第八章_功能復合材料

1、第八章第八章功能復合材料功能復合材料多種材料按照性能優(yōu)勢互補的原則組合在一起而產生了一種新型的材料就稱之為復合材料。功能復合材料是復合材料的重要組成部分。第一節(jié)第一節(jié)功能復合材料概述功能復合材料概述功能復合材料是指除機械性能外提供其它物理性能的復合材料，如超導、磁性、阻尼、吸音、吸波、吸聲、屏蔽、導電。阻燃、隔熱等等的復合材料。其主要結構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，對整體性能也有影響。功能體提供功能性。1.

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

3、材料和先進復合材料。多數(shù)功能復合材料屬于先進復合材料。1.2功能復合材料的復合效應多種材料復合起來，通過改變結構的復合度、對稱性以及聯(lián)結類型等參數(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)化組合實現(xiàn)最佳配合，而獲得材料的性能最佳值，因此，對于類似的用途可以通過對復合材料的結構調整可以達到滿意的結果，而不必要開發(fā)新的材料。對功能材料進行復合，可以通過交叉耦合，產生新的功能效應，甚至可以出現(xiàn)新的二者都不具備的新的功能

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

5、可以得到壓敏電阻效應；壓磁－磁電產生壓電效應；壓電－場致發(fā)光產生壓力發(fā)光效應；熱致變形－壓敏電阻產生熱敏電參照粉末冶金法中的成型工藝。日本大阪大學、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)技術院通過TiB2／Cu系FGM研究了SHS反應同時加壓致密化技術。SHS法對于制備大尺寸復雜形狀的FGM件極具潛力，目前不少國家都在致力于這種技術的研究。2.2

6、.2氣相合成法制備梯度功能復合材料氣相合成法分物理氣相沉積法(PVD)和化學氣相沉積法(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作陰極產生氬等離子，使水冷銅坩堝內的蒸發(fā)源金屬(Ti、Cr等，蒸發(fā)源金屬熔點應低于

7、2000℃且易蒸發(fā))蒸發(fā)，導入氣體(N2，C2H2等)與金屬蒸氣發(fā)生化學反應，生成TiN、TiC、CrN、CrC等與未反應的金屬蒸汽一同沉積在上部基體材料表面上。通過控制導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反應產物形成沉積，通過控制反應氣體的壓力、組成及反應溫度，可以得到不同的產物。日本東北大學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合材料粉末冶金法是先將原料粉按設計的梯度成分成形，然后燒結，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，然后按所設計比例逐層充填，再加壓成形，最后燒結。這是—種比較傳統(tǒng)的成形技術，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)大學采用該法制備了MgC／Ni、PSZMo系FGM。日本東北大學采用該法研究了ZrO2W、PSZ／Mox系籌各種FGM。日本富城工業(yè)高等?？茖W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)改變原料粉配比，可控制射積層的成分。日本東北大學研究了這種噴射積層法，制備