第六章 納米復合材料

1、2022-5-242022-5-242 2 復合材料是由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料，通過復合材料是由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料，通過各種工藝手段組合而成的復合體。復合材料是由于各組成各種工藝手段組合而成的復合體。復合材料是由于各組成材料的協(xié)同作用，因而兼具剛度大、強度高、質(zhì)量輕等單材料的協(xié)同作用，因而兼具剛度大、強度高、質(zhì)量輕等單一材料無法比擬的優(yōu)異性能。一材料無法比擬的優(yōu)異性能。 復合材料的結(jié)構是一個相為復合材料的結(jié)構是一個相為連續(xù)相（稱為基體）連續(xù)相（稱為基體）而另而另外一相是以獨立的形態(tài)分布在整個連續(xù)相中的外一相是以獨立的形態(tài)分布在整個連續(xù)相中的分散相（稱分散相（稱為增強體）。為增強

2、體）。如果增強體是納米顆粒、納米晶片、納米晶如果增強體是納米顆粒、納米晶片、納米晶須、納米纖維等納米結(jié)構單元，那么就稱為納米復合材料。須、納米纖維等納米結(jié)構單元，那么就稱為納米復合材料。2022-5-242022-5-243 3 多數(shù)情況下，多數(shù)情況下，較基體較基體，較基體較基體大。分散相可以是纖維及其編織物，也可以是大。分散相可以是纖維及其編織物，也可以是顆粒狀顆粒狀或或彌散的彌散的填料填料。在基體和增強體之間存在著在基體和增強體之間存在著。 基體相具有基體相具有增強相的作用，在復合材料增強相的作用，在復合材料承受外加載荷時，基體相主要以承受外加載荷時，基體相主要以起向增起向增強相強相的作用

3、。的作用。復合材料的各種形態(tài)示意于圖中：復合材料的各種形態(tài)示意于圖中：2022-5-242022-5-244 4復合材料及其增強相的各種形態(tài)復合材料及其增強相的各種形態(tài)纖維狀纖維狀顆粒狀顆粒狀層狀層狀片狀片狀填充狀填充狀2022-5-242022-5-245 56.1 納米復合材料的分類納米復合材料的分類納米復合材料的分類有多種方法：納米復合材料的分類有多種方法： 按基體形狀按基體形狀可把納米復合材料分為可把納米復合材料分為0-0復合，即納米粒復合，即納米粒子和其他種類納米粒子復合。子和其他種類納米粒子復合。0-2復合，納米粒子分散到二復合，納米粒子分散到二維的薄膜材料中。維的薄膜材料中。0-

4、3納米粒子分散到常規(guī)的三維固體中。納米粒子分散到常規(guī)的三維固體中。 按增強體形狀按增強體形狀可把納米復合材料分為零維（顆粒增強）、可把納米復合材料分為零維（顆粒增強）、一維（纖維、晶須增強）、二維（晶片、薄層、疊層增強）。一維（纖維、晶須增強）、二維（晶片、薄層、疊層增強）。 按復合方式不同按復合方式不同，納米復合材料可分為晶內(nèi)型、晶間型、，納米復合材料可分為晶內(nèi)型、晶間型、晶內(nèi)晶內(nèi)-晶間型和納米晶間型和納米-納米型。納米型。2022-5-242022-5-246 6 按用途不同來分按用途不同來分，納米復合材料可以分為結(jié)構型、功，納米復合材料可以分為結(jié)構型、功能型和智能型。能型和智能型。 結(jié)構

5、納米復合材料主要用作承力和次承力結(jié)構。因此結(jié)構納米復合材料主要用作承力和次承力結(jié)構。因此要求質(zhì)量輕、強度和剛度高，且能耐一定的溫度。結(jié)構納要求質(zhì)量輕、強度和剛度高，且能耐一定的溫度。結(jié)構納米復合材料基本是由納米級增強體和基體組成的。米復合材料基本是由納米級增強體和基體組成的。 功能納米復合材料是指提供機械性能以外其他物理性功能納米復合材料是指提供機械性能以外其他物理性能的納米復合材料，其中包括電學、磁學、熱學、光學、能的納米復合材料，其中包括電學、磁學、熱學、光學、聲學性能等。聲學性能等。 智能化納米復合材料是指具有自檢測、自判斷、自恢智能化納米復合材料是指具有自檢測、自判斷、自恢復、自協(xié)調(diào)和

6、執(zhí)行功能的納米復合材料。復合是是材料智復、自協(xié)調(diào)和執(zhí)行功能的納米復合材料。復合是是材料智能化的有效途徑之一。能化的有效途徑之一。2022-5-242022-5-247 7金屬基納米復合材料金屬基納米復合材料陶瓷基納米復合材料陶瓷基納米復合材料高分子基納米復合材料高分子基納米復合材料結(jié)構復合材料結(jié)構復合材料顆粒增強納米復合材料顆粒增強納米復合材料晶須增強納米復合材料晶須增強納米復合材料纖維增強納米復合材料纖維增強納米復合材料0-0復合復合0-2復合復合0-3復合復合零維（顆粒狀）零維（顆粒狀）一維（纖維狀）一維（纖維狀）二維（片狀）二維（片狀）晶內(nèi)型晶內(nèi)型晶間型晶間型晶內(nèi)晶內(nèi)-晶間混合型晶間混合

7、型納米納米-納米型納米型結(jié)構納米復合材料結(jié)構納米復合材料功能納米復合材料功能納米復合材料智能納米復合材料智能納米復合材料2022-5-242022-5-248 86-2 納米復合材料的設計納米復合材料的設計 納米復合材料因匯聚納米材料和復合材料兩者優(yōu)勢，納米復合材料因匯聚納米材料和復合材料兩者優(yōu)勢，而成為未來新材料設計的首選對象。而成為未來新材料設計的首選對象。 在納米材料設計中，主要關注納米材料的功能設計、在納米材料設計中，主要關注納米材料的功能設計、合成設計和穩(wěn)定性設計合成設計和穩(wěn)定性設計 。力求解決復合材料組分的選擇、。力求解決復合材料組分的選擇、復合時的混合與分散、復合工藝、復合材料的

8、界面作用及復合時的混合與分散、復合工藝、復合材料的界面作用及復合材料物理穩(wěn)定性等問題，最終獲得高性能、多功能的復合材料物理穩(wěn)定性等問題，最終獲得高性能、多功能的納米復合材料。納米復合材料。2022-5-242022-5-249 9一一. 納米復合材料的功能設計納米復合材料的功能設計 功能設計就是賦予材料以一次功能或二次功能特性。功能設計就是賦予材料以一次功能或二次功能特性。 一次功能有：聲學功能、熱學功能、光學功能、化一次功能有：聲學功能、熱學功能、光學功能、化學功能、電磁學功能；學功能、電磁學功能； 二次功能有：機械能轉(zhuǎn)換、電能轉(zhuǎn)換、磁能轉(zhuǎn)換、二次功能有：機械能轉(zhuǎn)換、電能轉(zhuǎn)換、磁能轉(zhuǎn)換、熱能

9、轉(zhuǎn)換、光能轉(zhuǎn)換。熱能轉(zhuǎn)換、光能轉(zhuǎn)換。2022-5-242022-5-241010以聚合基納米復合材料為例來說明：以聚合基納米復合材料為例來說明： 步驟一是納米（增強體）材料的選擇步驟一是納米（增強體）材料的選擇，即依據(jù)設計意圖，即依據(jù)設計意圖，選用合適的納米材料，例如為了賦予復合材料超順磁性，可選用合適的納米材料，例如為了賦予復合材料超順磁性，可選擇鐵或鐵系氧化物等納米材料；為了賦予復合材料發(fā)光特選擇鐵或鐵系氧化物等納米材料；為了賦予復合材料發(fā)光特性，可選擇含稀有金屬性，可選擇含稀有金屬Eu的鈦系氧化物等納米材料。的鈦系氧化物等納米材料。 步驟二是基體聚合物材料的選擇設計步驟二是基體聚合物材料

10、的選擇設計，依據(jù)納米復合材，依據(jù)納米復合材料的適用環(huán)境，選擇合適的有機聚合物基體，如高溫環(huán)境，料的適用環(huán)境，選擇合適的有機聚合物基體，如高溫環(huán)境，必須選擇聚酰亞胺等耐高溫的聚合物。此外納米復合材料的必須選擇聚酰亞胺等耐高溫的聚合物。此外納米復合材料的界面設計也很重要，同時選擇合適的復合方法，才能提高納界面設計也很重要，同時選擇合適的復合方法，才能提高納米材料與聚合物基體的強界面作用，充分發(fā)揮不同屬性的兩米材料與聚合物基體的強界面作用，充分發(fā)揮不同屬性的兩種組分的協(xié)同效應。種組分的協(xié)同效應。2022-5-242022-5-241111二二. 納米復合材料的合成設計納米復合材料的合成設計 納米復合

11、材料的合成設計，就是以最簡單、最便捷納米復合材料的合成設計，就是以最簡單、最便捷的手段獲得納米級均勻分散的復合材料。的手段獲得納米級均勻分散的復合材料。 在功能設計完成后，合成設計中主要關心的就是納在功能設計完成后，合成設計中主要關心的就是納米材料的粒度與分散度，從目前納米復合材料的和成發(fā)米材料的粒度與分散度，從目前納米復合材料的和成發(fā)展狀況看，主要有展狀況看，主要有4種方法，即溶膠種方法，即溶膠-凝膠法、插層法、凝膠法、插層法、共混法和填充法。其中，溶膠共混法和填充法。其中，溶膠-凝膠中的納米顆粒具有較凝膠中的納米顆粒具有較小的力度和較均勻的分散度，但合成步驟較復雜且納米小的力度和較均勻的分

12、散度，但合成步驟較復雜且納米材料的選擇空間較小。材料的選擇空間較小。2022-5-242022-5-241212三三. 納米復合材料的穩(wěn)定化設計納米復合材料的穩(wěn)定化設計 為了獲得穩(wěn)定性良好的復合材料，必須使納米粒子牢牢為了獲得穩(wěn)定性良好的復合材料，必須使納米粒子牢牢地固定在基體中，防止納米粒子因聚集而產(chǎn)生相分離。為了地固定在基體中，防止納米粒子因聚集而產(chǎn)生相分離。為了保障納米粒子能夠均勻地分布在聚合物基體中，必須借助一保障納米粒子能夠均勻地分布在聚合物基體中，必須借助一些強化學鍵的形成，或其他作用力，具體包括以下幾種：些強化學鍵的形成，或其他作用力，具體包括以下幾種：1. 形成共價鍵形成共價鍵

13、 利用聚合物鏈上的官能團與納米粒子的極性基團（羥基利用聚合物鏈上的官能團與納米粒子的極性基團（羥基等）產(chǎn)生化學反應，形成共價鍵；或通過含有雙鍵的硅氧烷等）產(chǎn)生化學反應，形成共價鍵；或通過含有雙鍵的硅氧烷參與聚合物前驅(qū)體的聚合，形成硅氧烷為支鏈的聚合物，硅參與聚合物前驅(qū)體的聚合，形成硅氧烷為支鏈的聚合物，硅氧烷的部分水解形成于聚合物主鏈存在共價鍵結(jié)合的氧烷的部分水解形成于聚合物主鏈存在共價鍵結(jié)合的SiO2納納米粒子。米粒子。2022-5-242022-5-2413132. 形成離子鍵形成離子鍵 如果聚合物鏈和納米粒子彼此帶有異性電荷，則可通過如果聚合物鏈和納米粒子彼此帶有異性電荷，則可通過形成粒

14、子鍵而獲得穩(wěn)定的復合材料體系。形成粒子鍵而獲得穩(wěn)定的復合材料體系。3.形成配位鍵形成配位鍵 聚合物基體與納米粒子以電子對和空電子軌道相互配位聚合物基體與納米粒子以電子對和空電子軌道相互配位的形式產(chǎn)生化學作用，構成納米復合材料。的形式產(chǎn)生化學作用，構成納米復合材料。4. 納米作用能的親和作用納米作用能的親和作用 納米粒子因其特殊的表面結(jié)構而具有很強的親和力，這納米粒子因其特殊的表面結(jié)構而具有很強的親和力，這種力稱為納米作用能，借助該作用力，納米粒子與很多聚合種力稱為納米作用能，借助該作用力，納米粒子與很多聚合物材料無選擇地產(chǎn)生很強的相互作用，形成穩(wěn)定的復合體系。物材料無選擇地產(chǎn)生很強的相互作用，

15、形成穩(wěn)定的復合體系。2022-5-242022-5-2414146-3 復合材料的特性復合材料的特性 復合材料是由多種組分的材料組成，許多性能優(yōu)于復合材料是由多種組分的材料組成，許多性能優(yōu)于單一組分的材料。單一組分的材料。例如，纖維增強的樹脂基復合材料，具有質(zhì)量輕、例如，纖維增強的樹脂基復合材料，具有質(zhì)量輕、強度高、可設計性好、耐化學腐蝕、介電性能好、耐燒強度高、可設計性好、耐化學腐蝕、介電性能好、耐燒蝕及容易成型加工等優(yōu)點。蝕及容易成型加工等優(yōu)點。2022-5-242022-5-2415151. 1. 輕質(zhì)高強，比強度和比剛度高輕質(zhì)高強，比強度和比剛度高、增強劑或者基體是比重小的物質(zhì)，或兩者

16、的比重都不、增強劑或者基體是比重小的物質(zhì)，或兩者的比重都不 高，且都不是完全致密的；高，且都不是完全致密的；、增強劑多是強度很高的纖維。、增強劑多是強度很高的纖維。比強度（指強度與密度的比值）和比彈性模量是各類比強度（指強度與密度的比值）和比彈性模量是各類材料中最高的。材料中最高的。2022-5-242022-5-241616 例如，普通碳鋼的密度為例如，普通碳鋼的密度為7.8 7.8 g/cmg/cm3 3。玻璃纖維增強樹玻璃纖維增強樹脂基復合材料的密度為脂基復合材料的密度為1.52.0 1.52.0 g/cmg/cm3 3，只有普通碳鋼的只有普通碳鋼的1/41/51/41/5，比鋁合金還要

17、輕，比鋁合金還要輕1/1/左右，而機械強度卻能超左右，而機械強度卻能超過普通碳鋼的水平。過普通碳鋼的水平。 若按比強度計算，玻璃纖維增強的樹脂基復合材料不若按比強度計算，玻璃纖維增強的樹脂基復合材料不僅超過僅超過碳鋼碳鋼，而且可超過某些特殊，而且可超過某些特殊合金綱。合金綱。碳纖維復合材料、有機纖維復合材料具有比玻璃纖維碳纖維復合材料、有機纖維復合材料具有比玻璃纖維復合材料更低的密度和更高的強度，因此具復合材料更低的密度和更高的強度，因此具有更高的比強有更高的比強度。度。2022-5-242022-5-2417172. 2. 可設計性好可設計性好 復合材料可以根據(jù)不同的用途要求，靈活地進行產(chǎn)品

18、復合材料可以根據(jù)不同的用途要求，靈活地進行產(chǎn)品設計，具有很好的可設計性。設計，具有很好的可設計性。對于結(jié)構件來說，可以根據(jù)受力情況合理布置增強材對于結(jié)構件來說，可以根據(jù)受力情況合理布置增強材料，達到節(jié)約材料、減輕質(zhì)量的目的。料，達到節(jié)約材料、減輕質(zhì)量的目的。 對于有耐腐蝕性能要求的產(chǎn)品，設計時可以選用耐腐對于有耐腐蝕性能要求的產(chǎn)品，設計時可以選用耐腐蝕性能好的基體樹脂和增強材料；蝕性能好的基體樹脂和增強材料； 復合材料良好的可設計性還可以最大限度地克服其彈復合材料良好的可設計性還可以最大限度地克服其彈性模量、層間剪切強度低等缺點。性模量、層間剪切強度低等缺點。2022-5-242022-5-2

19、418183. 3. 電性能好電性能好復合材料具有優(yōu)良的電性能，通過選擇不同的樹脂基復合材料具有優(yōu)良的電性能，通過選擇不同的樹脂基體、增強材料和輔助材料，可以將其制成絕緣材料或?qū)щ婓w、增強材料和輔助材料，可以將其制成絕緣材料或?qū)щ姴牧?。例如，玻璃纖維增強的樹脂基復合材料具有優(yōu)良的材料。例如，玻璃纖維增強的樹脂基復合材料具有優(yōu)良的電絕緣性能，并且在高頻下仍能保持良好的介電性能，因電絕緣性能，并且在高頻下仍能保持良好的介電性能，因此可作為高性能電機、電器的絕緣材料；此可作為高性能電機、電器的絕緣材料； 玻璃纖維增強的樹脂基復合材料還具有良好的透波性玻璃纖維增強的樹脂基復合材料還具有良好的透波性能，

20、被廣泛地用于制造機載、艦載和地面雷達罩。能，被廣泛地用于制造機載、艦載和地面雷達罩。2022-5-242022-5-2419194. 4. 耐腐蝕性能好耐腐蝕性能好 聚合物基復合材料具有優(yōu)異的耐酸性能、耐海水性能、聚合物基復合材料具有優(yōu)異的耐酸性能、耐海水性能、也能耐堿、鹽和有機溶劑。因此它是一種優(yōu)良的耐腐蝕也能耐堿、鹽和有機溶劑。因此它是一種優(yōu)良的耐腐蝕材料，用其制造的化工管道、貯罐、塔器等具有較長的使材料，用其制造的化工管道、貯罐、塔器等具有較長的使用壽命、極低的維修費用用壽命、極低的維修費用。2022-5-242022-5-2420205. 5. 熱性能良好熱性能良好玻璃纖維增強的聚合物

21、基復合材料具有較低的導熱玻璃纖維增強的聚合物基復合材料具有較低的導熱系數(shù)，是一種優(yōu)良的絕熱材料。系數(shù)，是一種優(yōu)良的絕熱材料。選擇適當?shù)幕w材料和增強材料可以制成耐燒蝕材選擇適當?shù)幕w材料和增強材料可以制成耐燒蝕材料和熱防護材料，能有效地保護火箭、導彈和宇宙飛行料和熱防護材料，能有效地保護火箭、導彈和宇宙飛行器在器在20002000以上承受用溫、高速氣流的沖刷作用。以上承受用溫、高速氣流的沖刷作用。2022-5-242022-5-2421216.6.工藝性能優(yōu)良工藝性能優(yōu)良纖維增強的聚合物基復合材料具有優(yōu)良的工藝性能，纖維增強的聚合物基復合材料具有優(yōu)良的工藝性能，能滿足各種類型制品的制造需要，特

22、別適合于大型制品、能滿足各種類型制品的制造需要，特別適合于大型制品、形狀復雜、數(shù)量少制品的制造，形狀復雜、數(shù)量少制品的制造，2022-5-242022-5-242222(7)(7)彈性模量彈性模量金屬基和陶瓷基復合材料能夠在較高的溫度下長期使用，金屬基和陶瓷基復合材料能夠在較高的溫度下長期使用，但是聚合物基復合材料的彈性模量很低。因此，制成的制品但是聚合物基復合材料的彈性模量很低。因此，制成的制品容易變形容易變形 。 用碳纖維等高模量纖維作為增強材料可以提高復合材料用碳纖維等高模量纖維作為增強材料可以提高復合材料的彈性模量，另外，通過結(jié)構設計也可以克服其彈性模量差的彈性模量，另外，通過結(jié)構設計

23、也可以克服其彈性模量差的缺點。的缺點。 比模量系指在溫度為比模量系指在溫度為232和相對濕度為和相對濕度為505的條的條件下測量的楊氏模量件下測量的楊氏模量(單位單位:N.m-2)除以比重除以比重(單位單位:N.m-3)。楊氏模量就是指表達物體在變形時所受的應力與應變關楊氏模量就是指表達物體在變形時所受的應力與應變關系的比例常數(shù)。系的比例常數(shù)。2022-5-242022-5-2423238.8.長期耐熱性長期耐熱性金屬基和陶瓷基復合材料能在較高的溫度下長期使金屬基和陶瓷基復合材料能在較高的溫度下長期使用，但是聚合物基復合材料不能在高溫下長期使用，即用，但是聚合物基復合材料不能在高溫下長期使用，

24、即使耐高溫的聚酰亞胺基復合材料，其長期工作溫度也只使耐高溫的聚酰亞胺基復合材料，其長期工作溫度也只能在能在300 300 左右。左右。2022-5-242022-5-2424249.9.老化現(xiàn)象老化現(xiàn)象在白然條件下，由于紫外光在白然條件下，由于紫外光、濕熱、機械應力濕熱、機械應力、化學侵蝕的作用，會導致復合材料的性能變差，即發(fā)化學侵蝕的作用，會導致復合材料的性能變差，即發(fā)生所謂的老化現(xiàn)象。生所謂的老化現(xiàn)象。復合材料在使用過程中發(fā)生老化現(xiàn)象的程度與其復合材料在使用過程中發(fā)生老化現(xiàn)象的程度與其組成、結(jié)構和所處的環(huán)境有關。組成、結(jié)構和所處的環(huán)境有關。2022-5-242022-5-24252510.

25、 10. 抗疲勞性能好抗疲勞性能好首先，缺陷少的纖維的疲勞抗力很高；其次，基體的塑首先，缺陷少的纖維的疲勞抗力很高；其次，基體的塑性好，能消除或減小應力集中區(qū)的大小和數(shù)量。性好，能消除或減小應力集中區(qū)的大小和數(shù)量。11. 11. 減振能力強減振能力強復合材料的比模量高，所以它的自振頻率很高，不容易復合材料的比模量高，所以它的自振頻率很高，不容易發(fā)生共振而快速脆斷；另外，復合材料是一種非均質(zhì)多相體發(fā)生共振而快速脆斷；另外，復合材料是一種非均質(zhì)多相體系，在復合材料中振動衰減都很快。系，在復合材料中振動衰減都很快。2022-5-242022-5-2426266.4 陶瓷基納米復合材料陶瓷基納米復合材

26、料一一. 陶瓷基納米復合材料的制備陶瓷基納米復合材料的制備1. 粉末冶金法粉末冶金法工藝流程：工藝流程： 原料（陶瓷粉末、增強劑、粘結(jié)劑和助燒劑）原料（陶瓷粉末、增強劑、粘結(jié)劑和助燒劑）均勻混合（球磨、超聲等）均勻混合（球磨、超聲等） 冷壓成形冷壓成形 熱壓）燒結(jié)熱壓）燒結(jié) 適用于顆粒、晶須和短纖維增韌陶瓷基復合材料。適用于顆粒、晶須和短纖維增韌陶瓷基復合材料。2022-5-242022-5-2427272. 漿體法（濕態(tài)法）漿體法（濕態(tài)法） 為了克服粉末冶金法中各組元混合不均的問題，可為了克服粉末冶金法中各組元混合不均的問題，可采用漿體（濕態(tài)）法制備顆粒、晶須和短纖維增韌陶瓷采用漿體（濕態(tài)）

27、法制備顆粒、晶須和短纖維增韌陶瓷基復合材料?；鶑秃喜牧?。 其混合體為漿體形式?；旌象w中各組元保持散凝狀。其混合體為漿體形式?；旌象w中各組元保持散凝狀。即在漿體中呈彌散分布。即在漿體中呈彌散分布。 2022-5-242022-5-242828漿體法制備陶瓷基復合材料示意圖漿體法制備陶瓷基復合材料示意圖 2022-5-242022-5-2429293. 反應燒結(jié)法反應燒結(jié)法 用此方法制備陶瓷基復合材料，除基體材料幾乎無收用此方法制備陶瓷基復合材料，除基體材料幾乎無收縮外，還具有以下優(yōu)點：縮外，還具有以下優(yōu)點：（1）增強劑的體積比可以相當大；）增強劑的體積比可以相當大；（2）可用多種連續(xù)纖維預制體；

28、）可用多種連續(xù)纖維預制體；（3）大多數(shù)陶瓷基復合材料的反應燒結(jié)溫度低于陶瓷的）大多數(shù)陶瓷基復合材料的反應燒結(jié)溫度低于陶瓷的 燒結(jié)溫度，因此可避免纖維的損傷。燒結(jié)溫度，因此可避免纖維的損傷。 此方法最大的缺點是高氣孔率難以避免此方法最大的缺點是高氣孔率難以避免。2022-5-242022-5-2430304. 液態(tài)浸漬法液態(tài)浸漬法 用此方法制備陶瓷基復合材料，化學反應、熔用此方法制備陶瓷基復合材料，化學反應、熔體粘度、熔體對增強材料的浸潤性是首要考慮的問體粘度、熔體對增強材料的浸潤性是首要考慮的問題，這些因素直接影響著材料的性能。陶瓷熔體可題，這些因素直接影響著材料的性能。陶瓷熔體可通過毛細作用

29、滲入增強劑預制體的孔隙。施加壓力通過毛細作用滲入增強劑預制體的孔隙。施加壓力或抽真空將有利于浸漬過程?；虺檎婵諏⒂欣诮n過程。 2022-5-242022-5-2431315. 直接氧化法直接氧化法 按部件形狀制備增強體預制體，將隔板放在其表面按部件形狀制備增強體預制體，將隔板放在其表面上以阻止基體材料的生長。熔化的金屬在氧氣的作用下上以阻止基體材料的生長。熔化的金屬在氧氣的作用下發(fā)生直接氧化反應形成所需的反應產(chǎn)物。由于在氧化產(chǎn)發(fā)生直接氧化反應形成所需的反應產(chǎn)物。由于在氧化產(chǎn)物中的空隙管道的液吸作用，熔化金屬會連續(xù)不斷地供物中的空隙管道的液吸作用，熔化金屬會連續(xù)不斷地供給到生長前沿。給到生長

30、前沿。 Al + 空氣空氣 Al2O3 Al + 氮氣氮氣 AlN 2022-5-242022-5-2432326. 溶膠溶膠 凝膠（凝膠（Sol Gel）法）法 溶膠（溶膠（Sol）是由于化學反應沉積而產(chǎn)生的微小顆粒）是由于化學反應沉積而產(chǎn)生的微小顆粒（直徑（直徑 100nm）的懸浮液；凝膠（）的懸浮液；凝膠（Gel ）是水分減少的）是水分減少的溶膠，即比溶膠粘度大的膠體。溶膠，即比溶膠粘度大的膠體。 Sol Gel法是指金屬有機或無機化合物經(jīng)溶液、溶膠、法是指金屬有機或無機化合物經(jīng)溶液、溶膠、凝膠等過程而固化，再經(jīng)熱處理生成氧化物或其它化合物凝膠等過程而固化，再經(jīng)熱處理生成氧化物或其它化合

31、物固體的方法。該方法可控制材料的微觀結(jié)構，使均勻性達固體的方法。該方法可控制材料的微觀結(jié)構，使均勻性達到微米、納米甚至分子量級水平。到微米、納米甚至分子量級水平。 2022-5-242022-5-243333 （1）Sol Gel法制備法制備SiO2陶瓷原理如下：陶瓷原理如下： Si(OR)4 + 4 H2O Si(OH)4+ 4 ROH Si(OH)4 SiO2 + 2 H2O 使用這種方法，可將各種增強劑加入基體溶膠中攪拌使用這種方法，可將各種增強劑加入基體溶膠中攪拌均勻，當基體溶膠形成凝膠后，這些增強組元穩(wěn)定、均勻均勻，當基體溶膠形成凝膠后，這些增強組元穩(wěn)定、均勻分布在基體中，經(jīng)過干燥或

32、一定溫度熱處理，然后壓制燒分布在基體中，經(jīng)過干燥或一定溫度熱處理，然后壓制燒結(jié)形成相應的復合材料。結(jié)形成相應的復合材料。 2022-5-242022-5-2434347.化學氣相沉積法（化學氣相沉積法（CVD） 是以氣態(tài)物質(zhì)為原料，在高溫下發(fā)生熱分解或化是以氣態(tài)物質(zhì)為原料，在高溫下發(fā)生熱分解或化學反應合成材料的一種方法。學反應合成材料的一種方法。 A(g) B(s)+C(g) 例如：例如：CH3SiCl3(g) SiO2(s)+3HCl (g) 或：或： A(g) + B(g) C(s)D(g) 例如：例如：SiCl4(g) O2(g) SiO2(s)+Cl2(g) 能夠制備碳化物、氧化物、氮

33、化物和硼化物等。能夠制備碳化物、氧化物、氮化物和硼化物等。 生產(chǎn)效率降低，需生產(chǎn)效率降低，需1421天。天。2022-5-242022-5-2435358. 化學氣相浸漬（化學氣相浸漬（CVI）法）法 與與CVD法類似，不同點是氣源不僅熱分解或化法類似，不同點是氣源不僅熱分解或化學反應，而且還與坯體表面的元素發(fā)生反應，并在孔學反應，而且還與坯體表面的元素發(fā)生反應，并在孔隙中沉積反應產(chǎn)物。隙中沉積反應產(chǎn)物。2022-5-242022-5-2436369. 其它方法其它方法（1）聚合物先驅(qū)體熱解法聚合物先驅(qū)體熱解法 以高分子聚合物為先驅(qū)體成型后使高分子先驅(qū)體發(fā)生熱解以高分子聚合物為先驅(qū)體成型后使高

34、分子先驅(qū)體發(fā)生熱解反應轉(zhuǎn)化為無機物質(zhì)，然后再經(jīng)高溫燒結(jié)制備成陶瓷基復合反應轉(zhuǎn)化為無機物質(zhì)，然后再經(jīng)高溫燒結(jié)制備成陶瓷基復合材料。此方法可精確控制產(chǎn)品的化學組成、純度以及形狀。材料。此方法可精確控制產(chǎn)品的化學組成、純度以及形狀。最常用的高聚物是有機硅（聚碳硅烷、酚醛樹酯、瀝青等最常用的高聚物是有機硅（聚碳硅烷、酚醛樹酯、瀝青等)。 制備工藝流程：制備工藝流程： a. 制備增強劑預制體制備增強劑預制體浸漬聚合物先驅(qū)體浸漬聚合物先驅(qū)體熱解熱解 再浸漬再浸漬再熱解再熱解 b. 陶瓷粉陶瓷粉+聚合物先驅(qū)體聚合物先驅(qū)體均勻混合均勻混合模壓成型模壓成型熱解熱解 2022-5-242022-5-243737(

35、2)原位復合法原位復合法 利用化學反應生成增強組元利用化學反應生成增強組元晶須或高長徑比晶體晶須或高長徑比晶體來增強陶瓷基體的工藝稱為原位復合法。其關鍵是在陶來增強陶瓷基體的工藝稱為原位復合法。其關鍵是在陶瓷基體中均勻加入可生成晶須的元素或化合物，控制其瓷基體中均勻加入可生成晶須的元素或化合物，控制其生長條件使在基體致密化過程中在原位同時生長出晶須；生長條件使在基體致密化過程中在原位同時生長出晶須；或控制燒結(jié)工藝，在陶瓷液相燒結(jié)時生長高長徑比的晶或控制燒結(jié)工藝，在陶瓷液相燒結(jié)時生長高長徑比的晶相，最終形成陶瓷基復合材料。相，最終形成陶瓷基復合材料。2022-5-242022-5-243838二

36、二. .陶瓷基復合材料的界面和界面設計陶瓷基復合材料的界面和界面設計1. 界面的粘結(jié)形式界面的粘結(jié)形式 （1）機械結(jié)合）機械結(jié)合 （2）化學結(jié)合）化學結(jié)合 陶瓷基復合材料往往在高溫下制備，由于增強陶瓷基復合材料往往在高溫下制備，由于增強體與基體的原子擴散，在界面上更易形成固溶體和體與基體的原子擴散，在界面上更易形成固溶體和化合物。此時其界面是具有一定厚度的反應區(qū)，它化合物。此時其界面是具有一定厚度的反應區(qū)，它與基體和增強體都能較好的結(jié)合，但通常是脆性的。與基體和增強體都能較好的結(jié)合，但通常是脆性的。2022-5-242022-5-2439392. 界面的作用界面的作用 陶瓷基復合材料的界面一方

37、面應強到足以傳遞陶瓷基復合材料的界面一方面應強到足以傳遞軸向載荷并具有高的橫向強度；另一方面要弱到足軸向載荷并具有高的橫向強度；另一方面要弱到足以沿界面發(fā)生橫向裂紋及裂紋偏轉(zhuǎn)直到纖維的拔出。以沿界面發(fā)生橫向裂紋及裂紋偏轉(zhuǎn)直到纖維的拔出。 2022-5-242022-5-2440403. 界面性能的改善界面性能的改善 為了獲得最佳界面結(jié)合強度，希望避免界面化學反為了獲得最佳界面結(jié)合強度，希望避免界面化學反應或盡量降低界面的化學反應程度和范圍。實際當中除應或盡量降低界面的化學反應程度和范圍。實際當中除選擇增強劑和基體在制備和材料服役期間能形成熱動力選擇增強劑和基體在制備和材料服役期間能形成熱動力學

38、穩(wěn)定的界面外，就是纖維表面涂層處理。包括學穩(wěn)定的界面外，就是纖維表面涂層處理。包括C、SiC、BN、ZrO2 和和SnO2等。纖維表面涂層處理對纖維還可起等。纖維表面涂層處理對纖維還可起到保護作用。纖維表面雙層涂層處理是最常用的方法。到保護作用。纖維表面雙層涂層處理是最常用的方法。其中里面的涂層以達到鍵接及滑移的要求，而外部涂層其中里面的涂層以達到鍵接及滑移的要求，而外部涂層在較高溫度下防止纖維機械性能降解。在較高溫度下防止纖維機械性能降解。2022-5-242022-5-244141三三. 納米復合陶瓷的作用機制納米復合陶瓷的作用機制1.顯微結(jié)構顯微結(jié)構（1）晶粒細化）晶粒細化 在微米級陶瓷

39、基中加入納米顆粒可以抑制基體晶粒的長在微米級陶瓷基中加入納米顆?？梢砸种苹w晶粒的長大，例如納米大，例如納米SiC的加入可以抑制的加入可以抑制Al2O3晶粒的尺寸，原因可晶粒的尺寸，原因可解釋為：解釋為：SiC與與Al2O3 不發(fā)生反應，也難于移動或粗化，使不發(fā)生反應，也難于移動或粗化，使晶界移動困難，從而抑制晶界移動困難，從而抑制Al2O3晶粒的長大；納米晶粒的長大；納米SiC的加的加入提高了成核濃度，在減小晶粒尺寸的同時促使晶粒大小均入提高了成核濃度，在減小晶粒尺寸的同時促使晶粒大小均勻化，減小了晶粒異常長大的可能性，這種均勻細化的顯微勻化，減小了晶粒異常長大的可能性，這種均勻細化的顯微結(jié)

40、構有利于提高材料的抗彎強度。一般結(jié)構有利于提高材料的抗彎強度。一般Al2O3晶粒的大小隨晶粒的大小隨SiC納米顆粒含量的增多和粒徑的減小而減小。納米顆粒含量的增多和粒徑的減小而減小。2022-5-242022-5-244242（2）微米晶粒的潛在納米化效應）微米晶粒的潛在納米化效應 由于納米顆粒在微米級基體晶粒內(nèi)的存在，次界面處存由于納米顆粒在微米級基體晶粒內(nèi)的存在，次界面處存在較大的殘余應力，使基體的晶粒內(nèi)產(chǎn)生大量的亞晶界和潛在較大的殘余應力，使基體的晶粒內(nèi)產(chǎn)生大量的亞晶界和潛在的微裂紋。亞晶界的產(chǎn)生使基體更加細化，從而進一步提在的微裂紋。亞晶界的產(chǎn)生使基體更加細化，從而進一步提高材料的抗彎

41、強度。實際上亞晶界或微裂紋的存在使基體晶高材料的抗彎強度。實際上亞晶界或微裂紋的存在使基體晶粒處于一種潛在分化狀態(tài)，即粒處于一種潛在分化狀態(tài)，即“納米化效應納米化效應”.（3）納米顆粒對基體晶粒形狀的影響）納米顆粒對基體晶粒形狀的影響 對納米對納米Si3N4復合陶瓷，納米顆粒的存在促使基體晶粒復合陶瓷，納米顆粒的存在促使基體晶粒呈細長的棒狀生長。這種棒狀晶粒的作用類似于晶須，可使呈細長的棒狀生長。這種棒狀晶粒的作用類似于晶須，可使裂紋偏轉(zhuǎn)和裂紋橋接機理發(fā)揮作用，從而提高材料韌性。裂紋偏轉(zhuǎn)和裂紋橋接機理發(fā)揮作用，從而提高材料韌性。2022-5-242022-5-2443432.晶內(nèi)韌化機理晶內(nèi)韌

42、化機理晶內(nèi)型納米相的韌化機理主要有以下幾個方面：晶內(nèi)型納米相的韌化機理主要有以下幾個方面： 晶內(nèi)型結(jié)構導致納米化效應。晶內(nèi)型結(jié)構導致納米化效應。 納米粒子進入微米級陶瓷基體后，納米顆粒與基體顆納米粒子進入微米級陶瓷基體后，納米顆粒與基體顆粒的尺寸存在著數(shù)量級的差異，使納米相的燒結(jié)溫度比基粒的尺寸存在著數(shù)量級的差異，使納米相的燒結(jié)溫度比基體的低，因此在一定溫度下基體顆粒開始下納米顆粒收縮，體的低，因此在一定溫度下基體顆粒開始下納米顆粒收縮，并發(fā)生致密化；與此同時，納米顆粒將完全進入基體內(nèi)部，并發(fā)生致密化；與此同時，納米顆粒將完全進入基體內(nèi)部，所以材料結(jié)構中出晶體顆粒間的主晶界外，在納米相好基所以

43、材料結(jié)構中出晶體顆粒間的主晶界外，在納米相好基體顆粒間還存在著大量次晶界和微裂紋，引起基體顆粒的體顆粒間還存在著大量次晶界和微裂紋，引起基體顆粒的潛在分化，相當于組織的再細化，使得主晶界的作用被削潛在分化，相當于組織的再細化，使得主晶界的作用被削弱。弱。2022-5-242022-5-244444 誘發(fā)穿晶斷裂誘發(fā)穿晶斷裂 納米化效應使晶粒內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，且兩種顆粒的納米化效應使晶粒內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，且兩種顆粒的熱膨脹系數(shù)和彈性模量失配，在主晶界出形成了強化作熱膨脹系數(shù)和彈性模量失配，在主晶界出形成了強化作用的壓應力，而在次晶界處（基體內(nèi)部）形成局部拉應用的壓應力，而在次晶界處（基體內(nèi)部）形成局

44、部拉應力，致使穿晶斷裂概率大大增加。力，致使穿晶斷裂概率大大增加。 納米粒子是裂紋二次偏轉(zhuǎn)或被釘扎納米粒子是裂紋二次偏轉(zhuǎn)或被釘扎 沿晶內(nèi)微裂紋或次晶界擴展的主裂紋前端遇到納米沿晶內(nèi)微裂紋或次晶界擴展的主裂紋前端遇到納米粒子是，無法穿過而發(fā)生偏轉(zhuǎn)或被釘扎，耗散了斷裂能粒子是，無法穿過而發(fā)生偏轉(zhuǎn)或被釘扎，耗散了斷裂能量，是材料增強增韌。量，是材料增強增韌。2022-5-242022-5-2445453.晶間強韌化機理晶間強韌化機理晶間型結(jié)構強韌化機理主要有以下幾種：晶間型結(jié)構強韌化機理主要有以下幾種： 主晶界被納米粒子局部強化主晶界被納米粒子局部強化 納米粒子納米粒子-基體的晶界較微米基體的晶界較

45、微米-微米復合陶瓷的晶界干凈，微米復合陶瓷的晶界干凈，雜質(zhì)和玻璃相極少，晶界強度大大提高，納米相與基體結(jié)合雜質(zhì)和玻璃相極少，晶界強度大大提高，納米相與基體結(jié)合較好，起到了固定晶界、強化晶界的作用較好，起到了固定晶界、強化晶界的作用 晶界納米粒子使裂紋二次偏轉(zhuǎn)或被釘扎晶界納米粒子使裂紋二次偏轉(zhuǎn)或被釘扎 沿主晶界擴展的微裂紋前端遇到納米粒子時，因晶界強沿主晶界擴展的微裂紋前端遇到納米粒子時，因晶界強度很高而無法繼續(xù)前進，或被釘扎，或在更大外力作用下偏度很高而無法繼續(xù)前進，或被釘扎，或在更大外力作用下偏轉(zhuǎn)進入晶內(nèi)，誘發(fā)了穿晶斷裂。轉(zhuǎn)進入晶內(nèi)，誘發(fā)了穿晶斷裂。2022-5-242022-5-24464

46、6 晶間納米粒子形成有利的應力分布晶間納米粒子形成有利的應力分布 當納米相的彈性模量大于基體時，納米粒子周圍形當納米相的彈性模量大于基體時，納米粒子周圍形成切向壓應力，使得朝向納米粒子擴展的主裂紋遠離該成切向壓應力，使得朝向納米粒子擴展的主裂紋遠離該粒子所在晶界面向晶內(nèi)前進，并增加了裂紋擴展路徑。粒子所在晶界面向晶內(nèi)前進，并增加了裂紋擴展路徑。2022-5-242022-5-2447476-5 金屬基納米復合材金屬基納米復合材料料 金屬基納米復合材料是以金屬及合金為基體，金屬基納米復合材料是以金屬及合金為基體，與一種或幾種金屬或非金屬納米級增強體結(jié)合的與一種或幾種金屬或非金屬納米級增強體結(jié)合的

47、復合材料，因兼有金屬和納米相而具有獨特的結(jié)復合材料，因兼有金屬和納米相而具有獨特的結(jié)構特征和物理、化學及力學性能，成為一種新興構特征和物理、化學及力學性能，成為一種新興的納米復合材料和新型金屬功能材料。的納米復合材料和新型金屬功能材料。2022-5-242022-5-244848一、金屬基納米復合材料的制備一、金屬基納米復合材料的制備1. 粉末冶金法粉末冶金法 粉末冶金法是一種制備非連續(xù)增強相金屬基復合材粉末冶金法是一種制備非連續(xù)增強相金屬基復合材料常采用的工藝。其優(yōu)點如下：料常采用的工藝。其優(yōu)點如下： 1）與液相法相比，制備溫度低，界面反應可控；）與液相法相比，制備溫度低，界面反應可控； 2

48、）可根據(jù)要求設計復合材料的性能；）可根據(jù)要求設計復合材料的性能； 3）利于增強相與金屬基體的均勻混合。）利于增強相與金屬基體的均勻混合。 4）其組織致密、細化、均勻、內(nèi)部缺陷明顯改善；）其組織致密、細化、均勻、內(nèi)部缺陷明顯改善； 5）利于凈成型或近凈成型，二次加工性能好。）利于凈成型或近凈成型，二次加工性能好。 但工藝流程較長，成本較高是這種工藝的缺點。但工藝流程較長，成本較高是這種工藝的缺點。2022-5-242022-5-2449492. 固態(tài)法固態(tài)法 是一種連續(xù)增強相金屬基復合材料制備工藝是一種連續(xù)增強相金屬基復合材料制備工藝（1）真空熱壓擴散結(jié)合）真空熱壓擴散結(jié)合 （2）熱等靜壓（）熱

49、等靜壓（HIP） （3）模壓成型）模壓成型 模壓成型也是擴散結(jié)合的一種手段。將纖維模壓成型也是擴散結(jié)合的一種手段。將纖維/基體預制基體預制體放置在具有一定形狀的模具中進行擴散結(jié)合，最終得到體放置在具有一定形狀的模具中進行擴散結(jié)合，最終得到一定形狀的最終制品。常用這種工藝制備各種型材。一定形狀的最終制品。常用這種工藝制備各種型材。 2022-5-242022-5-2450503.3.液態(tài)法（非連續(xù)增強相金屬基復合材料制備工藝）液態(tài)法（非連續(xù)增強相金屬基復合材料制備工藝）（1 1）壓鑄法）壓鑄法 在壓力的作用下，將液態(tài)或半液態(tài)金屬以一定速度在壓力的作用下，將液態(tài)或半液態(tài)金屬以一定速度充填壓鑄模型腔

50、或增強材料預制體的空隙中，在壓力下充填壓鑄模型腔或增強材料預制體的空隙中，在壓力下快速凝固成型。快速凝固成型。 （2 2）半固態(tài)復合鑄造）半固態(tài)復合鑄造 將顆粒加入半固態(tài)的金屬熔體中，通過攪拌使顆粒將顆粒加入半固態(tài)的金屬熔體中，通過攪拌使顆粒在基體中分布均勻，并取得良好的界面結(jié)合，然后將半在基體中分布均勻，并取得良好的界面結(jié)合，然后將半固態(tài)復合材料注入模具進行壓鑄成型。固態(tài)復合材料注入模具進行壓鑄成型。 2022-5-242022-5-245151（3 3）噴射成型法）噴射成型法 噴射沉積工藝是一種噴射沉積工藝是一種8080年代逐漸成熟的將粉末冶金工藝中年代逐漸成熟的將粉末冶金工藝中混合與凝固

51、兩個過程相結(jié)合的新工藝?；旌吓c凝固兩個過程相結(jié)合的新工藝。 該工藝過程是將基體金屬在坩該工藝過程是將基體金屬在坩堝中熔煉后，在壓力作用下通過堝中熔煉后，在壓力作用下通過噴嘴送入霧化器，在高速惰性氣噴嘴送入霧化器，在高速惰性氣體射流的作用下，液態(tài)金屬被分體射流的作用下，液態(tài)金屬被分散為細小的液滴，形成散為細小的液滴，形成“霧化霧化錐錐”；同時通過一個或多個噴嘴；同時通過一個或多個噴嘴向向“霧化錐霧化錐”噴射入增強顆粒，噴射入增強顆粒，使之與金屬霧化液滴一齊在一基使之與金屬霧化液滴一齊在一基板（收集器）上沉積并快速凝固板（收集器）上沉積并快速凝固形成顆粒增強金屬基復合材料形成顆粒增強金屬基復合材料

52、。 2022-5-242022-5-245252無壓浸滲法無壓浸滲法制備制備Al2O3(f)/Al復合材復合材料料工藝原理示意圖工藝原理示意圖 （4 4）無壓浸滲法）無壓浸滲法 美國美國LanxideLanxide公司開發(fā)的一種公司開發(fā)的一種新工藝。新工藝。 將增強材料制成預制體置于將增強材料制成預制體置于由氧化鋁制成的容器中。再將基由氧化鋁制成的容器中。再將基體金屬坯料置于增強材料預制體體金屬坯料置于增強材料預制體上部。然后一同裝入可通氮氣的上部。然后一同裝入可通氮氣的加熱爐中。通過加熱，基體金屬加熱爐中。通過加熱，基體金屬熔化，并自發(fā)浸滲入網(wǎng)絡狀增強熔化，并自發(fā)浸滲入網(wǎng)絡狀增強材料預制體中

53、。材料預制體中。 2022-5-242022-5-2453534. 原位（原位（In situ）生長（復合）法）生長（復合）法 增強相從基體中直接生成，生成相的熱力學穩(wěn)定性增強相從基體中直接生成，生成相的熱力學穩(wěn)定性好，不存在基體與增強相之間的潤濕和界面反應等問題，好，不存在基體與增強相之間的潤濕和界面反應等問題，基體與增強相結(jié)合良好，較好的解決了界面相容性問題?；w與增強相結(jié)合良好，較好的解決了界面相容性問題。 2022-5-242022-5-245454二二. 金屬基復合材料的性能金屬基復合材料的性能1. 1. 高比強度、比模量高比強度、比模量 由于在金屬基體中加入了適量的由于在金屬基體中

54、加入了適量的高強度、高模量、高強度、高模量、低密度低密度的纖維、晶須、的纖維、晶須、顆顆粒等增強物，明顯提高了粒等增強物，明顯提高了復合材料的復合材料的比強度和比模量比強度和比模量，特別是高性能連續(xù)纖，特別是高性能連續(xù)纖維維 硼纖維、碳硼纖維、碳( (石墨石墨) )纖維、碳化硅纖維等增強物，纖維、碳化硅纖維等增強物，具有很高的強度和模量。用高比強度、比模量復合具有很高的強度和模量。用高比強度、比模量復合材料制成的構件重量輕、剛性好、強度高，是航空、材料制成的構件重量輕、剛性好、強度高，是航空、航天技術領域中理想的結(jié)構材料。航天技術領域中理想的結(jié)構材料。2022-5-242022-5-24555

55、52. 2. 導熱、導電性能導熱、導電性能 金屬基復合材料中金屬基體占有很高的體積分金屬基復合材料中金屬基體占有很高的體積分數(shù)，一般在數(shù)，一般在6060以上，因此以上，因此仍保持金屬所具有的良好仍保持金屬所具有的良好導熱和導電性導熱和導電性。 為了解決高集成度電子器件的散熱問題，現(xiàn)已為了解決高集成度電子器件的散熱問題，現(xiàn)已研究成功的超高模量石墨纖維、金剛石纖維、金剛石研究成功的超高模量石墨纖維、金剛石纖維、金剛石顆粒增強鋁基、銅基復合材料的導熱率比純鋁、鋼還顆粒增強鋁基、銅基復合材料的導熱率比純鋁、鋼還高，用它們制成的集成電路底板和封裝件可有效迅速高，用它們制成的集成電路底板和封裝件可有效迅速

56、地把熱量散去，提高了集成電路的可靠性。地把熱量散去，提高了集成電路的可靠性。2022-5-242022-5-245656 3. 3. 熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好 加入相當含量的增強物不僅大幅度提高材料的強度和加入相當含量的增強物不僅大幅度提高材料的強度和模量，也使其熱膨脹系數(shù)明顯下降，并可通過調(diào)整增強模量，也使其熱膨脹系數(shù)明顯下降，并可通過調(diào)整增強物的含量獲得不同的熱膨脹系數(shù)以滿足各種工況要求。物的含量獲得不同的熱膨脹系數(shù)以滿足各種工況要求。 例如，石墨纖維增強鎂基復合材料例如，石墨纖維增強鎂基復合材料，當石墨纖維含，當石墨纖維含量達到量達到4848w w時，復合材料

57、的熱膨脹系數(shù)為零，即在溫度時，復合材料的熱膨脹系數(shù)為零，即在溫度變化時使用這種復合材料做成的零件不發(fā)生熱變形，這變化時使用這種復合材料做成的零件不發(fā)生熱變形，這對對人人造衛(wèi)星構件特別重要。造衛(wèi)星構件特別重要。 通過選擇不同的基體金屬和增強物，以一定的比例通過選擇不同的基體金屬和增強物，以一定的比例復合在一起，可得到導熱性好、熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)復合在一起，可得到導熱性好、熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好的金屬基復合材料。定性好的金屬基復合材料。 2022-5-242022-5-2457574. 4. 良好的高溫性能良好的高溫性能 由于金屬基體的高溫性能比聚合物高很多，增強由于金屬基體的高溫性能比聚合

58、物高很多，增強纖維、晶須、顆粒在高溫下又都具有很高的高溫強纖維、晶須、顆粒在高溫下又都具有很高的高溫強度和模量。因此金屬基復合材料具有比基體金屬更度和模量。因此金屬基復合材料具有比基體金屬更高的高溫性能，特別是連續(xù)纖維增強金屬基復合材高的高溫性能，特別是連續(xù)纖維增強金屬基復合材料，在復合材料中纖維起著主要承載作用，纖維強料，在復合材料中纖維起著主要承載作用，纖維強度在高溫下基本不下降，纖維增強金屬基復合材料度在高溫下基本不下降，纖維增強金屬基復合材料的高溫性能可保持到接近金屬熔點，并比金屬基體的高溫性能可保持到接近金屬熔點，并比金屬基體的高溫性能高許多。的高溫性能高許多。2022-5-2420

59、22-5-2458585.5.耐磨性好耐磨性好 金屬基復合材料，尤其是陶瓷纖維、晶須、顆粒金屬基復合材料，尤其是陶瓷纖維、晶須、顆粒增強金屬基復合材料具有很好的耐磨性。這是因為在增強金屬基復合材料具有很好的耐磨性。這是因為在基體金屬中加入了大量的陶瓷增強物，特別是細小的基體金屬中加入了大量的陶瓷增強物，特別是細小的陶瓷顆粒。陶瓷顆粒。 6.6.良好的疲勞性能和斷裂韌性良好的疲勞性能和斷裂韌性 金屬基復合材料的疲勞性能和斷裂韌性取決于纖金屬基復合材料的疲勞性能和斷裂韌性取決于纖維等增強物與金屬基體的界面結(jié)合狀態(tài)、增強物在金維等增強物與金屬基體的界面結(jié)合狀態(tài)、增強物在金屬基體中的分布以及金屬、增強

60、物本身的特性，特別屬基體中的分布以及金屬、增強物本身的特性，特別是界面狀態(tài)。最佳的界面結(jié)合狀態(tài)，既可有效地傳遞是界面狀態(tài)。最佳的界面結(jié)合狀態(tài)，既可有效地傳遞載荷，又能阻止裂紋的擴展，提高材料的斷裂韌性。載荷，又能阻止裂紋的擴展，提高材料的斷裂韌性。據(jù)美國宇航公司報道，據(jù)美國宇航公司報道，C CAlAl復合材料的疲勞強度與拉復合材料的疲勞強度與拉伸強度比為伸強度比為0.70.7左右。左右。2022-5-242022-5-2459597) 7) 不吸潮、不老化、氣密性好不吸潮、不老化、氣密性好 與聚合物相比，金屬性質(zhì)穩(wěn)定、組織致密，不與聚合物相比，金屬性質(zhì)穩(wěn)定、組織致密，不存在老化、分解、吸潮等問