第八章_功能復(fù)合材料

1、第八章第八章功能復(fù)合材料功能復(fù)合材料多種材料按照性能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的原則組合在一起而產(chǎn)生了一種新型的材料就稱之為復(fù)合材料。功能復(fù)合材料是復(fù)合材料的重要組成部分。第一節(jié)第一節(jié)功能復(fù)合材料概述功能復(fù)合材料概述功能復(fù)合材料是指除機(jī)械性能外提供其它物理性能的復(fù)合材料，如超導(dǎo)、磁性、阻尼、吸音、吸波、吸聲、屏蔽、導(dǎo)電。阻燃、隔熱等等的復(fù)合材料。其主要結(jié)構(gòu)包括基體和功能體或兩種以上功能體組成?；w用于粘接和賦形，對(duì)整體性能也有影響。功能體提供功能性。1.

2、1功能復(fù)合材料的分類復(fù)合材料可以分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料如纖維復(fù)合材料主要用于軍工產(chǎn)品；功能復(fù)合材料則在激光、隱身材料以及其它聲、光、電、磁等方面占有重要地位。按照復(fù)合材料的基體分類又可分為有機(jī)復(fù)合材料和無機(jī)復(fù)合材料，有機(jī)復(fù)合材料主要是指聚合物基復(fù)合材料，包括熱固性復(fù)合材料和熱塑性復(fù)合材料；無機(jī)復(fù)合材料主要包括金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、玻璃基復(fù)合材料、水泥基復(fù)合材料以及碳基復(fù)合材料。也有的將復(fù)合材料分為常用復(fù)合

3、材料和先進(jìn)復(fù)合材料。多數(shù)功能復(fù)合材料屬于先進(jìn)復(fù)合材料。1.2功能復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)多種材料復(fù)合起來，通過改變結(jié)構(gòu)的復(fù)合度、對(duì)稱性以及聯(lián)結(jié)類型等參數(shù)可以大副度地、定向地改變材料的物性參數(shù)，因此可以按照不同用途通過優(yōu)化組合實(shí)現(xiàn)最佳配合，而獲得材料的性能最佳值，因此，對(duì)于類似的用途可以通過對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)調(diào)整可以達(dá)到滿意的結(jié)果，而不必要開發(fā)新的材料。對(duì)功能材料進(jìn)行復(fù)合，可以通過交叉耦合，產(chǎn)生新的功能效應(yīng)，甚至可以出現(xiàn)新的二者都不具備的新的功能

4、。多種功能復(fù)合材料是今后復(fù)合材料的發(fā)展方向。功能復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)包括非線性效應(yīng)和線性效應(yīng)。線性效應(yīng)包括平均效應(yīng)、平行效應(yīng)、互補(bǔ)效應(yīng)和相抵效應(yīng)。電導(dǎo)、密度、熱度等服從這一規(guī)律，可用Pc=?ViPi來計(jì)算，P為功能指標(biāo)，V為體積分?jǐn)?shù)。非線性效應(yīng)包括共振效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)、乘積效應(yīng)等。兩種性能可以相互轉(zhuǎn)換的功能材料XY與另一種YZ轉(zhuǎn)換的材料復(fù)合起來，可以得到(XY)(YZ)=XZ的新材料，這就是具有乘積效應(yīng)的功能復(fù)合材料。例如壓磁－磁阻效應(yīng)復(fù)合

5、可以得到壓敏電阻效應(yīng)；壓磁－磁電產(chǎn)生壓電效應(yīng)；壓電－場(chǎng)致發(fā)光產(chǎn)生壓力發(fā)光效應(yīng)；熱致變形－壓敏電阻產(chǎn)生熱敏電參照粉末冶金法中的成型工藝。日本大阪大學(xué)、川崎重工業(yè)公司采用該法制備了TiB2Ni、(MoSi2—SiC)TiAl、TiC／Ni系FGM，并研究了致密化的影響因素。日本工業(yè)技術(shù)院通過TiB2／Cu系FGM研究了SHS反應(yīng)同時(shí)加壓致密化技術(shù)。SHS法對(duì)于制備大尺寸復(fù)雜形狀的FGM件極具潛力，目前不少國家都在致力于這種技術(shù)的研究。2.2

6、.2氣相合成法制備梯度功能復(fù)合材料氣相合成法分物理氣相沉積法(PVD)和化學(xué)氣相沉積法(CVD)兩種，合成的材料組織致密，但只適用于薄膜，通常厚度小于1mm。PVD法利用材料的物理反應(yīng)使材料蒸發(fā)，然后沉積在另一材料表面上。日本科技廳金屬材料研充所利用真空陰極放電(HCD)型PVD裝置制備了Ti／TiN、Ti／TiC、Cr／CrN系FGM薄膜。該裝置利用Ta作陰極產(chǎn)生氬等離子，使水冷銅坩堝內(nèi)的蒸發(fā)源金屬(Ti、Cr等，蒸發(fā)源金屬熔點(diǎn)應(yīng)低于

7、2000℃且易蒸發(fā))蒸發(fā)，導(dǎo)入氣體(N2，C2H2等)與金屬蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成TiN、TiC、CrN、CrC等與未反應(yīng)的金屬蒸汽一同沉積在上部基體材料表面上。通過控制導(dǎo)入氣體的流量和流速，可以得到最佳成分分布。CVD法利用氣體間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物形成沉積，通過控制反應(yīng)氣體的壓力、組成及反應(yīng)溫度，可以得到不同的產(chǎn)物。日本東北大學(xué)金屬材料研究所采用該法制備了C／C、SiC／C、TiC、系FGM。他們采用熱壁型(Hotwall)CVD裝置，以

8、CH4—TiCl4—H2為原料合成TiC系FGM，合成溫度1773K，壓力1.3kPa。2.2.3粉末冶金法制備梯度功能復(fù)合材料粉末冶金法是先將原料粉按設(shè)計(jì)的梯度成分成形，然后燒結(jié)，得到最后組織，可制備尺寸略大的制件。按成形工藝可分為疊層法、噴射積層法、粉漿澆注法、涂掛法等。疊層法是將原料粉按一定比例混合后造粒，然后按所設(shè)計(jì)比例逐層充填，再加壓成形，最后燒結(jié)。這是—種比較傳統(tǒng)的成形技術(shù)，工藝簡單，但層與層之間不連續(xù)，疊層越多越有利。武漢

9、工業(yè)大學(xué)采用該法制備了MgC／Ni、PSZMo系FGM。日本東北大學(xué)采用該法研究了ZrO2W、PSZ／Mox系籌各種FGM。日本富城工業(yè)高等專科學(xué)校用該法研究了SUS316L3Y—PSZ系FGM。噴射積層法解決了疊層法層與層之間不連續(xù)的問題，可分為干式和濕式兩種。干式是將原料粉混合后，用噴嘴射出。濕式是將原料粉配制成均勻粉漿懸浮液，然后用噴頭噴射到基底上。通過連續(xù)改變?cè)戏叟浔龋煽刂粕浞e層的成分。日本東北大學(xué)研究了這種噴射積層法，制備