第 2 章 金屬基功能復合材料.

1、第第 2 章章 功能復合材料功能復合材料2.1 復合材料具有的功能復合材料具有的功能結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料依靠自身原子間的結(jié)合依靠自身原子間的結(jié)合力支撐來自外界的載荷力支撐來自外界的載荷從功材料從功材料功能材料功能材料對外來刺激十分敏感對外來刺激十分敏感的材料的材料能動反應能動反應將具有各種各樣功能的將具有各種各樣功能的材料進行復合材料進行復合2.2 電學和電子功能復合材料電學和電子功能復合材料一一. 電接觸復合材料電接觸復合材料電接觸元件電接觸元件傳遞電能和電訊號傳遞電能和電訊號接通和切斷各種電路接通和切斷各種電路擔負擔負電接觸元件材料性能電接觸元件材料性能影響影響可靠性、穩(wěn)定性、精度及壽命可靠性

2、、穩(wěn)定性、精度及壽命儀表、電機和電路儀表、電機和電路發(fā)達國家十分發(fā)達國家十分重視對此研究重視對此研究1. 滑動電接觸復合材料滑動電接觸復合材料耐磨、耐電、抗粘結(jié)、耐磨、耐電、抗粘結(jié)、化學穩(wěn)定性高、接觸電化學穩(wěn)定性高、接觸電阻小等性能阻小等性能滿足滿足Cf/Cu接觸電阻小，避免過熱，接觸電阻小，避免過熱，增加強度及減小過載電流增加強度及減小過載電流電車導電弓架滑塊、還作為電刷材料電車導電弓架滑塊、還作為電刷材料2. 開關(guān)電接觸復合材料開關(guān)電接觸復合材料滿足滿足斷路器、開關(guān)繼電器中斷路器、開關(guān)繼電器中周期性切斷或周期性切斷或接通電路觸點接通電路觸點對各項性能的要求對各項性能的要求SiC/Ag利用利

3、用Ag導電導熱性好、化學穩(wěn)定性高導電導熱性好、化學穩(wěn)定性高通過添加材料改善通過添加材料改善Ag的耐磨、抗蝕的耐磨、抗蝕和抗電弧侵蝕能力和抗電弧侵蝕能力 優(yōu)良的耐磨性及潤滑性優(yōu)良的耐磨性及潤滑性二二. 導電復合材料導電復合材料1. 屏蔽復合材料屏蔽復合材料導電率大導電率大有效衰減電磁干擾有效衰減電磁干擾電磁干擾電磁干擾由電壓迅速變化引起的由電壓迅速變化引起的電子污染（噪聲）電子污染（噪聲）屏蔽效應屏蔽效應反射能和內(nèi)部反射能和內(nèi)部吸收能總和吸收能總和2. 靜電損耗復合材料靜電損耗復合材料導電性強導電性強迅速將表面聚集的靜迅速將表面聚集的靜電荷耗散到空氣中電荷耗散到空氣中防止靜電高防止靜電高壓放電壓

4、放電應用應用印刷板框架、集成印刷板框架、集成電路塊托架等電路塊托架等雷擊保護裝置雷擊保護裝置靜電的產(chǎn)生靜電的產(chǎn)生既屏蔽入射干擾，也可容納內(nèi)部產(chǎn)生的電磁干擾既屏蔽入射干擾，也可容納內(nèi)部產(chǎn)生的電磁干擾通過自身導電或表面涂覆導電物質(zhì)通過自身導電或表面涂覆導電物質(zhì)3. 壓電復合材料壓電復合材料壓電材料壓電材料具有應力電壓具有應力電壓轉(zhuǎn)換能力的材料轉(zhuǎn)換能力的材料電聲換能電聲換能濾波濾波實現(xiàn)實現(xiàn)鈦酸鋇、鋯鈦鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛壓電陶瓷酸鉛壓電陶瓷應用應用水聲、超聲、電聲、生物醫(yī)學水聲、超聲、電聲、生物醫(yī)學工程及超聲診斷工程及超聲診斷無機壓電陶瓷無機壓電陶瓷有機壓電陶瓷有機壓電陶瓷柔軟、易成型、可制成膜狀材料柔

5、軟、易成型、可制成膜狀材料在電聲領(lǐng)域首先應用在電聲領(lǐng)域首先應用聲納聲納聲導航和定位聲導航和定位聲波接收器聲波接收器4. 超導復合材料超導復合材料超導技術(shù)的核心超導技術(shù)的核心Cf/Sn復合材料復合材料包覆超導體包覆超導體C纖維承擔全部拉伸載荷纖維承擔全部拉伸載荷應用應用導彈、航天器跟蹤、制導、導彈、航天器跟蹤、制導、通信與防御以及激光武器通信與防御以及激光武器電源上具有廣泛的應用前電源上具有廣泛的應用前景景制造制造高性能高速計算機、遠高性能高速計算機、遠紅外探測器、成像雷達紅外探測器、成像雷達以及衛(wèi)星天線以及衛(wèi)星天線超導材料超導材料臨界磁場臨界磁場臨界溫度臨界溫度臨界密度臨界密度輸送電流不耗費電

6、力輸送電流不耗費電力普通發(fā)動機普通發(fā)動機20噸噸Cu超導幾百克超導幾百克儲電裝置儲電裝置強磁體強磁體2.3 吸聲和吸波功能復合材料吸聲和吸波功能復合材料一一. 吸聲復合材料吸聲復合材料吸聲材料吸聲材料玻璃纖維、礦物纖維、陶瓷纖玻璃纖維、礦物纖維、陶瓷纖維泡沫玻璃、泡沫陶瓷維泡沫玻璃、泡沫陶瓷二二. 吸波復合材料吸波復合材料隱身材料隱身材料抗雷達探測材料抗雷達探測材料聲能轉(zhuǎn)換成熱能聲能轉(zhuǎn)換成熱能應用應用軍事、工業(yè)、建筑軍事、工業(yè)、建筑凡與雷達探測原理相同的探測器凡與雷達探測原理相同的探測器都可用吸波材料達到隱身都可用吸波材料達到隱身雷達波吸波材料雷達波吸波材料涂覆型涂覆型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型F-19A隱

7、身戰(zhàn)斗機隱身戰(zhàn)斗機ABT隱身轟炸機隱身轟炸機F-17飛機飛機薄層鐵氧體涂料薄層鐵氧體涂料應用應用AMS-1空對艦導彈尾翼空對艦導彈尾翼(B、C纖維纖維)EFA主力戰(zhàn)斗機主力戰(zhàn)斗機 C纖維纖維涂料與復合材涂料與復合材料經(jīng)合理設(shè)計料經(jīng)合理設(shè)計構(gòu)成吸波材料構(gòu)成吸波材料承載做結(jié)構(gòu)件，承載做結(jié)構(gòu)件，吸收電磁波吸收電磁波F-117轟炸機上涂滿了吸收電轟炸機上涂滿了吸收電磁波的材料磁波的材料 電磁波輻射到介質(zhì)表面時遵循能量守恒定律電磁波輻射到介質(zhì)表面時遵循能量守恒定律2.4 光學功能復合材料光學功能復合材料一一. 紅外隱身復合材料紅外隱身復合材料當代軍事技術(shù)的三大革命當代軍事技術(shù)的三大革命激光武器激光武器巡

8、航導彈巡航導彈紅外隱身紅外隱身作用作用反聲納探測反聲納探測反雷達探測反雷達探測反紅外探測反紅外探測反光學探測反光學探測對抗探測器對抗探測器探測探測跟蹤跟蹤隱身技術(shù)隱身技術(shù)探測器發(fā)展探測器發(fā)展隱身材料隱身材料結(jié)構(gòu)隱身結(jié)構(gòu)隱身材料隱身材料隱身抗干擾抗干擾探測器種類增多探測器種類增多工作頻率加寬工作頻率加寬探測技術(shù)立體化發(fā)展探測技術(shù)立體化發(fā)展隱身技術(shù)隱身技術(shù)寬帶化、寬帶化、兼容性兼容性要求材料科學材料科學高難領(lǐng)域高難領(lǐng)域探測器原理不同探測器原理不同對材料本征參數(shù)的要求不同對材料本征參數(shù)的要求不同新型探測器相繼問世新型探測器相繼問世光電對抗光電對抗紅外涂層材料紅外涂層材料吸收紅外能量，紅外輻射向長波長

9、轉(zhuǎn)移，吸收紅外能量，紅外輻射向長波長轉(zhuǎn)移，處于探測系統(tǒng)的效應波段外處于探測系統(tǒng)的效應波段外通過材料本身的結(jié)構(gòu)與工藝使吸收的能通過材料本身的結(jié)構(gòu)與工藝使吸收的能量在涂層內(nèi)部消耗和轉(zhuǎn)換，不引起溫升量在涂層內(nèi)部消耗和轉(zhuǎn)換，不引起溫升隱身技術(shù)存在隱身技術(shù)存在的問題與不足的問題與不足新課題新課題主被動隱身技術(shù)的主被動隱身技術(shù)的兼容性和兼顧性兼容性和兼顧性半導體及導電材料半導體及導電材料具有良好的微波吸具有良好的微波吸收特性收特性 復合材料復合材料 寬頻兼容寬頻兼容 隱身材料隱身材料制成獲得二二. 導光及透光復合材料導光及透光復合材料減小反射途徑減小反射途徑增加吸收或透射，引進光的傳輸特性增加吸收或透射，

10、引進光的傳輸特性納米材料光學特性納米材料光學特性Ag 50nm以下，銀白色淺粉色以下，銀白色淺粉色Au 50nm以下，金黃色桃紅色以下，金黃色桃紅色鐵紅、鐵黑鐵紅、鐵黑150nm時透明染料時透明染料納米材料的透射納米材料的透射特性異常特性異常導光、透光材料導光、透光材料問世基礎(chǔ)問世基礎(chǔ)奠定奠定美國日本已相繼研究出透光材料美國日本已相繼研究出透光材料2.5 熱學和力學功能復合材料熱學和力學功能復合材料一一. 絕熱復合材料絕熱復合材料SiO2纖維、硼硅纖維、硼硅酸鋁纖維和少量酸鋁纖維和少量SiC粉末粉末利用低熱導率延緩熱量向內(nèi)部利用低熱導率延緩熱量向內(nèi)部傳導達到防熱目的傳導達到防熱目的SiC復合材

11、料面板復合材料面板與泡沫材料復合與泡沫材料復合防熱系統(tǒng)的物理力學和防熱系統(tǒng)的物理力學和熱性能均滿足要求熱性能均滿足要求應用應用導彈、航天器外表面或內(nèi)部以導彈、航天器外表面或內(nèi)部以及發(fā)動機、推進機儲箱的隔熱及發(fā)動機、推進機儲箱的隔熱二二. 熱強性和耐磨性復合材料熱強性和耐磨性復合材料SiCp/Al-LiAl-Li合金強韌性合金強韌性Li改善潤濕性改善潤濕性各種性能優(yōu)于鋁基各種性能優(yōu)于鋁基噴射沉積噴射沉積粉末冶金粉末冶金航天、航空及航天、航空及精密儀表精密儀表應用比強度、比剛度、抗熱沖擊能力、微屈服強度和壓縮微蠕變抗力優(yōu)比強度、比剛度、抗熱沖擊能力、微屈服強度和壓縮微蠕變抗力優(yōu)于鋁基復合材料于鋁基

12、復合材料日本、美國、加拿大、新加坡開展了此項研究日本、美國、加拿大、新加坡開展了此項研究三三. 特殊熱膨脹性能復合材料特殊熱膨脹性能復合材料Cf/Cu復合材料做功率復合材料做功率半導體裝置支撐電極半導體裝置支撐電極在支撐電極平面內(nèi)導電性及熱脹在支撐電極平面內(nèi)導電性及熱脹性要有等向性；相對電極中心要性要有等向性；相對電極中心要具有對稱性和均勻性具有對稱性和均勻性 選擇選擇C纖維含量纖維含量種類和配比種類和配比調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Cf/Cu復合材料熱脹系數(shù)與復合材料熱脹系數(shù)與Si相匹配相匹配鎂基復合材料熱脹系數(shù)可調(diào)鎂基復合材料熱脹系數(shù)可調(diào)負零正負零正汽車及航空領(lǐng)域應用汽車及航空領(lǐng)域應用電子用半導體元件電子用半

13、導體元件 Si片上下裝片上下裝W、Mo電極電極 導電導熱性導電導熱性能相差較大能相差較大2.6 納米復合材料納米復合材料一一. 納米復合涂層材料納米復合涂層材料納米涂層材料納米涂層材料高強、高韌、高硬度高強、高韌、高硬度材料表面防護材料表面防護磁控濺射法磁控濺射法MOSi2/SiC硬度硬度20.8GPa二二. 高力學性能材料高力學性能材料熱等靜壓法制備納熱等靜壓法制備納米結(jié)構(gòu)的米結(jié)構(gòu)的SiC塊體塊體多相溶膠凝膠法制備多相溶膠凝膠法制備非晶晶化法制備非晶晶化法制備高強、高延展性高強、高延展性納米復合材料納米復合材料三三. 光學材料光學材料中國科技大學材中國科技大學材料系與中科院物料系與中科院物理

14、所合作發(fā)現(xiàn)理所合作發(fā)現(xiàn)納米級納米級Al2O3及及Fe2O3混混合一起，在可見光范圍蘭合一起，在可見光范圍蘭綠光波段出現(xiàn)較寬的光致綠光波段出現(xiàn)較寬的光致發(fā)光帶發(fā)光帶四四. 仿生材料仿生材料人類健康對新材料需求人類健康對新材料需求仿生仿生自然界生物的某些器官是自然界生物的某些器官是一種天然的復合材料一種天然的復合材料五五. 高分子基納米材料高分子基納米材料樹脂基納米氧化物樹脂基納米氧化物靜電屏蔽性能好靜電屏蔽性能好納米氧化鋁與橡膠納米氧化鋁與橡膠耐磨及介電常數(shù)提高耐磨及介電常數(shù)提高TiO2納米與有機物納米與有機物吸收紫外光吸收紫外光美國研制成功美國研制成功德國瑞士正在研制德國瑞士正在研制日本松下電器公司研制成功日本松下電器公司研制成功通過壓電材料合通過壓電材料合成的單根納米線成的單根納米線將機械能轉(zhuǎn)化為電能將機械能轉(zhuǎn)化為電能氧化鋅納米線在單晶氮化鎵襯底上豎起生長氧化鋅納米線在單晶氮化鎵襯底上豎起生長用聚合物將四周固定用聚合物將四周固定超聲波驅(qū)動的直流納米電動機超聲波驅(qū)動的直流納米電動機金屬基復合材料的發(fā)展金屬基復合材料的發(fā)展宇航工業(yè)宇航工業(yè)質(zhì)量輕、剛度高、尺寸穩(wěn)定、耐高溫質(zhì)量輕、剛度高、尺寸穩(wěn)定、耐高溫關(guān)鍵問題關(guān)鍵問題平方立方平方立方美國美國F5A戰(zhàn)斗機戰(zhàn)斗機質(zhì)量減輕質(zhì)量減輕15滑跑距離縮短滑跑距離縮短15航程增加航程增加20有效載荷增加有效載荷增加30C