近年來,隨著新技術(shù)、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(fù)合材料,現(xiàn)有教材已無法反映現(xiàn)有金屬基復(fù)合材料的發(fā)展水平。本教材以金屬基復(fù)合材料的發(fā)展、設(shè)計、增強(qiáng)體的選題、界面控制及制備技術(shù)展開討論;第二個層次突出傳統(tǒng)高性能金屬基復(fù)合材料的發(fā)展、制備和性能評價,主要包括鎂基復(fù)合材料、鋁基復(fù)合材料及鈦基復(fù)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(fù)合材料,如非晶復(fù)合材料和高我們高熵復(fù)合材料,并進(jìn)一步探討了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的新理念,如構(gòu)型復(fù)合化的研究進(jìn)展。
薛云飛,副教授,博士生導(dǎo)師,本科、博士均畢業(yè)于北京理工大學(xué)。入選北京高等學(xué)校青年英才計劃,美國Michigan大學(xué)-安娜堡分校訪問學(xué)者。長期從事毀傷與防護(hù)用高熵、非晶及其復(fù)合材料的應(yīng)用開發(fā)工作,先后主持/完成了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃課題、武器裝備預(yù)研項(xiàng)目/基金、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、軍委科技委基金、國防973專題、國防基礎(chǔ)科研等項(xiàng)目十余項(xiàng)。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(quán)/受理發(fā)明專利30余項(xiàng)。
第1章 緒論
1.1 復(fù)合材料的定義、命名和分類
1.1.1復(fù)合材料的定義
1.1.2復(fù)合材料的命名
1.1.3復(fù)合材料的分類
1.2 金屬基復(fù)合材料概述
1.3 金屬基復(fù)合材料的性能特點(diǎn)
1.4 金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用方向
1.5 金屬基復(fù)合材料的發(fā)展趨勢
參考文獻(xiàn)
第2章 金屬基復(fù)合材料的設(shè)計基礎(chǔ)
2.1 復(fù)合材料的可設(shè)計性
2.2 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計方法
2.2.1 設(shè)計步驟
2.2.2 設(shè)計條件
2.2.3 設(shè)計類型
2.2.4 材料設(shè)計
2.2.4.1 原材料選擇
2.2.4.2 基體選擇
2.2.4.3 增強(qiáng)體選擇
2.2.4.4 界面設(shè)計
2.2.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.3復(fù)合效應(yīng)
2.3.1 線性復(fù)合效應(yīng)
2.3.2非線性復(fù)合效應(yīng)
2.4復(fù)合準(zhǔn)則
2.4.1 力學(xué)性能復(fù)合準(zhǔn)則
2.4.1.1增強(qiáng)原理
2.4.1.2增強(qiáng)系數(shù)
2.4.1.3性能準(zhǔn)則
2.4.2 物理性能復(fù)合準(zhǔn)則
2.4.3 組合復(fù)合
2.5 復(fù)合材料設(shè)計的新途徑
2.5.1 復(fù)合材料的一體化設(shè)計
2.5.2 復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)的軟設(shè)計
2.5.3 復(fù)合材料的宏觀、細(xì)觀(介觀)及微觀設(shè)計
2.5.4 復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)的虛擬設(shè)計
參考文獻(xiàn)
第3章 金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體材料
3.1 增強(qiáng)體材料的特點(diǎn)
3.2 連續(xù)增強(qiáng)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(qiáng)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(xiàn)
第4章 金屬基復(fù)合材料的界面控制
4.1 復(fù)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(jié)合類型
4.1.3 界面的作用(界面效應(yīng))
4.1.4 界面的潤濕性
4.2 金屬基復(fù)合材料的界面特點(diǎn)
4.2.1 界面的類型
4.2.2 界面的典型結(jié)構(gòu)
4.2.3 界面穩(wěn)定性的影響因素
4.2.4 殘余應(yīng)力
4.3 金屬基復(fù)合材料的界面反應(yīng)
4.3.1 界面的相容性
4.3.2 界面反應(yīng)的種類
4.4 金屬基復(fù)合材料的界面控制
4.4.1增強(qiáng)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(fù)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(jié)構(gòu)和成分的表征
4.5.3 界面結(jié)合強(qiáng)度的表征
4.5.4 界面殘余應(yīng)力的表征
4.6 金屬基復(fù)合材料的界面優(yōu)化設(shè)計
參考文獻(xiàn)
第5章 金屬基復(fù)合材料的制備技術(shù)
5.1 概述
5.1.1制備技術(shù)的要求
5.1.2制備技術(shù)的關(guān)鍵
5.1.3制備技術(shù)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(kuò)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(shù)
5.4 原位合成法
5.4.1 定向凝固法
5.4.2 反應(yīng)自生成法
5.5 梯度復(fù)合技術(shù)
5.5.1 物理氣相沉積技術(shù)
5.5.2 化學(xué)氣相沉積技術(shù)
5.5.3 電鍍、化學(xué)鍍和復(fù)合鍍技術(shù)
5.5.4 噴涂和激光熔敷技術(shù)
參考文獻(xiàn)
第6章 鎂基復(fù)合材料
6.1長纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料
6.1.1 碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料顯微組織
6.1.2 碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料界面
6.1.3 碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料力學(xué)性能
6.2短纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料
6.2.1晶須增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料
6.2.2短碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料
6.3顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料
6.3.1 微米顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料
6.3.2 亞微米顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料
6.3.3 納米顆粒鎂基復(fù)合材料
6.4碳納米材料增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料
6.4.1 碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料
6.4.2石墨烯增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料
參考文獻(xiàn)
第7章 鋁基復(fù)合材料
7.1概述
7.2鋁基復(fù)合材料的設(shè)計和分類
7.2.1 鋁基復(fù)合材料的設(shè)計思路
7.2.2 鋁基復(fù)合材料的分類
7.3 顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料
7.3.1顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料強(qiáng)化機(jī)制
7.3.2顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料失效機(jī)制
7.3.3顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用
7.4 三維連續(xù)相增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料
7.4.1 雙連續(xù)Al/陶瓷復(fù)合材料的特點(diǎn)
7.4.2 Al/SiC雙連續(xù)相復(fù)合材料
參考文獻(xiàn)
第8章 鈦基復(fù)合材料
8.1概述
8.2鈦基復(fù)合材料的分類
8.3鈦合金基體的選擇
8.4 增強(qiáng)體的選擇
8.5 鈦基復(fù)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(jī)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(fù)合材料的影響
8.6.1 擠壓對鈦基復(fù)合材料的影響
8.6.2 鍛造對鈦基復(fù)合材料的影響
8.6.3 軋制對鈦基復(fù)合材料的影響
8.7 石墨烯增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料
8.7.1 石墨烯增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的制備工藝
8.7.2 石墨烯增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料微觀組織
8.7.3 石墨烯增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料力學(xué)性能
8.7.4 石墨烯增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)
8.7.5 石墨烯增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料強(qiáng)化機(jī)理
參考文獻(xiàn)
第9章 非晶合金復(fù)合材料
9.1 概述
9.1.1 非晶合金的定義、性能和應(yīng)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(yīng)用
9.1.2 非晶合金復(fù)合材料的設(shè)計和分類
9.1.2.1 非晶合金復(fù)合材料的設(shè)計思路
9.1.2.2 非晶合金復(fù)合材料的分類
9.2 原位內(nèi)生晶體相增強(qiáng)非晶合金復(fù)合材料
9.2.1非相變增強(qiáng)非晶合金復(fù)合材料
9.2.1.1 納米晶或微米晶顆粒/非晶合金復(fù)合材料
9.2.1.2 枝晶相/非晶合金復(fù)合材料
9.2.2 相變增強(qiáng)非晶合金復(fù)合材料
9.3 顆粒增強(qiáng)非晶合金復(fù)合材料
9.3.1 陶瓷顆粒/非晶合金復(fù)合材料
9.3.2 金屬顆粒/非晶合金復(fù)合材料
9.4 絲束增強(qiáng)非晶合金復(fù)合材料
9.4.1 鎢絲/鋯基非晶合金復(fù)合材料
9.4.1.1 界面控制
9.4.1.2 鎢絲直徑對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
9.4.1.3 鎢絲體積分?jǐn)?shù)對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
9.4.1.4 溫度對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
9.4.1.5 加載方向?qū)?fù)合材料力學(xué)性能的影響
9.4.2 碳纖維/非晶合金復(fù)合材料
9.5 骨架增強(qiáng)非晶合金復(fù)合材料
9.5.1 多孔鎢/鋯基非晶合金復(fù)合材料
9.5.1.1 界面控制
9.5.1.2 組織結(jié)構(gòu)
9.5.1.3 熱殘余應(yīng)力
9.5.1.4 鎢相體積分?jǐn)?shù)對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
9.5.1.5 溫度對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
9.5.1.6 應(yīng)變率對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
9.5.2 多孔鈦/鎂基非晶合金復(fù)合材料
9.5.2.1 界面控制
9.5.2.2 孔隙率對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
9.5.2.3 增強(qiáng)方式對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
9.5.3多孔碳化硅/鋯鈦基非晶合金復(fù)合材料
9.5.3.1 界面控制
9.5.3.2 組織結(jié)構(gòu)
9.5.3.3 孔隙率對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
9.5.3.4 應(yīng)變率對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
9.5.3.5 硬度
參考文獻(xiàn)
第10章 高熵合金復(fù)合材料
10.1 高熵合金的特點(diǎn)和性能
10.1.1高熵合金的特點(diǎn)
10.1.2高熵合金的性能
10.2 雙相結(jié)構(gòu)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(diào)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(fù)合材料
10.3.1 Al基非晶-高熵合金復(fù)合材料的制備
10.3.2燒結(jié)過程
10.3.3力學(xué)行為
10.4 鎢-高熵復(fù)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(xué)性能
參考文獻(xiàn)
第11章 金屬材料的構(gòu)型復(fù)合化
11.1 分級復(fù)合構(gòu)型
11.1.1分級復(fù)合
11.1.2多芯復(fù)合
11.2疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)-肖遙
11.2.1鋪層結(jié)構(gòu)
11.2.2環(huán)形結(jié)構(gòu)
11.2.3層合板結(jié)構(gòu)
11.3 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)金屬基復(fù)合材料
11.3.1設(shè)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(gòu)型金屬基復(fù)合材料-肖乾
11.4.1梯度構(gòu)型金屬基復(fù)合材料
11.4.2貝殼珍珠層構(gòu)型金屬基復(fù)合材料
參考文獻(xiàn)