近年來,隨著新技術、新方法和新理論的出現(xiàn),涌現(xiàn)出了一批新型高性能金屬基復合材料,現(xiàn)有教材已無法反映現(xiàn)有金屬基復合材料的發(fā)展水平。本教材以金屬基復合材料的發(fā)展、設計、增強體的選題、界面控制及制備技術展開討論;第二個層次突出傳統(tǒng)高性能金屬基復合材料的發(fā)展、制備和性能評價,主要包括鎂基復合材料、鋁基復合材料及鈦基復合材料等;第三個層次主要介紹新近發(fā)展起來的新型高性能金屬基復合材料,如非晶復合材料和高我們高熵復合材料,并進一步探討了復合材料結構設計的新理念,如構型復合化的研究進展。
薛云飛,副教授,博士生導師,本科、博士均畢業(yè)于北京理工大學。入選北京高等學校青年英才計劃,美國Michigan大學-安娜堡分校訪問學者。長期從事毀傷與防護用高熵、非晶及其復合材料的應用開發(fā)工作,先后主持/完成了國家重點研發(fā)計劃課題、武器裝備預研項目/基金、國家自然科學基金面上項目、軍委科技委基金、國防973專題、國防基礎科研等項目十余項。以※一/通訊作者在NatCommun、Acta Mater、Scripta Mater等期刊發(fā)表SCI論文近40篇,授權/受理發(fā)明專利30余項。
第1章 緒論
1.1 復合材料的定義、命名和分類
1.1.1復合材料的定義
1.1.2復合材料的命名
1.1.3復合材料的分類
1.2 金屬基復合材料概述
1.3 金屬基復合材料的性能特點
1.4 金屬基復合材料的應用方向
1.5 金屬基復合材料的發(fā)展趨勢
參考文獻
第2章 金屬基復合材料的設計基礎
2.1 復合材料的可設計性
2.2 復合材料結構設計方法
2.2.1 設計步驟
2.2.2 設計條件
2.2.3 設計類型
2.2.4 材料設計
2.2.4.1 原材料選擇
2.2.4.2 基體選擇
2.2.4.3 增強體選擇
2.2.4.4 界面設計
2.2.5 結構設計
2.3復合效應
2.3.1 線性復合效應
2.3.2非線性復合效應
2.4復合準則
2.4.1 力學性能復合準則
2.4.1.1增強原理
2.4.1.2增強系數(shù)
2.4.1.3性能準則
2.4.2 物理性能復合準則
2.4.3 組合復合
2.5 復合材料設計的新途徑
2.5.1 復合材料的一體化設計
2.5.2 復合材料及其結構的軟設計
2.5.3 復合材料的宏觀、細觀(介觀)及微觀設計
2.5.4 復合材料及其結構的虛擬設計
參考文獻
第3章 金屬基復合材料的增強體材料
3.1 增強體材料的特點
3.2 連續(xù)增強體
3.2.1 纖維類
3.2.1.1碳纖維
3.2.1.2 碳化硅纖維
3.2.1.3 氧化鋁纖維
3.2.1.4 硼纖維
3.2.1.5 金屬絲
3.2.2骨架類
3.3 非連續(xù)增強體
3.3.1晶須類
3.3.2 顆粒類
3.3.3 微珠
3.3.4 石墨烯
3.3.5 碳納米管
參考文獻
第4章 金屬基復合材料的界面控制
4.1 復合材料界面的基本概念
4.1.1 界面的定義
4.1.2 界面的結合類型
4.1.3 界面的作用(界面效應)
4.1.4 界面的潤濕性
4.2 金屬基復合材料的界面特點
4.2.1 界面的類型
4.2.2 界面的典型結構
4.2.3 界面穩(wěn)定性的影響因素
4.2.4 殘余應力
4.3 金屬基復合材料的界面反應
4.3.1 界面的相容性
4.3.2 界面反應的種類
4.4 金屬基復合材料的界面控制
4.4.1增強體材料的表面處理
4.4.2 向基體添加特定元素
4.4.3 優(yōu)化制備工藝方法和參數(shù)
4.5 金屬基復合材料的界面表征方法
4.5.1 界面潤濕性的表征
4.5.2 界面微觀組織結構和成分的表征
4.5.3 界面結合強度的表征
4.5.4 界面殘余應力的表征
4.6 金屬基復合材料的界面優(yōu)化設計
參考文獻
第5章 金屬基復合材料的制備技術
5.1 概述
5.1.1制備技術的要求
5.1.2制備技術的關鍵
5.1.3制備技術的分類
5.2 固態(tài)法
5.2.1 粉末冶金法
5.2.2 變形壓力加工
5.2.3 擴散粘接法
5.2.4 爆炸焊接法
5.3 液態(tài)法
5.3.1 液態(tài)浸漬法
5.3.2 攪拌鑄造法
5.3.3 共噴沉積法
5.3.4 3D打印技術
5.4 原位合成法
5.4.1 定向凝固法
5.4.2 反應自生成法
5.5 梯度復合技術
5.5.1 物理氣相沉積技術
5.5.2 化學氣相沉積技術
5.5.3 電鍍、化學鍍和復合鍍技術
5.5.4 噴涂和激光熔敷技術
參考文獻
第6章 鎂基復合材料
6.1長纖維增強鎂基復合材料
6.1.1 碳纖維增強鎂基復合材料顯微組織
6.1.2 碳纖維增強鎂基復合材料界面
6.1.3 碳纖維增強鎂基復合材料力學性能
6.2短纖維增強鎂基復合材料
6.2.1晶須增強鎂基復合材料
6.2.2短碳纖維增強鎂基復合材料
6.3顆粒增強鎂基復合材料
6.3.1 微米顆粒增強鎂基復合材料
6.3.2 亞微米顆粒增強鎂基復合材料
6.3.3 納米顆粒鎂基復合材料
6.4碳納米材料增強鎂基復合材料
6.4.1 碳納米管增強鎂基復合材料
6.4.2石墨烯增強鎂基復合材料
參考文獻
第7章 鋁基復合材料
7.1概述
7.2鋁基復合材料的設計和分類
7.2.1 鋁基復合材料的設計思路
7.2.2 鋁基復合材料的分類
7.3 顆粒增強鋁基復合材料
7.3.1顆粒增強鋁基復合材料強化機制
7.3.2顆粒增強鋁基復合材料失效機制
7.3.3顆粒增強鋁基復合材料的應用
7.4 三維連續(xù)相增強鋁基復合材料
7.4.1 雙連續(xù)Al/陶瓷復合材料的特點
7.4.2 Al/SiC雙連續(xù)相復合材料
參考文獻
第8章 鈦基復合材料
8.1概述
8.2鈦基復合材料的分類
8.3鈦合金基體的選擇
8.4 增強體的選擇
8.5 鈦基復合材料的制備方法
8.5.1熔鑄法(Ingot Metallurgy,IM)
8.5.2粉末冶金法(Powder Metallurgy,PM)
8.5.3機械合金化法(Mechanical Alloying,MA)
8.5.4自蔓延高溫合成法(Self-propagating High-temperature,SHS)
8.6熱加工對鈦基復合材料的影響
8.6.1 擠壓對鈦基復合材料的影響
8.6.2 鍛造對鈦基復合材料的影響
8.6.3 軋制對鈦基復合材料的影響
8.7 石墨烯增強鈦基復合材料
8.7.1 石墨烯增強鈦基復合材料的制備工藝
8.7.2 石墨烯增強鈦基復合材料微觀組織
8.7.3 石墨烯增強鈦基復合材料力學性能
8.7.4 石墨烯增強鈦基復合材料界面結構
8.7.5 石墨烯增強鈦基復合材料強化機理
參考文獻
第9章 非晶合金復合材料
9.1 概述
9.1.1 非晶合金的定義、性能和應用
9.1.1.1 非晶合金的定義
9.1.1.2 非晶合金的性能
9.1.1.3 非晶合金的應用
9.1.2 非晶合金復合材料的設計和分類
9.1.2.1 非晶合金復合材料的設計思路
9.1.2.2 非晶合金復合材料的分類
9.2 原位內生晶體相增強非晶合金復合材料
9.2.1非相變增強非晶合金復合材料
9.2.1.1 納米晶或微米晶顆粒/非晶合金復合材料
9.2.1.2 枝晶相/非晶合金復合材料
9.2.2 相變增強非晶合金復合材料
9.3 顆粒增強非晶合金復合材料
9.3.1 陶瓷顆粒/非晶合金復合材料
9.3.2 金屬顆粒/非晶合金復合材料
9.4 絲束增強非晶合金復合材料
9.4.1 鎢絲/鋯基非晶合金復合材料
9.4.1.1 界面控制
9.4.1.2 鎢絲直徑對復合材料力學性能的影響
9.4.1.3 鎢絲體積分數(shù)對復合材料力學性能的影響
9.4.1.4 溫度對復合材料力學性能的影響
9.4.1.5 加載方向對復合材料力學性能的影響
9.4.2 碳纖維/非晶合金復合材料
9.5 骨架增強非晶合金復合材料
9.5.1 多孔鎢/鋯基非晶合金復合材料
9.5.1.1 界面控制
9.5.1.2 組織結構
9.5.1.3 熱殘余應力
9.5.1.4 鎢相體積分數(shù)對復合材料力學性能的影響
9.5.1.5 溫度對復合材料力學性能的影響
9.5.1.6 應變率對復合材料力學性能的影響
9.5.2 多孔鈦/鎂基非晶合金復合材料
9.5.2.1 界面控制
9.5.2.2 孔隙率對復合材料力學性能的影響
9.5.2.3 增強方式對復合材料力學性能的影響
9.5.3多孔碳化硅/鋯鈦基非晶合金復合材料
9.5.3.1 界面控制
9.5.3.2 組織結構
9.5.3.3 孔隙率對復合材料力學性能的影響
9.5.3.4 應變率對復合材料力學性能的影響
9.5.3.5 硬度
參考文獻
第10章 高熵合金復合材料
10.1 高熵合金的特點和性能
10.1.1高熵合金的特點
10.1.2高熵合金的性能
10.2 雙相結構高熵合金
10.2.1合金成分優(yōu)化
10.2.2冷卻速率對高熵合金顯微組織的影響
10.2.3雙相高熵合金的組織調控
10.2.3.1冷變形及熱處理工藝優(yōu)化
10.2.3.2熱變形及熱處理工藝優(yōu)化
10.3 非晶-高熵合金復合材料
10.3.1 Al基非晶-高熵合金復合材料的制備
10.3.2燒結過程
10.3.3力學行為
10.4 鎢-高熵復合材料
10.4.1 鎢-高熵合金的潤濕性能
10.4.2 鎢-高熵合金的組織和力學性能
參考文獻
第11章 金屬材料的構型復合化
11.1 分級復合構型
11.1.1分級復合
11.1.2多芯復合
11.2疊層復合結構-肖遙
11.2.1鋪層結構
11.2.2環(huán)形結構
11.2.3層合板結構
11.3 網狀結構金屬基復合材料
11.3.1設計與制備
11.3.2變形與成形
11.3.3熱處理改性
11.4 仿生構型金屬基復合材料-肖乾
11.4.1梯度構型金屬基復合材料
11.4.2貝殼珍珠層構型金屬基復合材料
參考文獻