金属基复合材料的进展,问题与前景展望

综述了金属基复合材料的进展情况，重点阐述了颗粒增强金属基复合材料和金属基复合涂 的进展，包括其性能、现有品种、制备工艺、应用情况，同时报字目前本领域研究存在的问题，如：力学问题、界面问题、热疲劳问题，并在此基础上展望发展前景。     

颗粒增强铝基复合材料的研究与发展

金属基复合材料（MMCs）是新材料的重点研究领域,尤其是颗粒增强铝基复合材料（PRA）在金属基复合材料中占有重要地位。介绍了颗粒增强铝基复合材料的组分、性能、界面、制备新技术和应用,并提出了当前颗粒增强铝基复合材料研发过程中所面临的问题,展望了其发展趋势。     

粘弹性界面对复合材料有效性能的影响

应用粘弹性对应原理分析计算了界面材料在剪切方面服从Burgers(四元件体）模型时,界面材料的粘弹性对单向纤维复合材料的有效性能的影响。结果表明,界面粘弹性只对单向纤维复合材料轴向剪切有效性能、横向有效性能产生对时间的依赖,而界面粘弹性对复合材料有效性能影响的大小与界面材料的特征时间大小有关。     

石墨烯/h-BN面内异质结构热输运的分子动力学研究

采用非平衡分子动力学方法探究石墨烯/h-BN面内异质结构界面热导的影响因素,讨论了单空位缺陷和Stone-Wales (SW)缺陷在近界面不同位置时的声子热输运活动。模拟结果证明,当h-BN一侧单空位缺陷远离界面,界面热导随之降低; SW缺陷则由共价键类型和位置决定其对界面热导的影响,由此揭示缺陷的类型和位置对界面热导带来的调节作用。此外,讨论了界面处存在单空位缺陷时,温度变化影响界面热导背后的潜在机理。本研究对微观尺度下的二维异质结构材料的热导性能提供理论参考和实验指导。     

Al_2O_3／Al－Si合金复合材料的组织、界面与断口形貌的分析

利用挤压铸造技术制备了Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ－Ｓｉ合金复合材料，分析和研究了复合材料的组织、界面和断口形貌．分析结果表明，复合材料的组织细小，纤维分布均匀，氧化铝纤维可作为硅相非自发形核衬底；氧化铝纤维与铝合金基体之间的界面对材料性能影响很大．复合材料断口形貌的观察结果也表明材料的凝固组织和界面是影响材料性能的重要因素，而这些因素受制备工艺的控制．改善制备工艺应从控制界面反应和细化组织着手．     

金属基及陶瓷基复合材料界面脱胶引起刚度下降的估算

根据扫描电子显微镜(SEM)及复型技术的断裂机理分析,复合材料纤维-基体脱胶是由于纤维的断裂导致了靠近断裂处的界面上产生很高的剪应力。当这个剪应力超过界面的剪切强度,断裂处附着的纤维将会与基体产生脱胶。本文依据上述断裂机理,提出了一金属基及陶瓷基复合材料界面脱胶引起刚度下降估算的数学模型。分析结果表明,这些复合材料的刚度降较聚合物基的刚度降小,但随纤维与基体扬氏弹性模量的比值而增加。     

基于剪切平面与磨损平面的磨削淬硬热量分配比研究

磨削淬硬技术利用磨削热对工件表层进行表面热处理,磨削热和工件温度场分布均是影响磨削淬硬技术的关键因素,本文基于单颗磨粒对热源产生位置进行了分析,忽略在磨粒与磨屑界面产生的热量,考虑磨屑-工件界面和磨粒-工件界面热源,建立了磨削淬硬热量分配比模型,并利用有限元分析和实验的方法对建立的热量分配比模型进行了验证.     

盘式制动器的温度场分析

分析了摩擦制动过程中界面热量产生的机理,考虑有机摩擦材料热特性随温度变化的特性及接触界面间的热阻,采用界面单元有限元技术对盘式制动器温度场进行了分析,避免了预先人为分配热流,使温度场分析的可靠性得到改善．     

热界面材料对晶闸管换流阀热阻的影响

热界面材料应用于晶闸管换流阀上,能够增强其在高压直流输电整流电流时的散热能力,从而确保工作环境的安全稳定。在大功率晶闸管水冷散热器热阻流阻测试平台上测试了几种典型的热界面材料的系统有效热阻,探究了压装压力、冷却水流量、加热功率以及材料自身特性对系统有效热阻的影响。结果表明:在当前实验条件下,系统有效热阻随压装压力和冷却水流量的增大而减小,随加热功率的增大而增大;热界面材料对系统有效热阻降低的效果从大到小依次为:低熔点合金导热膏石墨烯导热膏TC-5625导热膏空气层铟箔;受压变形具有一定流动性的热界面材料应用于晶闸管换流阀时系统有效热阻更低。     

双材料界面Ⅱ型扩展裂纹尖端的弹粘塑性场

双材料界面中材料粘性效应的存在,粘性效应对界面裂纹尖端场的分布和对界面本身性能的变化起着重要的影响.考虑裂纹尖端的奇异性,建立了双材料界面扩展裂纹尖端的弹粘塑性控制方程.引入界面裂纹尖端的位移势函数和边界条件,对刚性——弹粘塑性界面Ⅱ型界面裂纹进行了数值分析,求得了界面裂纹尖端应力应变场,并讨论了界面裂纹尖端场随各影响参数的变化规律.计算结果表明,粘性效应是研究界面扩展裂纹尖端场时的一个主要因素,界面裂纹尖端为弹粘性场,其场受材料的粘性系数、马赫数和奇异性指数控制.     

FRP片材与砼粘结界面剥离破坏过程的数值分析

针对FRP砼界面粘结性能和抗拉裂能力问题进行了研究.基于FRP与砼界面面内剪切试验的结果,采用材料真实破裂过程分析〔RFPA〕系统,对FRP砼界面粘结性能进行了数值试验.为了真实地模拟砼材料的力学性能,该数值模型考虑了由颗粒、砂浆和界面三相组成的复杂砼结构、FRP单元和砼单元直接连接等问题.结果表明,通过砼单元的破坏来模拟FRP和砼界面的宏观剥离破坏过程,其数值试验结果再现了FRP砼界面的剥离破坏全过程.     

金属基复合材料的热循环影响

目的对金属基复合材料的热循环性能进行预测,方法基于Eshelby夹杂理论及由此而导出的金属基复合材料的本构模型和弹性约束法预测该材料的恒温疲劳与热疲劳性能,结果与结论从理论上对SiC颗粒增强AlZxxx-T4复合材料进行了分析;根据基体的本构关系,复合材料在不同加载条件下（如不同载荷率、力学和温度载荷等）的力学行为可以定量地预测出来,并且复合材料的热棘齿效应也可用给出的模型进行预测。     

聚丙烯酰胺-高铝水泥复合材料界面粘结特性研究

新型高强聚合物水泥——MDF 水泥材料具有很好的抗弯曲性能。这种特性来自复合材料体内界面的增强机理。本文运用显微图象、XPS 表面分析技术和粘结断面分析的实验方法,研究了聚丙烯酰胺与高铝水泥在复合界面上的粘结特性,并讨论了它们对材料性能的作用。     

镁铝层合板单轴拉伸的界面结合性能研究

针对由镁合金Mg(AZ31B)和铝合金Al(5052)板热轧而成的复合板,进行了单轴拉伸时的界面结合性能层间变形行为和界面的剪切结合强度的测试,并进行了相应的理论分析.通过对比连接前组元单板的力学性能和连接后层合板的力学性能定性分析了其界面处变形不一致产生的机理,并且提出了一种新的测试方法来准确获得界面剪切结合强度,推导出了适合计算薄壁层合结构界面结合强度的公式.结果表明,界面变形不一致产生的机理是由于各组元板具有不同的力学性能.     

聚合物—水泥界面粘结层的结构分析

本文采用解粘实验方法和高效液相色谱检测技术,对聚合物水泥基复合材料中几种聚合物与高铝水泥间的复合界面层进行了组成和结构分析;讨论了不同粘结力在界面层中的作用形式及其对材料设计和复合性能的影响。在此基础上,对聚合物水泥基复合材料界面粘结层的结构模型进行了描述。     

加气混凝土与普通混凝土黏结界面剪切性能试验

密肋复合墙体是由钢筋混凝土肋构成的框格与内嵌轻质加气混凝土砌块组成,是密肋复合墙结构的主要承力构件.由于密肋复合墙体特殊的制作工艺,在混凝土肋与加气混凝土砌块相接触的位置处形成一黏结界面,而此类黏结界面的性能目前仍不明确,为此,有必要在材料层次上对加气混凝土砌块与普通混凝土黏结界面性能进行研究.本文以密肋复合墙结构为研究背景,采用棱柱体剪切试验的方法测定加气混凝土砌块与普通混凝土黏结界面性能,分析黏结界面倾斜角度对试件的破坏形态和界面强度的影响.结果表明,当倾斜角较小时,试件发生界面剪切破坏,而倾斜角增大,试件趋向于发生轻质加气混凝土砌块材料破坏;根据试验数据拟合出τ_n关于σ_n的二次界面破坏包络线方程,并分析界面变形特性,提出界面切应力-滑移位移特征曲线,为密肋复合墙结构构件层次和结构层次力学性能的研究提供理论和数值计算依据.     

水泥基材料组分热变形差异性研究

利用热膨胀仪测得硬化水泥浆和粗集料热变形性能存在较大的差异，在一定条件下二者的即时线膨胀系数相差2倍左右；经过热循环（室温-75℃）作用，粗集料与水泥浆的界面可产生微裂纹，进一步的热循环将促进裂纹扩展；120次热循环后水泥基材料的抗压强度下降超过30％。试验结果表明组分热变形差异的存在，对处于热疲劳作用下水泥基材料的热稳定性和力学性能将产生显著影响。     

热障涂层热破裂失效过程的数值分析研究

从热障涂层的非均匀性特点出发，运用基于细观力学原理的材料真实破坏过程分析RFPA数值模拟方法，对热障涂层的热破裂失效过程以及表面预置裂纹对形成界面裂纹的影响进行了数值模拟分析，从表面预置裂纹的长度和密度两个方面研究了陶瓷涂层与基体间界面裂纹的形成机理和分层剥离模式.模拟结果真实再现了热障涂层的热失效过程.     

水泥混凝土浆体-集料界面过渡区结构与性能试验技术

水泥混凝土浆体—集料界面过渡区结构与性能影响混凝土的整体性能,其试验技术的合理采用关系到对其结构与性能的正确测试与评价.针对水泥混凝土浆体—集料界面过渡区结构与性能特点及其对混凝土整体性能影响,论述了当前国内外有关其研究的试验技术.界面过渡区结构试验技术包括宏观技术、微观技术和模拟技术;性能试验技术集中于力学性能和耐久性能两方面;而界面过渡区力学性能和耐久性能试验技术亦是当前界面过渡区对混凝土性能影响试验技术的焦点;最后指出当前试验技术存在的问题,提出新试验技术发展的重点.     

Ni-Cr合金烤瓷材料界面组织结构和力学性能

应用扫描电镜、能谱、X射线衍射及电子拉伸试验机对Ni-Cr合金与烤瓷材料的界面组织结构与力学性能进行了分析。结果表明:Ni-Cr合金烤瓷制作过程中产生残余应力和缺陷将导致瓷崩、瓷裂、剥离或脱落。烤瓷温度T对金-瓷界面剪切结合强度影响较大,T=990℃、保温时间t=1.0 min时,金-瓷界面剪切结合强度可达到37.52 MPa。在金-瓷界面处由于Ni-Cr合金与熔融的玻璃相烤瓷材料相互作用,形成新的化合物型界面,对提高金-瓷界面结合强度将起到非常重要的作用。