从钢中珠光体看脆性材料强韧化仿生结构设计

叠层复合材料是人们受自然界贝壳结构的启发而设计开发的一种新型结构材料.钢中共析珠光体具有片层状结构,其实就是一种典型的叠层复合材料.介绍了珠光体和贝壳珍珠层的微结构及其力学性能特征、脆性材料强韧化结构的设计,并综述了叠层复合材料的国内外研究现状,对新型叠层复合材料的许多不足和发展趋势提出了初步的想法.     

NiAl基复合材料的强韧化方法及机理

综合评述了NiAl基复合材料强韧化的研究进展,着重介绍了提高NiAl基复合材料强韧化的几种方法及机理,包括合金化、细化微观组织或复相强化、采用先进工艺技术等.每一种方法都只能在一定的范围内达到改善性能的目的.并就目前研究进展中存在的不足以及该领域的发展方向提出一些看法.如果深化原子尺度精细结构研究,结合新的工艺及设备开发有望从根本上解决NiAl合金的性能障碍.     

先进复合材料的宏微观力学与强韧化设计: 挑战与发展

介绍了在先进复合材料的宏微观力学与强韧化设计领域内的国际发展趋势和国内发展状况、研究的科学意义、主要研究内容和面临的挑战、先进复合材料强韧化机制和原理、复合材料的宏微观力学理论与强韧化设计基本方法、存在的难点问题和发展方向。      

MOSi2材料的强韧化研究进展

综述了近年来MoSi2材料的强韧化研究进展,主要包括复合化Si3 N4、ZrO2、SiC、TiC、La2O3、多种增强体和合金元素Al、Re、Nb对MoSi2性能的影响及强韧化机理,并展望了MoSi2材料的强韧化发展趋势.     

低合金钢亚温淬火强韧化研究

借助扫描电镜，透射电镜，Ｘ射线衍射仪等对低合金钢２７ＳｉＭｎ亚温淬火的强韧机理进行了研究。结果表明，位错强化，固溶强化，细晶强化及铁素体韧化等综合作用合金钢亚温淬火后强韧化效果较好。     

多相多尺度铝基复合材料构型强韧化研究进展

总结了铝基复合材料制备方法及构型复合化设计思路,列举了近年来铝基复合材料通过构型复合化改进材料的强度与韧性匹配关系的最新研究成果,展望了具有先进构型的铝基复合材料走向工业化应用的途径。     

纳米碳/铝复合材料强韧化研究现状及展望

以碳纳米管、石墨烯为代表的超高性能纳米碳,具有优越的力、热、电等综合性能,是复合材料的理想增强体,以纳米碳为强化相少量加入到铝中,有望开发出高强、高模、低热膨胀的复合材料,并使复合材料保持轻质、易加工等特性,在航空、航天、国防等领域具有重大的应用前景,因而以纳米碳/铝为代表的新一代铝基复合材料备受关注。然而,碳纳米管等纳米碳易团聚,与铝等大多数金属并不浸润,且容易分布在晶界上诱导显著的晶粒细化,使得复合材料的强韧性等关键性能指标提升困难,或者使强度提高的同时使塑韧性下降显著,限制了其工程应用潜力。综述近年来国内外研究者在纳米碳/铝复合材料强韧化方面的策略和方法,包括纳米碳分散、界面和构型调控等,以期推动新一代轻质高强纳米碳/铝复合材料的发展,支撑国家未来重大工程应用。     

铜基复合材料的构型多功能化

金属基复合材料(MMCs)由于其优异的性能,在空天、交通、电子、能源等领域的应用中具有不可替代的作用。随着科学技术的发展,单一高性能的金属基复合材料常不能满足越来越复杂的使役条件,亟需发展综合性能优异、多功能协同的新型金属基复合材料。然而,不同性能之间由于多种增强机制耦合,其解耦调控困难,使得它们呈现倒置关系。近年来,通过调控增强体在金属基体中的空间分布,即对复合构型开展研究,充分发挥复合材料的可设计性,最终实现金属基复合材料的多性能之间的协同,已成为该领域发展的重要趋势。本文在本研究团队前期关于金属材料构型化复合的研究基础上,以纳米碳/铜基复合材料为典型范例,对我们在该类新型材料研究中通过复合构型设计实现结构-功能一体化的最新进展,即"微纳砖砌"构型对强度-塑韧性-导电性能的协同进行了总结和介绍,并对该领域的发展趋势进行了展望。     

二硅化钼材料复合强韧化的研究进展

MoSi2因其优异的性能而被认为是最有前途的高温结构金属间化合物,但是低的室温韧性和高温强度限制了其作为高温结构材料的应用,第二相陶瓷复合化是一种有效的低温增韧和高温补强的方法.介绍了复合强韧化MoSi2所取得的成果,着重对氧化物、碳化物、氮化物和硼化物增强MoSi2材料进行了总结和评述,最后认为多元复合化是未来研究的方向.     

马氏体时效钢的强韧化设计

马氏体时效钢是用途最为广泛的超高强度钢,其强韧化设计是研究的主要内容。在回顾超高强度钢至马氏体时效钢的强韧化发展历程和总结马氏体时效钢的强韧化元素的作用与强韧化机制的基础上,提出了一些马氏体时效钢的强韧化设计原理,并对马氏体时效钢未来的强韧化设计进行了展望。     

仿生设计的Al2O3／纤维增强树脂层状复合材料

把贝壳珍珠层的韧化机制和结构机理应用于陶瓷基复合材料的仿生设计中，制备出Ａｌ２Ｏ３／环氧树脂及Ａｌ２Ｏ３／芳纶纤维增强环氧树脂叠层仿珍珠层复合材料。三点弯曲试验表明，与单相Ａｌ２Ｏ３相比，Ａｌ２Ｏ３／环氧树复合材料的断裂功提高２５％，而Ａｌ２Ｏ３／芳纶纤维增强环氧树脂的断裂功提高８０倍Ａｌ２Ｏ３／环氧树脂复合材料的断裂形貌与珍珠层相似，裂缝曲折扩展；而Ａｌ２Ｏ３／芳纶纤维增强环氧树脂复合材料除具有     

挤压铸造法制备双连续β-Si3N4增强铝基复合材料

通过碳热还原法制备了气孔率为53.4%~70.2%的β-Si3N4多孔预制体,利用挤压铸造法制备双连续β-Si3N4增强铝基复合材料。随着β-Si3N4陶瓷增强相体积分数的增加,复合材料的弯曲强度由383.9 MPa增加到584.8 MPa,显微硬度由162.7HV增加到241.5HV,断裂韧性由11.9 MPa·m1/2下降到9.5 MPa·m1/2。铝合金基体的断裂模式是韧性断裂,β-Si3N4棒状晶的断裂模式受到晶粒取向的影响。复合材料强韧化机制主要有负荷传递、位错增殖、裂纹桥联、裂纹偏转和微裂纹增韧。     

高强度钢超高周疲劳的研究进展

近年来,高速列车、汽车、航天器中的核心工程构件承受的疲劳循环已达108～1010周次甚至更高.目前的研究结果表明,高强钢材料在10 7周次以上的超高周疲劳阶段内仍会发生疲劳断裂,不存在传统的疲劳极限.因此,研究高强钢的超高周疲劳特性不仅有助于理解疲劳机理,而且有利于研究材料超高周疲劳设计及寿命评估方法.论述了高强钢超高周疲劳研究的背景和意义,介绍了近几年超高周疲劳的研究成果,包括S-N曲线的特征、裂纹萌生特征和扩展机理、断面上鱼眼形貌等,并给出了未来超高周疲劳的研究方向.     

层状复合陶瓷材料的研究进展

层状复合陶瓷材料是目前陶瓷增韧的最有效途径之一,有着广泛的应用前景,是陶瓷增韧研究的热点,近年来发展很快．本文介绍了层状复合陶瓷材料的结构设计、制备、特点以及主要韧化机制,综述了几种不同体系层状复合陶瓷材料的国内外研究进展情况,并探讨了层状复合陶瓷材料的弱点及今后应进一步研究的若干问题．     

金属间化合物基叠层复合材料研究进展

金属间化合物基叠层复合材料是受自然界中贝壳结构的启发而设计的一种新型高温结构材料.概述了几种不同体系的金属间化合物基叠层复合材料的国内外研究现状,发现大多数的金属间化合物基叠层复合材料是以金属间化合物作为基体,以金属作为夹层来改善金属间化合物的脆性问题的.此外还对其制备工艺进行了归纳和评述,并对这类新型叠层复合材料的许多不足和发展趋势提出了初步的想法.     

交叠增韧仿生复合材料的研究进展

仿生设计方法为制备结构与功能一体化材料提供了重要的思路和途径,已成为各国研究的重点,贝壳的分层结构和高强韧性能仿生制造是其中较为典型的一类,据此可开发出具有优异的防护性能和抗裂纹扩展能力的层状复合材料。对层状复合材料制备工艺、界面扩散及结合强度、增韧机制、弹道防护性能的研究现状进行了简要综述,评价和总结了目前存在的问题,并对仿生制造的应用前景进行了展望,指出应加强层状复合材料变形的理论研究,进一步拓展层状复合材料的应用领域。     

层状复合陶瓷增韧机理的数值模拟

基于多层梁模型，在考虑材料非均匀性的基础上，采用有限元数值模拟的方法研究了层状复合陶瓷的断裂行为．给出了复合陶瓷模型在三点弯曲的加载条件下，裂纹拐折和扩展的过程，验证了层状复合陶瓷的主要增韧机理：裂纹沿软层界面拐折耗能．在此基础上，研究了不同参数条件下，层状复合陶瓷韧性的变化规律．     

聚合物/热塑性弹性体/纳米无机粒子三元复合材料的增韧增强研究进展

介绍了聚合物/热塑性弹性体/纳米无机粒子三元复合材料的形态结构及增韧机理,分析了热塑性弹性体、纳米无机粒子、加工工艺、界面性能4个方面对聚合物/热塑性弹性体/纳米无机粒子三元复合材料形态和性能的影响。热塑性弹性体和纳米无机粒子对聚合物有协同增韧增强作用,加料顺序是形态结构的最主要影响因素,聚合物的力学性能非常依赖热塑性弹性体和纳米无机粒子在聚合物中的存在形态。最后,展望了该体系未来的研究方向。     

HAP／Y－TZP复相生物陶瓷研究

羟基磷灰石，是一种具有优秀生物活性的生物材料，但作为承受负荷的骨组织替代物时，缺乏良好的力学性能．本文采用湿化学法制备ＨＡＰ及ＨＡＰ／Ｙ－ＴＺＰ复相粉体，通过热压工艺，以期改善ＨＡＰ的力学性能，分别进行上皮组织、成纤维细胞与膜片联合培养试验．结果表明：含４０ｗｔ％Ｙ－ＴＺＰ的ＨＡＰ复相陶瓷，其抗弯强度和断裂韧性均比同种工艺得到的ＨＡＰ提高７４％和９０％；上皮组织与膜片贴覆性好，不延缓细胞的生长，成纤维细胞与膜片接种良好．