傳統的復合材料,其增強相一般為顆粒、晶須/短纖維、連續長纖維等。隨著復合材料應用范圍不斷擴展以及增強相含量不斷提高的發展趨勢,促使了一種新型復合材料的出現,即網絡結構增強復合材料。網絡結構增強復合材料的基體與增強相在空間形成了各自連續并相互貫穿的三維網絡結構,組成網絡結構的每一種組元的特性基本保持不變。網絡結構增強是一種全新的增強方式,其綜合強化效果通常要好于傳統連續長纖維、晶須/短纖維和顆粒作為增強相的強化效果,這就為獲得高性能、多功能的復合材料提供了新的途徑。近年來網絡結構增強復合材料受到了越來越多的關注,已成為重點開發的新型復合材料。金屬基復合材料中引入網絡結構增強相,可擴大增強體的選擇范圍,使之不再局限于顆粒、晶須和纖維,這對于拓寬金屬基復合材料的研究領域及開發新型金屬基復合材料都具有極為重要的意義。
與顆粒、晶須和纖維增強金屬基復合材料不同,網絡結構增強金屬基復合材料的主要特征是硬質增強相和韌性金屬基體相互纏結和盤繞,相互貫穿,相互滲透,形成了既完整統一又相對獨立的一種新型結構材料和功能材料。網絡結構增強金屬基復合材料中的每一相在各個方向上都是連續的,組織在宏觀上具有拓撲均勻性。
和傳統的金屬基復合材料相比,網絡結構增強金屬基復合材料表現出許多獨特的性能。眾所周知,纖維增強的復合材料在平行于纖維方向上的強度和韌性很高,但在垂直于纖維方向則往往很差。而網絡結構增強金屬基復合材料組織由于具有宏觀的均勻性,因而可以將復合材料的各向異性降到最低。如將陶瓷增強相與韌性基體金屬相復合成網絡互穿的結構,可以極大地降低復合材料的各向異性,從而增強了其抵抗各種破壞的能力。而且,研究還發現高溫時網絡結構能形成互鎖態,從而有助于復合材料高溫蠕變性能的提高。
在研究三維網絡SiC增強銅基復合材料時發現,由于三維網絡SiC在磨損表面形成硬的微凸體并起承載作用,抑制了基體合金的塑性變形和高溫軟化,減少了摩擦偶件同基體合金的接觸,減輕了粘著磨損,有利于氧化膜在磨損表面的留存,使復合材料的耐磨性能隨著溫度和載荷的增加而明顯提高。此外,隨著網絡結構增強相體積分數的增加,不僅增大了材料的摩擦因數,而且還可以將磨損率保持在較低的水平。另外,研究表明,在相同的陶瓷含量下,網絡結構增強金屬基復合材料的熱膨脹系數要遠低于顆粒增強SiC/Al復合材料。
總之,網絡結構增強金屬基復合材料具有密度低、比模量高、比強度高、耐疲勞、抗熱震、熱膨脹系數低等特性,在航天航空、汽車、電子、光學、機械制造等工業領域顯示出廣泛的應用前景
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