金属基复合材料述评

本文探讨了金属基复合材料发展所面临的主要问题。首先讨论常用基体材料和常用增强体。前者限于铝和钛合金，所讨论的增强体包括颗粒、晶须和纤维。然后评述基本的设计原则，着重于设计者面临的关于最佳基体化学性质、界面反应、不同的热膨胀和主要变形机理的效应等方面的选择问题。对于钛基复合材料，除非它们的使用温度范围增加到７５０℃以上，否则这些材料就不能和高温合金相竞争。然而，目前的合金工艺表明，如果没有足够的涂层保护，还没有一种钛合金能在空气中６８０℃以上维持下去。然后评述金属基复合材料的固化法，包括最近在欧洲实验室的研究工作。     

非连续增强金属基复合材料的热残余应力

详细地论述了非连续增强金属基复合材料热残余应力的产生、松弛机理以及热残余应力对材料组织和性能的影响，并预测了今后的发展方向。指出增强体与基体的线膨胀系数之差、界面结合和温度变化是产生热残余应力的必要条件，非连续增强金属基复合材料的热残余应力的松弛将使得金属基复合材料基体内的位错密度增加，热残余应力使复合材料的拉伸强度降低。     

颗粒(晶须)增强金属基复合材料

1987年6月5日美国马里兰大学材料系(Engineering Materials Department,University of Maryland)教授Arsenault博士来我所讲学,作了颗粒(晶须)增强SiC/Al金属基复合材料的学术报告。Arsenault教授在学术报告中,重点讲述了颗粒(晶须)增强SiC/Al金属基复合材料的增强机理、SiC和Al的界面、断裂     

我国金属基复合材料取得重大进展

碳纤维增强金属基复合材料具有比强度和比模量高、尺寸稳定性好、耐高温和抗激光辐射等特点。在一些使用温度高、部件尺寸稳定性和刚性要求严格的场合下,金属基复合材料比金属和树脂基复合材料具有更好的性能。金属基复合材料是目前世界上正在发展中的新材料,是宇航、航空、电子和现代化武器等系统理想的结构材料和功能材     

粉末冶金法与熔化法制造的SiC／Al复合材料的对比

前言 为了提高不连续体增强金属基复合材料的强度,已有人建议采用粉末冶金法(简写为PM法)制造复合材料,目前大部分不连续体金属基复合材料是用此方法制造的。这种设想的原因是,在PM法制造的过程中,可产生高的位错密度和小尺寸的亚晶粒,增强剂阻碍再结晶,因此这是导致PM法制造的不连续体增强金属基复合材料具有高强度的原因。Nardone和Prewo的设想无疑表明,如果用熔化金属基体的方法制造复合材料,就不具有高的位错密度和小尺寸亚晶粒,熔化法制造的复合材料的强度低于PM法制造的复合材料     

金属基复合材料的高速超塑性

介绍了近几年国内外金属基复合材料(MMCs)高速超塑性的研究现状，包括拉伸超塑性、压缩超塑性。综述了各种基体和增强体复合材料的制备方法、获得高速超塑性的条件及高速超塑变形的特点。对于高速超塑性的变形机制，尤其是颗粒增强金属基复合材料的拉伸超塑变形机制进行了详细阐述。最后提出了MMCs高速超塑性存在的问题和今后研究的重点。     

纤维增强复合材料轴结构铺层方案优化设计

基于细观力学有限元法,采用改进的细观力学代表体积元（RVE）模型预测连续纤维增强金属基复合材料力学性能,对比分析相同体积分数下不同排列RVE模型的计算结果.选定连续纤维增强金属基复合材料轴结构为研究对象,建立连续纤维增强金属基复合材料轴结构细、宏观力学模型,开展该轴结构承载能力计算.在此基础上,为实现连续纤维增强金属基复合材料低压涡轮轴铺层方案优化设计,参照某型航空发动机设计要求,以总铺层厚度为目标函数,采用random design法,确定了由细观RVE排列结构至宏观轴结构铺层方案.结果表明：采用正方形对角排列RVE模型计算的力学性能优于四边形排列RVE模型;纤维与基体呈正方形对角排列可提高轴结构承载能力、临界屈曲载荷、临界转速;该方法确定的铺层方案与通用（GE）公司的SiC/Ti低压涡轮轴铺层方案一致.     

增强相分布方式对复合材料有效力学性能的影响

针对增强相在基体材料中的分布方式的不同,建立了一个研究复合材料有效性能的细观力学模型.该模型由固体基体和增强相两相介质组成,假设细观结构呈周期性均匀分布.采用直接平均法和二尺度展开法计算了复合材料的有效性能,得出了不同微结构分布的复合材料横向弹性模量、泊松比和剪切模量随增强相材料体积分数比的变化曲线,其变化规律与实验数据吻合较好.研究表明在较大体积分数比下,增强相的分布直接影响到复合材料的弹性刚度.     

镁基复合材料研究进展及新思路

镁合金是最轻的金属结构材料,然而其强度低、塑性和耐腐蚀性能差,严重限制了其作为轻金属材料在工程领域中的广泛应用。镁基复合材料因具有比强度高、比刚度高、比模量高、质量轻等优异特性,被认为是目前提高镁合金力学性能、实现其工业化应用最具优势的途径之一。本文着重介绍了碳纳米管、石墨烯、Si C等增强镁基复合材料研究现状。从增强体分散、界面结合及其结构稳定性等方面深入分析了目前镁基复合材料存在的瓶颈;从增强体表面改性、基体合金设计、复合材料制备工艺等方面探索了镁基复合材料的设计新思路;提出了镁基复合材料的发展趋势与研究方向。     

PIP工艺制备SiC晶须增强SiCf/SiC复合材料的性能

以不同界面层厚度的SiC纤维为增强相,采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备SiC_f(PyC)/SiC复合材料,并在复合材料基体中引入SiC晶须,对其性能进行研究。结果表明:热解碳(PyC)界面层厚度约为230 nm时,SiC纤维拔出明显,SiC_f/SiC复合材料拉伸强度、弯曲强度和断裂韧度分别达到192.3 MPa、446.9 MPa和11.4 MPa?m^1/2;在SiC_f/SiC复合材料基体中引入SiC晶须后,晶须的拔出、桥连及裂纹偏转等增韧机制增加了裂纹在基体中传递时的能量消耗,使复合材料的断裂韧度和弯曲强度分别提高了22.9%和9.1%。     

STRAIN REGULARITY IN REINFORCERS OF SHORT-FIBER/ WHISKER REINFORCED COMPOSITE AND ITS APPLICATION

Based on the study of strain distribution in short-fiber/whisker reinforced metal matrix composites, a deformation characteristic parameter λ is defined as the ratio of the root-mean-square strain of reinforcers to the macro-linear strain along the same direction. Quantitative relation between λ and microstructure parameters of the composite is obtained. As an example of applying and verifying λ, the stress-strain curve of [AlBO]w/Al composite under tensile loading is predicted and favorably compared with experiments. By using λ, the stiffness modulus of the composite with arbitrary reinforcer orientation under any loading condition is predicted from the microstructure parameters of material.     

PREDICTION OF MECHANICAL PROPERTY OF WHISKER REINFORCED METAL MATRIX COMPOSITE: PART-I. MODEL AND FORMULATION

Whisker reinforced metal matrix compositespossess good transverse strength,low cost,high workability and other properties over unre-inforced alloys.They are applied increasingly inaerospace,automotive,electronics,sportinggoods and many other areas.Creation of thosecomposites has led to the development of newtest methods,manufacturing techniques,predic-tion theory and design practices[1,2 ] .　　The pioneer works on prediction of the elas-tic moduli of composite were traced back toVoigt[3] and …     

稠密颗粒增强复合材料应变分布规律和刚度张量

针对高体积份数、随机分布、等轴状颗粒增强复合材料 ,研究了材料的应变分布规律 ,给出了基体和增强体应变平均值与材料微观结构参数之间的定量关系。结果表明 ,除应变平均值外 ,应变涨落是影响刚度张量的另一个重要因素 ,研究了应变涨落与材料微观结构参数之间的关系 ,并推导出了复合材料的刚度张量。与实验结果和以往的理论比较 ,预测结果与实验结果吻合良好     

PREDICTION OF MECHANICAL PROPERTY OF WHISKER REINFORCED METAL MATRIX COMPOSITE: PART-Ⅰ. MODEL AND FORMULATION

Based on study of strain distribution in whisker reinforced metal matrix composites, an explicit precise stiffness tensor is derived. In the present theory, the effect of whisker orientation on the macro property of composites is considered, but the effect of random whisker position and the complicated strain field at whisker ends are averaged. The derived formula is able to predict the stiffness modulus of composites with arbitrary whisker orientation under any loading condition. Compared with the models of micro-mechanics, the present theory is competent for modulus prediction of actual engineering composites. The verification and application of the present theory are given in a subsequent paper published in the same issue.     

连续纤维增强金属基复合材料涡轮轴结构承扭特性分析

为实现对该类复合材料部件结构完整性的设计分析,以连续纤维增强复合材料轴结构为研究对象,对比分析4种细观力学模型计算连续纤维增强金属基复合材料的力学性能参数;在此基础上,采用RVE(代表体积元)有限元模型计算的复合材料力学性能参数作为输入,建立连续纤维增强金属基复合材料轴结构力学分析模型.计算与对比分析不同材料方案下纤维增强金属基复合材料轴结构在扭转载荷作用下的变形量及承扭能力,当纤维体积分数一定时,方案4的变形量最小,方案2的临界屈曲转矩最大.      

树脂交联结构特征对复合材料纵向压缩性能的影响

通过选择不同官能度的环氧树脂,调节树脂单体配比,获得了不同固化交联结构的环氧树脂基体,并与国产T800级碳纤维复合制备成碳纤维复合材料;研究不同交联结构的环氧树脂基体对其 T800级碳纤维复合材料纵向压缩性能的影响。研究结果表明,随着三官能团树脂含量升高,树脂基体的交联密度增大,树脂基体模量增大,其对应碳纤维复合材料单向层合板泊松比降低;碳纤维复合材料的纵向压缩强度随着树脂基体交联密度的增大而增大;树脂基体交联密度对单向复合材料层合板纵向压缩模量的影响不明显。     

碳化硅晶须增强铝复合材料的热性能

 <正> SiCw/Al复合材料兼有铝的比重和钛的强度,是一种很有前途的新型材料。它在战斗机尾翼结构和汽车发动机中的应用已经引起了世界各国普遍的关注。 对SiCw/Al复合材料的力学性能在文献(1,2)中进行了阐述,本文仅对SiCw/Al复合材料的热膨胀性能和热传导性能的研究结果给予报导。     

PMI 泡沫夹层结构整流罩冯卡门锥段成型技术研究

对PMI泡沫夹层结构整流罩冯卡门锥段成型技术进行了研究,通过对玻璃钢面板及其泡沫夹层结构性能、面板成型、泡沫热成形、泡沫拼接、玻璃钢泡沫夹层结构成型及无损检测等技术研究,确定了玻璃钢外面板、预先固化,然后与泡沫等复合组装,最后铺覆内面板,整体进罐固化的成型工艺。结果表明,玻璃钢面板纵、横向拉伸强度为602、593 MPa,模量为26.0、27.2 GPa,满足设计强度≥350 MPa、模量≥25 GPa的要求;玻璃钢/PMI泡沫夹层结构泡沫密度为(110±10)kg/m3,厚度28 mm,纵、横向侧压强度为32.9、30.5 MPa、模量为2.31、2.38 GPa,满足设计指标侧压强度≥25 MPa、模量≥2.0 GPa的要求,采用玻璃钢/PMI泡沫夹层结构分步固化成型工艺研制的首件新型号整流罩冯卡门锥段,满足设计使用要求。     

碳纳米管增强复合材料研究进展

介绍了碳纳米管的结构、性能等特点，综述了碳纳米管在金属基复合材料、聚合物基复合材料和陶瓷基复合材料中的应用研究情况，并对今后碳纳米管复合材料的发展趋势进行了展望。