金属基功能复合材料资料

将机械能转化为电能
氧化锌纳米线在单晶氮化镓衬底上竖起生长
用聚合物将四周固定
金属基复合材料的发展
宇航工业
关键问题
质量轻、刚度高、尺寸稳定、耐高温
平方－立方
美国F－5A战斗机
质量减轻15％
滑跑距离缩短15％
C/Al、C/Mg具有最 高的比刚度和抗热变 形系数综合值
有效载荷增加30％
航程增加20％
理想的卫星和 宇航飞行器
一. 纳米复合涂层材料
纳米涂层材料 磁控溅射法
高强、高韧、高硬度
材料表面防护
MOSi2/SiC
硬度20.8GPa
二. 高力学性能材料
热等静压法制备纳 米结构的SiC块体 多相溶胶凝胶法制备
非晶晶化法制备
高强、高延展性 纳米复合材料
三. 光学材料
中国科技大学材 料系与中科院物 理所合作发现
纳米级Al2O3及Fe2O3混 合一起，在可见光范围兰 绿光波段出现较宽的光致 发光带
SiC/Ag
利用Ag导电导热性好、化学稳定性高
通过添加材料改善Ag的耐磨、抗蚀 和抗电弧侵蚀能力
二. 导电复合材料
通过自身导电或表面涂覆导电物质
1. 屏蔽复合材料 导电率大 电磁干扰
既屏蔽入射干扰，也可容纳内部产生的电磁干扰
有效衰减电磁干扰
屏蔽效应
由电压迅速变化引起 的电子污染（噪声）
反射能和内部 吸收能总和
电磁波辐射到介质表面时遵循能量守恒定律
雷达波吸波材料
薄层铁氧体涂料
涂料与复合材 料经合理设计 构成吸波材料
涂覆型 结构型
应用
F-19A隐身战斗机 ABT隐身轰炸机 F-17飞机
AMS-1空对舰导弹尾翼(B、C纤维) EFA主力战斗机 C纤维
承载做结构件， 吸收电磁波
F-117轰炸机上涂满了吸收电 磁波的材料
喷射沉积 粉末冶金 SiCp/Al-Li
Al-Li合金强韧性 Li改善润湿性 各种性能优于铝基
应用
航天、航空及 精密仪表
比强度、比刚度、抗热冲击能力、微屈服强度和压缩微蠕变抗力优 于铝基复合材料
日本、美国、加拿大、新加坡开展了此项研究
三. 特殊热膨胀性能复合材料
Cf/Cu复合材料做功率 半导体装置支撑电极
柔软、易成型、可制成膜状材料
有机压电陶瓷
声纳
在电声领域首先应用
声导航和定位
声波接收器
4. 超导复合材料
超导技术的核心
Cf/Sn复合材料 包覆超导体
C纤维承担全部拉伸载荷
超导材料
临界磁场 临界温度 临界密度
输送电流不耗费电力 普通发动机
20吨Cu 超导几百克
应用 制造
导弹、航天器跟踪、制导、 通信与防御以及激光武器 电源上具有广泛的应用前 景
电接触元件材料性能 影响 可靠性、稳定性、精度及寿命
仪表、电机和电路
1. 滑动电接触复合材料
满足
耐磨、耐电、抗粘结、 化学稳定性高、接触电 阻小等性能
电车导电弓架滑块、还作为电刷材料
Cf/Cu
接触电阻小，避免过热， 增加强度及减小过载电流
优良的耐磨性及润滑性
2. 开关电接触复合材料
满足
断路器、开关继电器中周期性切断或 接通电路触点对各项性能的要求
隐身材料
结构隐身 材料隐身 抗干扰
探测器原理不同 对材料本征参数的要求不同
红外涂层材料
吸收红外能量，红外辐射向长波长转移， 处于探测系统的效应波段外
通过材料本身的结构与工艺使吸收的能 量在涂层内部消耗和转换，不引起温升
隐身技术存在 的问题与不足
新课题
主被动隐身技术的 兼容性和兼顾性
半导体及导电材料 具有良好的微波吸 收特性
第 2 章 功能复合材料
2.1 复合材料具有的功能
结构材料
依靠自身原子间的结合 力支撑来自外界的载荷
功能材料
对外来刺激十分敏感 的材料
将具有各种各样功能的 材料进行复合
从功材料 能动反应
2.2 电学和电子功能复合材料
一. 电接触复合材料
发达国家十分 重视对此研究
电接触元件
担负
传递电能和电讯号 接通和切断各种电路
2. 静电损耗复合材料
静电的产生
导电性强
迅速将表面聚集的静 电荷耗散到空气中
防止静电高 压放电
应用
印刷板框架、集成 电路块托架等
雷击保护装置
3. 压电复合材料
压电材料
具有应力－电压 实现 转换能力的材料
电声换能 滤波
钛酸钡、锆钛
应用
酸铅压电陶瓷
水声、超声、电声、生物医学 工程及超声诊断
无机压电陶瓷
制成
复合材料
获得
宽频兼容 隐身材料
二. 导光及透光复合材料
减小反射途径
增加吸收或透射，引进光的传输特性
纳米材料光学特性
Ag 50nm以下，银白色－浅粉色 Au 50nm以下，金黄色－桃红色 铁红、铁黑150nm时透明染料
纳米材料的透射 奠定 特性异常
导光、透光材料 问世基础
美国日本已相继研究出透光材料
四. 仿生材料
人类健康对新材料需求
仿生
自然界生物的某些器官是 一种天然的复合材料
五. 高分子基纳米材料
树脂基纳米氧化物
静电屏蔽性能好
日本松下电器公司研制成功
纳米氧化铝与橡胶
耐磨及介电常数提高 美国研制成功
TiO2纳米与有机物
吸收紫外光
德国瑞士正在研制
超声波驱动的直流纳米电动机
通过压电材料合 成的单根纳米线
选 择
在支撑电极平面内导电性及热胀 性要有等向性；相对电极中心要 具有对称性和均匀性
电子用半导体元件 —— Si片上下装W、Mo电极 —— 导电导热性 能相差较大
C纤维含量 种类和配比
调节
Cf/Cu复合材料热胀系数与Si相匹配
镁基复合材料热胀系数可调
负－零－正
汽车及航空领域应用
2.6 纳米复合材料
2.5 热学和力学功能复合材料
一. 绝热复合材料
应用
SiO2纤维、硼硅 酸铝纤维和少量 SiC粉末
百度文库
导弹、航天器外表面或内部以 及发动机、推进机储箱的隔热
利用低热导率延缓热量向内部 传导达到防热目的
SiC复合材料面板 与泡沫材料复合
防热系统的物理力学和 热性能均满足要求
二. 热强性和耐磨性复合材料
2.4 光学功能复合材料
一. 红外隐身复合材料 当代军事技术的三大革命
激光武器 巡航导弹 红外隐身
隐身技术
探测器发展
对抗探测器
探测 跟踪
作用
反声纳探测 反雷达探测
反红外探测 反光学探测
新型探测器相继问世——光电对抗
探测器种类增多
要求 隐身技术
工作频率加宽 探测技术立体化发展
宽带化、 兼容性
材料科学 高难领域
汽车工业
重要问题
节省燃料
钢铁材料1814kg 减轻轿车质量
复合材料1134kg
其它用途
美国福特公司研制
造船 体育器材 医疗机械
每天用 200万吨石油
质量减轻680g，燃 料消耗减少41.5%
全复合材料轿车
高性能高速计算机、远 红外探测器、成像雷达 以及卫星天线
储电装置 强磁体
2.3 吸声和吸波功能复合材料
一. 吸声复合材料
吸声材料
玻璃纤维、矿物纤维、陶瓷纤 维泡沫玻璃、泡沫陶瓷
声能转换成热能
应用
军事、工业、建筑
二. 吸波复合材料
凡与雷达探测原理相同的探测器 都可用吸波材料达到隐身
隐身材料
抗雷达探测材料