尤其是在新能源、环保、生物医学等领域，金属基复合材料的应用前景将更加广阔。
总之，随着工业技术的不断发展，金属基复合材料将继续取得重大进展。
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展
石墨烯增强铝基复合材料的研究进展【摘要】石墨烯是一种具有优异性能的纳米材料，在铝基复合材料中的应用备受关注。
本文综述了石墨烯增强铝基复合材料的研究进展。
首先介绍了石墨烯在复合材料中的应用优势，然后详细探讨了石墨烯对铝基复合材料性能的影响、制备方法及工艺优化、性能测试及表征分析以及石墨烯分散度和界面相容性研究。
接着讨论了石墨烯增强铝基复合材料的应用领域拓展及展望。
最后总结了石墨烯增强铝基复合材料的发展趋势，提出了未来研究方向，并强调了其重要性及意义。
研究表明，石墨烯对铝基复合材料性能的提升具有重要价值，未来有望在航空航天、汽车制造等领域得到广泛应用。
【关键词】石墨烯增强铝基复合材料，研究进展，性能影响，制备方法，工艺优化，性能测试，表征分析，分散度，界面相容性，应用领域，发展趋势，未来研究方向，重要性，意义。
1. 引言1.1 石墨烯增强铝基复合材料的研究背景石墨烯增强铝基复合材料是一种新型的复合材料，具有在轻量化、强度、硬度、导电性和导热性方面优秀的性能，引起了广泛的研究兴趣。
铝是一种轻质、耐腐蚀的金属材料，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
铝的力学性能相对较低，容易发生塑性变形和疲劳破坏，限制了其应用范围。
1.2 石墨烯在复合材料中的应用优势1. 高强度：石墨烯具有出色的机械性能，是世界上最强硬的材料之一，比钢强度还高。
将其添加到铝基复合材料中可以显著提高复合材料的强度和硬度。
2. 轻质：石墨烯的密度极低，仅为铝的0.77%，因此可以有效降低复合材料的密度，使其更轻便。
3. 良好的导热性和导电性：石墨烯具有优异的导热和导电性能，可以改善复合材料的导热和导电性能，提高其传热和传电效率。
4. 耐腐蚀性：石墨烯具有优秀的耐腐蚀性，可以有效延长复合材料的使用寿命。
综合以上优势，石墨烯在铝基复合材料中的应用具有巨大的潜力，可以为各个领域提供更高性能的材料解决方案。
2. 正文2.1 石墨烯对铝基复合材料性能的影响石墨烯具有优异的导热性和导电性，能够有效提高铝基复合材料的导热性和导电性能。
金属基复合材料的界面结合性能研究
金属基复合材料的界面结合性能研究随着科技进步和工业发展，金属基复合材料在各个领域得到了广泛应用。
金属基复合材料由金属基体和增强相组成，通过界面结合强化材料和基体的相互作用，增强了材料的性能。
然而，界面结合性能对于金属基复合材料的整体性能有着重要影响。
本文将探讨金属基复合材料的界面结合性能以及相关研究进展。
首先，界面结合性能是金属基复合材料的重要性能之一。
金属基复合材料的界面结合强度和界面结合能力决定了材料的力学性能、疲劳性能和耐蚀性能等。
好的界面结合性能可以增强材料的强度和韧性，提高材料的负荷承受能力。
因此，研究金属基复合材料的界面结合性能对于提高材料的性能至关重要。
其次，当前金属基复合材料的界面结合性能研究主要集中在几个方面。
首先是材料选择。
在金属基复合材料的界面结合性能研究中，选择合适的金属基体和增强相材料非常重要。
科学家通过研究不同材料的界面结合性能，选择最佳的组合，以提高金属基复合材料的性能。
其次是界面处理。
通过表面处理、化学修饰等方式改善金属基复合材料的界面结合性能，使得界面结合更加牢固。
最后是界面结合机理研究。
通过实验和模拟方法，科学家们深入研究了金属基复合材料界面结合机理的基本原理，为材料的设计和改进提供了理论指导。
此外，金属基复合材料的界面结合性能研究还有一些挑战和难点。
首先是实验方法的选择。
由于界面结合性能的研究需要对界面进行精确的测试和分析，科学家们需要选择合适的实验方法和设备以获得可靠的数据。
其次是界面结合性能与材料性能的相互影响。
界面结合性能的改变可能会影响材料的力学性能、疲劳性能等，因此需要综合考虑界面结合性能和材料性能之间的关系。
最后是界面结合性能的模拟和预测。
由于金属基复合材料的界面结合机理复杂，准确地预测和模拟界面结合性能仍然是一个挑战。
综上所述，金属基复合材料的界面结合性能研究是一个重要而有挑战性的领域。
通过选择合适的材料、优化界面处理方法以及深入研究界面结合机理，可以提高金属基复合材料的性能。
MMC4-复合材料的界面
交换反应结合 混合结合
上述几种结合方式的组合
动力学相容 —— 界面反应动力学
增强物与基体相互作用的数量、速度、反应产物的数量和形态 扩散是界面反应动力学中的主要现象和速度控制过程。
1. 基体与增强物之间不生成化合物，只生成固溶体
这种情况并不导致复合材料性能的急剧降低，主要的危险是 增强物的溶解消耗。
凝固技术国家重点实验室
第四讲 金属基复合材料的界面
界面的基本概念 界面的物理化学特性 界面反应 界面力学与变形、断裂 界面表征
2006-8-2
MMC的重点
一、界面的基本概念
复合材料是由两种或两种以上物理和化学性能不同的材料成的 新型材料，那么必然存在异种材料的接触面——界面。 在金属基复合材料中往往由于基体与增强物发生相互作用、生 成化合物，基体与增强物的互扩散、形成扩散层，增强物的表 面预处理涂层，使界面的形状、尺寸、成分、结构等变得非常 复杂。
SiC纤维沿深度方向元素分布
SiC中的C SiC中的Si 氧 游离的C
主元素C和Si在表面层含量 较少，而杂质富集
CVD法沉积C层的SiC纤维
SiO2中的Si
SiC中的C SiC中的Si 氧 SiO2中的Si 溅射了Mo的SiC纤维 游离的C
由于基体和增强物的膨胀系数的不匹配、弹性性能的差别，金 属基复合材料在制造和加工过程中，在界面上产生残余应力， 此残余应力往往超过、甚至大大超过基体的屈服强度，致使界 面附近的基体的微观结构及性能发生明显变化，对复合材料的 宏观力学性能产生严重影响。
或
界面反应的控制
界面反应不足或过量都不利，反应不足材料强度低，过量则脆化
1. 增进结合
—— 控制
石墨纤维及氧化物作增强材料时，因与多数基体不能很好润湿，界 面结合强度低，很难完成传递载荷的任务。因此必须在不损伤纤维 的条件下改善基体对它们的润湿性，使得发生反应形成界面，并保 证界面的结合强度。改进润湿的主要方法是涂层。 在石墨纤维上用真空喷涂法涂上一层铝，再进行退火处理。低于 500°C时，Al与C几乎不起作用； 600°C形成少量Al4C3，强度 开始提高。
金属基复合材料简介及研究现状
3D打印技术
02
利用3D打印技术，实现金属基复合材料的定制化、高效制造
。
多尺度复合技术
03
发展多尺度复合技术，实现金属基复合材料的多层次结构设计
。
05
结论与展望
研究成果总结
金属基复合材料的制备技术得到改进，包括粉末冶金法、喷射沉积法、机械合金 化法等复合材料的应用领域不断扩大，涉及到能源、环保、医疗、航空航天等领 域，且在各个领域中都有显著的应用成果。
02
金属基复合材料的性能与 特点
力学性能
01
02
03
强度与硬度
金属基复合材料具有较高 的强度和硬度，能够承受 较大的应力和压力。
韧性
金属基复合材料的韧性比 金属单质更强，能够吸收 更多的能量，抵抗冲击和 振动。
疲劳性能
金属基复合材料的疲劳性 能较好，能够在反复应力 作用下保持稳定的性能。
物理性能
由于金属基复合材料具有高强度、高刚性和 轻质等优点，因此在航空航天领域得到广泛 应用，如飞机结构件、卫星部件等。
金属基复合材料在汽车工业中也有广泛应用 ，如汽车发动机部件、变速器齿轮等。
能源领域
生物医学领域
金属基复合材料在能源领域也有广泛应用， 如太阳能电池板支架、核反应堆结构件等。
金属基复合材料在生物医学领域也有广泛应 用，如人工关节、牙科种植体等。
扩散法
将增强体和金属基体在高温下进行扩散处理，使两者相互 渗透、结合，形成复合材料。该方法适用于制备连续或非 连续增强金属基复合材料。
喷射沉积法
将增强体和金属熔体通过喷射、雾化等方法制备成复合材 料。该方法适用于制备连续或非连续增强金属基复合材料 。
金属基复合材料的应用领域
第6章-2 金属基复合材料的界面及其表征
6.2.6.2 界面对金属基复合材料力学性能的影响
界面结合强度对复合材料 的冲击性能影响较大。纤维 从基体中拔出，纤维与基体 脱粘后，不同位移造成的相 对摩擦都会吸收冲击能量， 并且界面结合还影响纤维和 基体的变形能力。
三种复合材料的典型冲击载荷－ 时间关系曲线
1－弱界面结合 2－适中界面结合 3－强界面结合
1
界面组成及成分变化
2
界面区的位错分布
3
界面强度的表征
4
界面残余应力的测定
5 界面结构的高分辨观察及其原子模拟
10
6.3.1 界面组成及成分变化
确定界面上有无新相形成是界面表征的主要内容之一。新相可能是 增强体与基体通过扩散反应而在界面处形成的新相, 也可能是基体组 元与相界处杂质元素反应在界面处优先形核而成为新相。 一般情况下常用明场像或暗场像对界面附近区域形貌进行观察, 通 过选区衍射和X射线能谱进行微区结构和成分分析。 当析出物十分细小时, 可采用微衍射和电子能量损失谱来分析其结 构和成分, 电子能量损失谱尤其适合于对C、O等轻元素的分析。可 以准确判知界面析出物的结构、成分和形貌特征。
1、金属基复合材料界面可分成哪些类型？请分别举 例说明不同类型界面的特征。 2、金属基复合材料的界面结合有哪几种？什么样的 界面结合对力学性能更有利？
3
6.2.6 界面对性能的影响
不同类型和用途的金属基复合材料界面的作用和最佳界面结构 性能有很大差别。
纤维增强脆性基体复合材料的微观断裂模型 （a）纤维“桥接” （b）裂纹穿过纤维造成脆断
11
挤压铸造Al18B4O33w /Al-2.5%Mg 复合材料界面 TEM 照片
4Al18B4O33+33Mg = 33MgAl2O4+6Al+16B
07310450+金属基复合材料
金属基复合材料Metal Matrix Composites07310450 230(其中：讲课学时： 30 实验学时： 0 上机学时：) 金属学及热处理、现代材料测试技术 复合材料与工程、材料成型与控制工程、金属材料工程、冶金工程 教 材：《金属基复合材料》 ，赵玉涛、戴起勋、陈刚主编，机械工业出版社， 2007年 8 月第 1 版开课学院： 材料科学与工程学院 一、 课程的性质与任务 :《金属基复合材料》课程是材料复合材料相关专业教学计划中的专业课，要求学 生完成学习《金属学及热处理》 、《现代材料测试技术》等课程的基础上，以及进行 了认识实习，有一定的生产实际知识的基础上讲授。
本课程的任务是：1、掌握金属基复合材料的定义、分类、设计、制备、性能及应用等方面的基本知识 和理论2、掌握金属基复合材料的成型工艺和设备二、 课程的基本内容及要求 第一章 绪论1、教学内容(1) 复合材料定义与分类 (2) 金属基复合材料概述 (3) 金属基复合材料的性能特点 2、基本要求了解金属基复合材料的概念、定义、性能特点及发展趋势。
掌握金属基复 合材料的基本特征、类型及应用领域和发展前景。
3、重难点 金属基复合材料的基本特征、类型及应用领域和发展前景。
第二章 增强体材料1、教学内容 (1) 增强体的分类(2) 纤维类增强体：种类、性能、制备方法及应用 (3) 晶须及颗粒类增强体：种类、性能、制备方法及应用课程编号 ： 学 分： 学 时： 先修课程： 适用专业 :(4) 金属丝：种类、性能、制备方法及应用2、基本要求 了解增强体的种类、制备方法及应用领域。
掌握根据使用工况和成本因素设 计选择适当的增强体。
3、重难点 根据使用工况和成本因素设计选择适当的增强体。
第三章 金属基复合材料的设计1、教学内容(1) 金属基复合材料设计的基本原则(2) 基体材料选择：基体的作用、选择的原则、分类(3) 增强体材料选择：长纤维、短纤维、晶须、颗粒等增强体的特性、类型、 制备方法及其作用2、基本要求 了解金属基复合复合材料的基本组成(基体、增强体)及各自的特点和功能， 掌握金属基复合材料的设计原则和方法，掌握根据使用工况选择性能与价格比合理 的基体和增强体。
复合材料界面研究进展
得分：南京林业大学研究生课程论文2012〜2013学年第二学期课程号：73301课程名称：材料表面与界面论文题目：复合材料界面研究进展学科专业：材料表面与界面学号：3120163姓名：张欢任课教师：罗振扬二O-三年四月复合材料界面研究进展摘要本文在复合材料界面研究现状的基础上，着重介绍了复合材料的界面控制、界面表征及界面微观力学方面的研究，对比国内研究现状并阐述了国外最新进展。
关键词复合材料界面控制研究界面表征界及面微观力学研究进展1引言界面是复合材料极为重要的微结构，它作为增强纤维与基体连接的“扭带”对复合材料的物理、化学及力学性能有着至关重要的影响。
材料各个层次的结构确定了其存在的形式，从而确定了材料在一外界条件下的表现，也就确定了它的性能°。
许多国家相继展开了界微面区的研究和优化设计（界面工程）以充分挖掘复合材料的潜力（图1），制得综合性能更加优异的复合材料。
国际上已专门就复合材料界面问题召开过四次国际性会议（ICCI）,国内也召开过三届全国性的界面工程研讨会，足见人们对于复合材料界面重视程度。
随着对界面认识的不断深入，发现复合材料界面是在热、化学及力学等环境下形成的体系，具有极为复杂的结构岡。
例如纤维增强复合材料界面通常包括①与增强纤维本体能不同的纤维表面过渡区，②具有一定形貌及化学特性的纤维表面层，③纤维表面吸附层，④纤维表面上浆剂或涂层，⑤与本体基体性能不同的基体表面过渡区等众多层次。
因此以上某一层次发生变化都将导致复合材料性能的改变，所以国内外学者围绕表征、改善界面的结构及性能以及探求界面微观结构及性能与复合材料综合性能的联系等方面进行了大量的研究工作。
2界面研究方法2.1 浸润性及表面张力的测定大量的事实表明欲使纤维与树脂得到较好的粘合强度，首先要求二者有比较好的浸润性，这个浸润性大小通过接触角测定仪，测定树脂在纤维上的浸润角大小来表征。
如果接触角等于零则为完全浸润，树脂在纤维表面上能自动扩展而来，这种情况粘合强度高，所得的复合材料性能就好。
金属基复合材料的制备与性能表征
金属基复合材料的制备与性能表征近年来，金属基复合材料因其独特的性能和广泛的应用领域引起了广泛的关注。
金属基复合材料是由金属基体和嵌入其中的非金属相组成的材料，具有较高的强度、刚度和热稳定性，同时也保持了金属材料的导电性和导热性。
在制备过程中，金属基复合材料需要考虑多种因素，如复合界面的粘结强度、相互作用力以及成分和结构等。
同时，在性能表征过程中也需要选择适当的测试方法来评估其力学性能、热学性能和耐腐蚀性能。
一、金属基复合材料的制备方法金属基复合材料的制备方法多种多样，常见的包括粉末冶金法、溶液浸渗法和机械合金化法等。
粉末冶金法是一种常用且效果较好的制备方法，首先将金属粉末和非金属相混合，然后通过高温烧结或热压制备成坯体，最后进行热处理得到最终的金属基复合材料。
溶液浸渗法则是通过将非金属相浸渗到金属基体中，再进行热处理来制备金属基复合材料。
机械合金化法则是通过机械力和热力将金属和非金属相混合，在高温下进行球磨和热处理，最终得到金属基复合材料。
二、金属基复合材料的性能表征方法金属基复合材料的性能表征主要包括力学性能、热学性能和耐腐蚀性能的测试。
对于力学性能的表征，常见的测试方法有拉伸试验、压缩试验和硬度测试等。
拉伸试验能够评估材料的强度和延展性，而压缩试验则能够评估材料的抗压能力。
硬度测试是通过在材料表面施加一定的载荷来评估其硬度，从而间接反映材料的强度。
热学性能的表征主要包括热膨胀性和导热性的测试。
热膨胀性是指材料在升温时的膨胀程度，一般通过热膨胀系数来表征。
导热性是指材料传导热量的能力，常见的测试方法有热导率测试和热扩散测试。
耐腐蚀性能的表征主要是通过腐蚀试验来评估材料的抗腐蚀能力。
腐蚀试验可分为自腐蚀试验和电化学腐蚀试验两种。
自腐蚀试验是将材料暴露在特定环境中，观察其腐蚀情况。
电化学腐蚀试验则是通过在材料表面施加一定的电位和电流来模拟实际腐蚀环境，从而评估材料的腐蚀行为。
三、金属基复合材料的应用领域金属基复合材料由于其优异的性能，在多个领域具有广泛的应用前景。
金属基复合材料的界面微观结构与力学性能研究
金属基复合材料的界面微观结构与力学性能研究金属基复合材料由金属基体和强化相组成，具有优异的力学性能和良好的工程应用前景。
在金属基复合材料的力学性能中，复合界面的微观结构起着关键作用。
本文将探讨金属基复合材料的界面微观结构与力学性能的研究。
1. 金属基复合材料的界面结构金属基复合材料的界面结构是指金属基体与强化相之间的结构特征。
界面的微观结构决定了力学性能的优劣。
其中，界面的结晶度、化学成分均会影响力学性能。
以铝基复合材料为例，硅化物在金属基体中的分布方式、界面的结晶度以及界面的塑性变形等因素均对力学性能有着重要影响。
2. 界面结构与材料强度的关系界面结构对材料的强度具有重要影响。
研究表明，界面结晶度高、接触面积大的复合材料具有更高的强度。
这是因为结晶度高的界面可以有效抑制裂纹扩展，提高材料的抗拉强度。
另外，界面的接触面积大可以增加原子间的相互作用力，从而增加材料的韧性。
3. 界面结构与材料的塑性变形能力除了影响材料的强度外，界面结构还会对材料的塑性变形能力产生影响。
界面能够阻止晶体滑移，从而抑制材料的塑性变形。
如果界面结晶度低，会导致界面的塑性变形更易发生，从而影响材料的韧性和延展性。
因此，界面的结晶度对于金属基复合材料的塑性变形能力具有重要意义。
4. 界面结构与疲劳性能的关系疲劳性能是金属基复合材料工程应用中需要考虑的重要因素。
界面结构对材料的疲劳性能影响较大。
较为均匀的界面分布可以有效地抑制裂纹扩展，提高材料的疲劳寿命。
此外，良好的界面结晶度有助于维持材料的结构完整性，从而提高疲劳性能。
综上所述，金属基复合材料的界面微观结构与力学性能有着密切的关系。
界面结构的优化可以提高材料的强度、塑性变形能力和疲劳性能。
在今后的研究中，应重点关注界面结构的调控与优化，以进一步提高金属基复合材料的力学性能。
金属基复合材料的研究进展与应用前景
金属基复合材料的研究进展与应用前景金属基复合材料是一种具有金属基体和强化相的材料，能够综合发挥金属的优良性能和强化相的增强效果。
近年来，金属基复合材料得到了广泛的研究和应用，其研究进展和应用前景也备受关注。
本文将综述金属基复合材料的研究进展和应用前景。
一、金属基复合材料的研究进展1. 强化相的选择和设计强化相是金属基复合材料中起到增强作用的材料，通常是颗粒、纤维或片状结构。
近年来，随着纳米材料的研究和发展，纳米颗粒和纳米纤维作为强化相的应用逐渐成为研究的热点。
纳米颗粒和纳米纤维具有较大的比表面积和较好的强度，可以显著提高金属基复合材料的力学性能和热学性能。
2. 制备技术的改进金属基复合材料的制备技术对于材料性能具有决定性影响，近年来研究者们在制备技术方面进行了大量的改进。
传统的制备技术包括粉末冶金、熔融法和电化学沉积法等，这些方法能够制备金属基复合材料，但是制备工艺复杂、成本高。
近年来，研究者们开始探索新的制备技术，如激光熔融沉积、电子束熔凝等，这些新的制备技术具有制备精度高和能耗低的优点。
3. 性能测试与评价金属基复合材料的性能测试和评价是研究中的重要环节，目前主要包括力学性能测试、热学性能测试和耐腐蚀性能测试等方面。
力学性能测试包括拉伸性能、硬度、韧性等方面的测试，热学性能测试包括热膨胀系数、导热系数等方面的测试，耐腐蚀性能测试包括盐雾试验、腐蚀电位测试等方面的测试。
通过对金属基复合材料的性能测试和评价，能够了解材料的力学性能和热学性能，为进一步研究和应用提供依据。
二、金属基复合材料的应用前景1. 航空航天领域金属基复合材料具有高强度、高温稳定性和低密度等优点，能够满足航空航天领域对材料高性能的需求。
金属基复合材料在飞机、火箭、导弹等航空航天装备的结构材料中有广泛的应用前景。
例如，金属基复合材料可以用于飞机结构的轻量化设计，提高飞机的燃油效率和载重能力，同时保证结构的强度和刚度。
2. 汽车制造领域汽车制造领域也是金属基复合材料的应用领域之一。
陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法及研究进展
陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法及研究进展陶瓷颗粒增强金属基复合材料是一种具有优异性能和广泛应用前景的新型材料。
它通过在金属基体中添加陶瓷颗粒来增强材料的硬度、强度和耐磨性，同时保持金属基体的良好导电性和导热性能。
本文将介绍陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法以及在研究中取得的一些进展。
制备陶瓷颗粒增强金属基复合材料的方法主要有粉末冶金法、溶液浸渗法、电沉积法、电子束熔化沉积法等。
其中粉末冶金法是最常用的制备方法之一。
该方法将金属粉末和陶瓷颗粒混合后进行压制成型，再通过烧结或熔化处理将其获得一定形状的复合材料。
溶液浸渗法是将金属基体浸渍在含有陶瓷颗粒的溶液中，通过溶液中陶瓷颗粒的沉淀在金属基体上形成复合材料。
电沉积法是在金属基体表面通过电极或电解质中的陶瓷颗粒进行沉积。
电子束熔化沉积法是将金属粉末和陶瓷粉末进行混合后，通过电子束熔化沉积在金属基体上形成复合材料。
以上方法各有优劣，研究人员可以根据需要选择适合的方法进行制备。
陶瓷颗粒增强金属基复合材料在材料科学领域中有着广泛的应用。
钛基复合材料在航空航天、汽车制造和医疗器械等领域中有着重要的应用，陶瓷颗粒的添加可以提高材料的硬度和强度，增加材料的耐磨性和耐腐蚀性。
陶瓷颗粒增强金属基复合材料还可以用于制备高温结构材料，例如钨铁合金和钨铜合金等。
在陶瓷颗粒增强金属基复合材料的研究中，主要关注材料的成分设计、制备工艺和性能表征等方面。
研究人员通过优化金属基体和陶瓷颗粒的配比、粒度和分布等参数来调控材料的力学性能和热物理性能。
研究人员还对材料的界面结构和界面相互作用进行了深入的研究，以提高材料的界面连接强度和阻尼性能。
通过这些研究工作，陶瓷颗粒增强金属基复合材料的性能得到了显著的改善，为其在工程实践中的应用提供了有力支持。
陶瓷颗粒增强金属基复合材料具有广泛的应用前景，其制备方法和研究进展一直是材料科学领域的研究热点。
随着研究工作的不断深入，相信陶瓷颗粒增强金属基复合材料将在各个领域中展现出更大的潜力和价值。
复合材料的界面力学与应用研究进展
复合材料的界面力学与应用研究进展在现代材料科学的广阔领域中，复合材料以其卓越的性能和广泛的应用潜力脱颖而出。
而复合材料的界面力学，作为理解和优化复合材料性能的关键因素，一直是研究的热点和重点。
复合材料由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的材料组成，通过特定的工艺结合在一起，从而实现性能的互补和协同。
然而，这些不同材料之间的界面区域，其力学行为和性能对整个复合材料的性能起着至关重要的作用。
从微观角度来看，复合材料的界面是一个复杂的过渡区域，其结构和化学组成与组成材料有所不同。
在这个界面区域，存在着原子和分子层面的相互作用，如化学键合、物理吸附和机械嵌合等。
这些相互作用决定了界面的强度、韧性和稳定性。
界面力学性能的研究方法多种多样。
其中，实验研究是获取直接数据的重要手段。
通过拉伸、剪切、疲劳等实验，可以测定界面的结合强度、断裂韧性等关键参数。
例如，微拉伸实验可以在微米尺度上对复合材料的界面进行力学性能测试，为深入理解界面行为提供了微观层面的信息。
同时，数值模拟方法在界面力学研究中也发挥着越来越重要的作用。
有限元分析、分子动力学模拟等技术能够模拟复合材料界面在不同载荷条件下的应力分布、变形和破坏过程，为设计和优化复合材料提供理论依据。
在应用方面，复合材料的界面力学研究在航空航天领域取得了显著的成果。
飞机的结构件，如机翼和机身，需要具备高强度、高韧性和轻量化的特点。
通过优化复合材料的界面性能，可以提高飞机结构的可靠性和耐久性，降低整体重量，从而提高燃油效率和飞行性能。
汽车工业也是复合材料应用的重要领域。
在汽车制造中，使用复合材料可以减轻车身重量，提高燃油经济性和车辆性能。
而对界面力学的深入研究有助于开发出更耐用、更安全的汽车零部件。
能源领域同样受益于复合材料的界面力学研究。
例如，风力发电叶片通常采用复合材料制造，优化界面性能可以提高叶片的抗疲劳性能和使用寿命，降低维护成本。
然而，复合材料的界面力学研究仍面临一些挑战。
金属基复合材料的研究历程
金属基复合材料的研究历程
金属基复合材料是利用金属基体与其他材料（例如陶瓷、碳纤维等）的混合加工来制
备的一种新型材料。
其具有高强度、耐磨损、耐高温、抗腐蚀等特点，得到了广泛的应用。
以下是金属基复合材料的研究历程：
20世纪50年代，金属基复合材料在概念上首次被提出。
当时的研究主要集中在金属
基复合材料的制备方法研究上，主要使用的是物理加工方法（如热压、热爆粉等）和化学
加工方法（如浸渗、溶胶-凝胶等）。
20世纪60年代，随着计算机技术和材料表征方法的不断发展，对于金属基复合材料
的性能和应用进行了进一步的探索。
同时，也逐步发现了金属基复合材料中存在的问题，
例如接触损伤、界面反应等。
20世纪70年代，随着材料科学的快速发展，金属基复合材料的研究受到了越来越多
的关注。
这期间，研究人员开始尝试利用微结构设计方法来解决复合材料中的问题。
同时，也逐渐开始将金属基复合材料应用于航空、航天、电子等领域。
20世纪80年代，金属基复合材料的制备方法和性能研究得到了进一步的发展。
通过
优化制备工艺和改善微结构设计，金属基复合材料的性能得到了显著提高。
研究还逐渐向
多功能的复合材料方向拓展。
未来，金属基复合材料将继续得到广泛的关注和研究。
随着材料科学的不断发展，其
在航空、航天、电子、生物医学、环保等领域的应用也将不断扩展和深化。
同时，研究将
会逐步向材料多功能化、可持续发展等方向拓展。
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第14卷第3期V o l.14N o.3材 料 科 学 与 工 程M aterials Science&Engineering总第55期Sep t.1996金属基复合材料界面表征及其进展梅 志 顾明元 吴人洁上海交通大学 上海 200030【摘 要】 界面是复合材料极其重要的组成部分,全面而确切地表征界面是控制和改善复合材料的最重要基础之一。
本文从界面组成及成分变化、界面区的位错分布、界面残余应力的测定和界面结构的高分辨观察及其原子模拟等四个方面综述了金属基复合材料界面表征的方法及其最新进展。
【关键词】 金属基复合材料 界面表征Character ization of M etal M atr ix Com posite I n terfaceand Its AdvancesM e i Zh i Gu M i ngyuan W u Ren j ieShangha i J i ao-tong Un iversity,Shangha i 200030【Abstract】 A s interface is very i m po rtant in compo site m aterial,characterizing interface all2 sidedly and exactly is one of the mo st i m po rtant bases of contro lling and i m p roving compo site m a2terials.In th is paper the m ethods and its latest developm ents of the characterizati on ofM M C′s in2terface are review ed.there are four m ain m ethods to characterize the interface;(1)to analysephase structure、compo siti on of interface;(2)to deter m ine dislocati on distributi on in the interfaceregi o;(3)to m easure interface residual stress;(4)to m anifest the interfacial structure w ith h ighreso luti on observati on and w ith atom ic si m ulati on of interface structure.T hey are introduced in o r2der.【Key words】 M etal m atrix compo site,Interface characterizati on.一、引 言界面是复合材料特有的而且是极其重要的组成部分,复合材料的性能与界面性质密切相关。
由于界面的原子结构、化学成分和原子键合不同于界面两侧的增强体和基体,界面的性质与界面两侧有很大的差别,而且在界面上更容易发生化学反应,所以界面对复合材料的性能起着极其重要的作用,有时甚至能起控制作用。
因此,只有深入了解界面的几何特征、化学键合、界面结构、界面的化学缺陷与结构缺陷、界面稳定性与界面反应及其影响因素,才能在更深的层次上理解界面与材料性能之间的关系,进一步达到利用“界面工程”发展新型高性能复合材料的目的。
与此同时,界面研究的成果不仅会给复合机理的研究带来促进作用,而且这项工作的深入开展还关系到研究物质表面结构与性能的现代新技术和新仪器的进展。
界面结构的研究是当前材料科学的前沿课题,人们对界面的相组成和结构、界面区的成分及其分布、近界面基体一侧的位错密度及其分布等以及它们与材料总体性能之间的关系进行了广泛研究。
然而,过去由于实验手段的限制,以往的研究工作大部分停留在微米尺度,而大量的精细结构被掩盖。
近年来,随着高分辨电子显微术(HR E M)及分析电子显微术(如EEL S、A P2F I M等)的发展,使得在原子尺度研究界面结构、界面化学及界面缺陷成为可能,再配合以其它微区形貌、结构和成分分析的手段,并加以综合应用,相互补充,使得对界面结构有了更深入的了解,取得了一些令人鼓舞的进展。
下面将从四个方面加以介绍。
二、界面层相组成及成分变化确定界面上有无新相形成是界面表征的主要内容之一。
这种析出物可能是增强体与基体通过扩散反应而在界面处形成的新相,也可能是基体组元与相界处杂质元素反应在界面处优先形核而成为新相。
一般情况下常用明场像或暗场像对界面附近区域形貌进行观察,通过选区衍射和X射线能谱进行微区结构和成分分析。
当析出物十分细小时,可采用微衍射和电子能量损失谱来分析其结构和成分,电子能量损失谱尤其适合于对C、O等轻元素的分析。
这种综合分析可以准确判知界面析出物的结构、成分和形貌特征,如文献[1]中就用X射线能谱、电子能量损失谱和微衍射等分析手段确认界面上存在细小M gO相,就是一个很好的实例。
界面上析出相不可避免地会对复合材料性能产生影响,有时甚至直接影响到材料性能的高低。
例如文献[2]在研究A l Si Cw界面组织与复合材料力学性能关系时,运用修正的混合规则(ROM)来研究拉伸强度的计算值与实验值的对比符合情况,结果发现对A l2Cu基体两者符合很好,而对A l2Cu2M g基体两者有较大偏差。
经显微组织观察,发现该偏差是由于界面上形成氧化物和尖晶石而造成晶须强度下降所致。
因此应用混合规则时必须考虑界面相对复合材料强度的影响,从而为今后复合材料基体合金的设计提供参考。
除此之外,增强体的加入也会影响到复合材料基体合金中固溶原子的分布,从而也会对复合材料性能产生影响,例如,用液体金属浸渗法制造纤维增强复合材料时,由于纤维排列对金属凝固的限制,导致基体中合金成分变化,甚至有未预料到的第二相形成在纤维 基体界面上,结果基体中合金元素浓度降低。
而起硬化作用析出物的形成,又要求有一活泼合金元素的临界值,所以以上成分变化会显著改变基体合金的时效硬化响应[3]。
大量报导证明,陶瓷增强体的存在会影响A l合金中固溶原子的分布,Strangw ood等[4]在研究Si C2A l合金界面上的固溶偏析时发现,在欠时效15V o l%Si C-2XXXA l(1.45at%Cu, 1.67at%M g,0.12at%Zr,0.1at%M n)的Si C 基体界面上的固溶偏析可达4.5at%M g和9at%Cu,而M g和Cu偏析都可降低界面区域附近A l基体的局部熔点,因此,尽管当温度似乎仍处于2124A l的固态范围时,固溶偏析可能严重到引起Si C2A l界面局部熔化的程度,从而可以解释该材料在高应变速率超塑性试验中的一些令人困惑的现象[4]。
我校金属基复合材料国家重点实验室利用电子能量损失谱仪,研究了T i C粒子强化I M I2 829T i合金,结果发现T i C粒子表面存在一明显的碳浓度梯度,贫碳区厚度与材料制备工艺和热处理过程有关,结合C2T i相图分析,提出基体和增强体之间C和T i的互相扩散,形成一理想的溶解型结合是该复合材料性能良好的原因[5]。
三、界面区的位错分布界面区近基体侧的位错分布是界面表征的又一重点,它有助于了解复合材料的强化机制。
经验表明,为了能更清晰地显示出位错分布的特征并便于定量测定位错密度,采用弱束成象效果较好。
过去,人们一直认为复合材料强度提高(实验强度值高于理论预测值)是由于位错使基体强化所致,并且在许多实验中也确实观察到了增强体周围较高的位错密度。
虽然后来发现,基体中亚晶尺寸减小也是复合材料强化的一个重要原因,但位错强化仍然是复合材料强化的重要机制之一。
采用高压电镜对A l Si Cw复合材料界面的原位观测证明:由于两种异质材料热膨胀系数不同,在复合制备冷却中界面处形成的位错,在加热到一定温度后会自行消失,但在重新冷却下来时又会再次产生。
这种复合材料中,位错密度可高达1013～1014m-2,是造成这类复合材料高强度的重要原因之一[6]。
近来,有人[7]对不连续碳化硅增强A l合金屈服应力增加的原因进行了定量研究,发现屈服应力增加幅度明显与Si C体积分数和颗粒大小有关。
实验结果表明,位错密度随Si C体积分数增加而增加、随粒子尺寸增加而减少。
亚晶尺寸随碳化硅体积分数和颗粒尺寸变化的趋势正好与位错密度相反。
林君山等[8]在研究铸造Si Cp 2024合金材料微观结构与强化机制时认为,由增强相导致的应力集中和基体形变的高约束度,是控制Si Cp 2024复合材料形变与强化的两个主要因素。
可以预料,今后对界面区位错分布的观察重点将转到研究位错产生、发展的影响因素上来,并有从定性发展到定量研究的趋势,并在可能的条件下,尽量采用高压电镜来观察较厚的薄膜试样,以尽可能真实地反映位错密度大小。
另外,对复合材料强化机制的研究也开始注意全面考察基体中组织变化带来的变化,而不再只考虑位错密度变化所造成的强化,表明人们对复合材料的强化机制有了一个更深刻的认识。
四、界面残余应力的测定复合材料的界面结合与该处的残余应力密切相关。
对界面处内应力的测量,除了我们所熟知的沿用非破坏性测量材料残余应力的X射线方法外,还有用中子衍射测残余应力的方法,近年来又发展了用会聚束电子衍射及同步辐射连续X射线测残余应变的方法。
目前对金属基复合材料来说,残余应力的测定主要还是采用单一波长的特征X射线的sin2Ω法[9]。
它所测出的是界面两侧一定厚度范围内的平均残余应力,而要确知在界面处的应力仍较困难,尤其是对增强体附近急剧变化的应变场的测量无能为力。
中子衍射[10]则利用中子对材料的高穿透性来测量残余应力。
这种方法虽能测量材料内部的应变,但它所测的是体积平均应力,所以它也不能解决增强体周围急剧变化应力的测量问题。
为解决这个问题,Todd等[11]采用高强度的同步辐射连续X射线,利用其能量色散衍射同时兼有较好穿透性(例如可穿透钛数毫米)和对残余应变梯度具有的高空间分辨率,测定了金属基复合材料内部连续增强体附近的残余应变梯度,其精度可达10-3到10-4,取得了满意的效果。
但这种方法的致命缺点是成本太高。
另外一些研究者则试图用会聚束电子衍射的方法来测定界面残余应力,并取得了可喜的进展。
如王仁卉[12]利用大角度会聚束电子衍射(LA CB ED)研究了A l A l2O3复合材料界面应力场,发现由于界面处存在应力场,引起界面附近的高阶劳厄线(HOL Z线)发生明显的弯曲和分裂并变得模糊,目前作者正通过对LA CB ED花样的动力学模拟来对界面处的应力场作进一步的研究。