第七章 粉末材料的孔隙性能与复合材料的强韧化

1.强化金属材料的各种手段,考虑的出发点在于制造无缺陷的晶体或者制造位错运动的障碍2.各种强化手段对材料的性能影响强化手段 强度 硬度 韧性 塑性 固溶强化 ↑ ↑ ↓ ↓ 位错强化 ↑ ↑ ↓ ↓ 细晶强化 ↑ ↑ ↑ ↑ 加工硬化 ↑ ↑ ↓ ↓ 沉淀相颗粒强化 ↑↑↓↓3.各种强化手段原理及特点固溶强化利用点缺陷对金属机体进行强化.具体的方式是通过融入某种溶质元素形成固溶体,而使金属强度,硬度提高（1）溶质原子的原子数分数越大，强化作用越大； （2）溶质原子与基体金属原子尺寸相差越大，强化作用越大； （3）间隙型溶质原子比置换原子有更大的固溶强化作用； （3）溶质原子与基体金属的价电子数相差越大，固溶强化越明显 位错强化位错密度达到一定值的时候,流变应力和位错密度符合佩莱-赫许公式,即位错密度增加,位错间的交互材料的强韧化名词解释冲击韧性金属材料缺口试样落锤冲击试验侧得的韧性指标称为冲击韧性 冲击强度(冲击韧性) 高分子材料冲击试验的韧性指标通常称为冲击强度或冲击韧度 固溶强化 纯金属经适当的合金化后强度、硬度提高的现象;根据强化机理可分为无序固溶体和有序固溶体细晶强化 细化晶粒产生塑性变形,从而增大外加作用力达到强化金属材料作用位错强化 通过增大晶体中的位错密度和增加位错阻力的方式增加金属强度方法沉淀相颗粒强化 当第二相以细小弥散的微粒均匀分布在基体相中时，将产生显著的强化作用可形变颗粒 沉淀相通常处于与母相共格状态,颗粒尺寸小,可为运动的位错所切割的颗粒不可形变颗粒 具有较高的硬度和一定尺寸,并于母相共格或非共格的沉淀相颗粒 加工硬化 材料经过受力超过屈服极限,然后卸载,当再次加载时,其比例极限上升而塑性变形将减小的现象韧性 是材料变形和断裂过程中吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现强度 是材料抵抗变形和断裂的能力 塑性 表示材料断裂时总的塑变程度 断裂强度 材料能承受的最大拉力屈服强度材料在受拉力时开始产生塑性变形时的最小应力,又称屈服极限作用增大,流变应力增大,从而起到增强材料硬度作用细晶强化晶界对位错滑移具有阻滞作用,晶粒越细小晶界越多,位错被阻滞的地方就越多,晶体的强度就越高(多晶体金属的晶粒通常是大角度晶界，相邻取向不同的的晶粒受力发生塑性变形时，部分晶粒内部的位错先开动，并沿一定晶体学平面滑移和增殖，位错在晶界前被阻挡，当晶粒细化时，需要更大外加力才能使材料发生塑性变形，从而达到强化的目的)沉淀相颗粒强化 在外加切应力的作用下,材料中运动着的位错线遇到沉淀相粒子,位错线会产生扭曲,并最终绕过沉淀粒子,形成一个位错环.这就造成切应力增大,提高了材料强度相变增韧相变吸收能量而且导致体积膨胀产生张应力,周围还会出现不少微裂纹,从而有效降低了裂纹尖端附近的有效应力强度,而且裂纹偏转还可以增加表面积,从而起到增韧作用.试论材料强化的主要方法及其原理。

复合材料增韧复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有优良的综合性能，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。

然而，复合材料在使用过程中往往容易出现脆性断裂的问题，因此如何增加复合材料的韧性成为了一个重要的研究方向。

增韧的方法有很多种，本文将从微观结构调控、纤维增韧、界面改性、层合板设计等方面来探讨复合材料增韧的方法。

首先，微观结构调控是一种常见的增韧方法。

通过控制复合材料的微观结构，可以有效地提高其韧性。

例如，可以通过纳米颗粒的加入来增强复合材料的韧性，这是因为纳米颗粒可以有效地阻止裂纹的扩展，从而提高复合材料的抗拉强度和韧性。

此外，还可以通过调控复合材料的晶格结构来增加其韧性，例如通过固溶强化、析出强化等方法来改善复合材料的力学性能。

其次，纤维增韧是另一种常用的增韧方法。

在复合材料中加入适量的纤维材料，可以有效地提高其韧性。

例如，在碳纤维增强复合材料中加入适量的玻璃纤维，可以有效地提高其韧性，这是因为玻璃纤维可以有效地吸收能量，阻止裂纹的扩展。

此外，还可以通过控制纤维的取向和分布来增加复合材料的韧性，例如通过层合板的设计来提高其韧性。

再次，界面改性也是一种常用的增韧方法。

复合材料的性能往往受到界面的影响，因此通过改善复合材料的界面性能，可以有效地提高其韧性。

例如通过表面处理、界面活性剂的加入等方法来改善复合材料的界面结合强度，从而提高其韧性。

此外，还可以通过界面层的设计来增加复合材料的韧性，例如通过增加界面层的厚度、改变界面层的成分等方法来提高复合材料的韧性。

最后，层合板设计也是一种常用的增韧方法。

层合板是一种由多层材料组合而成的复合材料，通过合理设计层合板的结构，可以有效地提高其韧性。

例如通过控制层合板的层序、层间界面的设计等方法来增加其韧性。

此外，还可以通过在层合板中加入夹芯材料来增加其韧性，例如在层合板中加入泡沫芯材料、蜂窝芯材料等，可以有效地提高其韧性。

综上所述，复合材料增韧的方法有很多种，可以通过微观结构调控、纤维增韧、界面改性、层合板设计等方面来提高其韧性。

金属基复合材料的强韧化研究随着科学技术的不断发展，金属基复合材料作为一种新型材料，受到了越来越多的关注和研究。

金属基复合材料结合了金属材料的强度和刚性以及复合材料的轻质和耐磨性，具有广泛的应用前景。

然而，金属基复合材料在实际应用中还存在一些问题，其中之一就是强韧性不足。

因此，研究金属基复合材料的强韧化成为当前的热点之一。

为了提高金属基复合材料的强韧性，研究人员采用了多种方法。

其中一个常用的方法是引入纳米颗粒增强。

纳米颗粒具有较高的比表面积和界面能，可以有效地提高金属基复合材料的强度和韧性。

此外，纳米颗粒的尺寸控制和分散性也对复合材料的性能起着重要作用。

因此，在制备金属基复合材料时，研究人员需要注意纳米颗粒的选择、尺寸调控和分散性的控制。

另外，界面的性质也对金属基复合材料的强韧性有重要影响。

界面是不同相之间的交界面，其性质直接影响到复合材料的力学性能。

研究人员通过调控界面的形貌和结构来改善金属基复合材料的强韧性。

一种常见的方法是在界面上引入中间层，可以减少应力集中和界面剪切的发生，从而提高复合材料的韧性。

除了纳米颗粒增强和界面改性，金属基复合材料的微观结构设计也是提高其强韧性的重要途径。

通过合理设计金属基复合材料的微观结构，可以实现应力分布的均匀和界面的强化，从而提高复合材料的力学性能。

例如，金属基复合材料中的纤维增强结构可以改善材料的韧性，使其能够在外界载荷下有效地吸收能量。

另外，热处理技术也是提高金属基复合材料强韧性的一种常用方法。

通过合理的热处理工艺，可以改变金属基复合材料的组织结构和相态，从而调控材料的力学性能。

热处理技术包括固溶处理、时效处理、退火等，可以显著提高金属基复合材料的强度、韧性和硬度。

总结起来，金属基复合材料的强韧化研究是一个复杂而又关键的课题。

纳米颗粒增强、界面改性、微观结构设计和热处理技术等方法的综合应用是提高金属基复合材料强韧性的有效途径。

通过对金属基复合材料的强韧化研究，可以推动该新型材料在航空、汽车、电子等领域的应用，为实现可持续发展做出贡献。

算的最大应力。

疑问：传统的“强度设计”合理性？是否需辅以“韧性设计”？“安全”系数从某种角度讲也是一种“无知”系数，它反映人们对于客观事物的了解程度，如应力分析是否与使用条件完全符合，施工过程引入的残余应力有多大，施工与设计的偏差等。

采用其所长>1的值来弥补这些“无知”，从而获得“安全”设计。

考虑到高温、疲劳及腐蚀的作用，在设计时引入持久强度、疲劳极限及应力腐蚀断裂强度等性能，还考虑了多向受力，这些均为强度设计，而对塑性指标和韧性指标只依据经验提出要求，未用于设计计算。

(2) 对材料的断裂判据发生了怀疑；疑问：宏观应力σ〈σs〈σb？应力状态、应变速度、环境温度对断裂有何影响？合理的断裂判据？(3) 考核了工艺的适用性；熔化焊接，不仅改变性能，还会引入残余应力、缺口、裂纹等，影响断裂。

(4) 深入理解了工作情况；使用不当，如过载、划伤、冲击、过冷等，均促进脆断。

对于材料的断裂和其它失效，设计是主导，材料是基础，工艺是保证，使用是监护。

断裂的失效机理主要因素协助因素失效机理恒载韧断及脆断交变载荷疲劳断裂力学化学、恒载应力腐蚀断裂化学、交变载荷腐蚀疲劳断裂热学(化学) 蠕变断裂、液态金属脆化三、材料科学与工程的研发思路：(1) 依据工程构件服役行为确定所需材料性能；(2) 依据性能要求，确定所需材料结构；(3) 制定材料生产工艺，获得所需材料结构；(4) 采用必要设备，保证工艺实施；或反其道而行之的思路：(5) 只有适当的设备才能保证工艺；(6) 只有通过工艺才能改变结构；(7) 结构决定性能；(8) 材料的性能决定工程构件的行为。

§2 材料的力学性能力学性能：是指材料在各种载荷(外力)作用下表现出来的抵抗能力。

包括强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。

金属、陶瓷和高分子材料具有不同的力学性能，主要是由其基本结构决定的。

如金属和陶瓷的晶体结构、缺陷是理解其力学性能的核心概念；高分子材料的构形，交联与缠结起了关键作用。

复合材料强韧化技术研究近年来，随着科技的不断进步，复合材料在现代工业中得到了广泛的应用。

它在结构轻量化、耐高温、耐腐蚀等方面表现出色，成为了许多领域中不可替代的材料。

然而，复合材料的一大短板是其强度和韧性相对较低，难以满足实际应用的需要。

为了解决这一问题，复合材料强韧化技术的研究显得尤为重要。

一、传统强化材料的不足在传统的强化材料中，常见的有金属、陶瓷等。

然而，这些材料在实际应用中存在许多问题。

一方面，它们往往比较重，无法满足轻量化的要求；另一方面，在高温、高压下容易发生变形、断裂等问题。

因此，寻求更加轻便、耐用的强化材料就成为了一个紧迫的需求。

复合材料的出现为解决这一问题提供了新的思路。

它由两种或两种以上不同的材料组成，通过复杂的结构设计和优化，不仅能够满足轻量化的要求，而且还可以兼顾力学性能和耐用性。

二、复合材料的优势及其应用复合材料的结构中，常用的材料包括碳纤维、玻璃纤维、基体树脂等。

其中，碳纤维具有高强度、高模量、低密度等特点；玻璃纤维则结构相对简单，价格便宜，可以作为独立的强化材料或与其他材料结合使用；基体树脂则起到连接、支撑和固定的作用。

通过合理的组合，可以得到不同性能的复合材料，如高强度的碳纤维复合材料、耐腐蚀的玻璃纤维复合材料等等。

复合材料具有独特的性能和优点，在工业生产中有广泛的应用。

首先，它们可以用于航空航天、运动器材等领域，满足高强度、轻量化的要求。

其次，复合材料可以制作成各种形状和尺寸，适应不同的工作环境。

最后，复合材料的耐用性和抗腐蚀性也使得它在化工、电子、建筑等领域中得到了广泛的应用。

三、复合材料强韧化技术的研究虽然复合材料具有许多优点，但其强度和韧性仍然是限制其应用的主要因素。

为了克服这一困境，复合材料强韧化技术的研究变得尤为重要。

目前，复合材料强韧化的方法主要包括增强复合材料的强度、改善其韧性和抗冲击能力等方面。

其中，常见的技术包括纤维增强、网格增强、复合增强等。

复合材料的强韧化机理
复合材料的强韧化机理主要包括两个方面：
1. 强化相直接承受力，产生屏蔽效果。

这种机理使应力集中缓和，从而提高材料的强度。

2. 利用裂纹与材料间的相互作用而消耗额外的能量，使断裂能量提高。

这种相互作用可以使裂纹发生弯曲或偏转，与直进模式相比路径变得复杂。

可能发生主裂纹以外的断裂方式，所以与单体机体相比所需能量增大。

以上内容仅供参考，建议查阅复合材料相关书籍或咨询复合材料领域专家，获取更准确的信息。

材料强韧化原理总结汇报材料强韧化是材料科学和工程领域中一个重要的研究方向，它的目标是使材料具有更好的强度和韧性，以应对各种极端环境和工况下的应力和应变。

强韧化的关键在于改变材料的微观结构和组织，通过优化晶体结构、界面微观结构、晶界结构等方面的设计来增加材料的韧性和强度。

强韧化原理可以归纳为以下几个方面：1. 平衡硬度和韧性：在材料设计中，平衡硬度和韧性是一个重要的考虑因素。

硬材料通常具有较高的强度，但韧性较低；而韧性材料往往具有较高的韧性，但是强度相对较低。

研究人员通过调整材料组分、控制材料的微观结构和制备工艺等手段，实现了硬度和韧性的平衡，从而达到强韧化的效果。

2. 晶体结构优化：晶体结构对材料的强度和韧性具有重要影响。

通过优化晶体的晶格结构、晶间间隙等因素，可以使晶体材料变得更强韧。

例如，通过控制晶体的取向和晶界的分布，可以增加材料的界面耐久性和韧性。

3. 界面微观结构设计：材料中的界面在强韧化中起着至关重要的作用。

界面是不同材料相互作用的区域，通过优化界面的微观结构，可以增强材料的界面结合力、界面位错密度等，从而提高材料的强度和韧性。

4. 晶界工程：晶界是晶体内部的缺陷，也是材料中强韧化的关键环节。

通过调控晶界的大小、方向、位错密度等参数，可以有效地延缓裂纹的扩展速度，增强材料的韧性。

晶界工程在金属、陶瓷和复合材料等领域具有广泛应用。

5. 添加强化相和纳米颗粒：通过向材料中添加强化相和纳米颗粒，可以改变材料的内部结构，增强材料的强度和韧性。

强化相和纳米颗粒可以阻碍材料中的位错和裂纹的传播路径，同时提高材料的界面结合力和位错密度，从而增加材料的韧性。

6. 合理应力分布：在材料强韧化中，合理的应力分布是关键。

通过调整材料内部的应力分布，可以有效地减少应力集中区域，降低材料的应力集中度，从而提高材料的韧性。

综上所述，材料强韧化是通过微观结构和组织设计来提高材料的强度和韧性的过程，具体包括平衡硬度和韧性、晶体结构优化、界面微观结构设计、晶界工程、添加强化相和纳米颗粒以及合理应力分布等方面的研究，通过这些措施来增强材料的界面结合力、位错密度、界面耐久性等性能，提高材料的韧性和强度。

复合材料导论Introduction to Composite Materials（讲稿）石南林中国科学院金属研究所2004年2月目录第一章前言一、材料的发展与人类社会的进步二、复合材料的提出三、复合材料的发展历史和意义四、课程的重点和要求第二章复合材料概述一、复合材料的定义和特点1、复合材料的定义2、复合材料的特点3、复合材料的基本结构模式二、复合材料的分类三、复合材料的发展历史四、复合材料的基本性能第三章复合材料界面一、复合材料的界面二、复合材料的相容性三、复合材料的界面理论四、界面结合强度的测定1、界面结合强度的测定2、界面结合强度的表征五、界面残余应力第四章复合材料的复合理论一、复合材料的增强机制1、颗粒增强复合材料的增强机制2、纤维（包括晶须、短纤维）增强复合材料的增强机制二、复合材料的复合法则—混合定律1、混合定律2、连续纤维单向增强复合材料（单向板）3、短纤维增强复合材料第五章复合材料力学和结构设计基础一、复合材料力学1、单层复合材料2、层合复合材料二、复合材料设计1、单向层弹性常数预测公式2、正交层的工程弹性常数预测公式3、单向板强度预测公式4、复合材料的强度准则5、平面正交织物复合材料的强度6、应力的转换7、复合材料的其它性能第六章复合材料基体一、聚合物1、热固性树脂2、热塑性树脂二、金属1、用于450︒C以下的轻金属基体（铝、镁及其合金）2、用于450~750︒C复合材料的金属基体（钛及其合金）3、用于750︒C以上高温复合材料的金属基体三、陶瓷1、氧化物陶瓷2、非氧化物陶瓷3、玻璃陶瓷四、碳（石墨）第七章复合材料增强剂一、复合材料增强剂的特点二、纤维1、无机纤维2、陶瓷纤维3、有机纤维4、各种纤维性能的比较三、晶须四、颗粒第八章聚合物基复合材料（PMC）一、聚合物基复合材料的分类二、聚合物基复合材料的性能三、聚合物基复合材料的制备工艺四、复合材料成型固化工艺1、工艺性2、复合材料的固化工艺过程五、PMC的界面1、PMC的界面特点2、PMC的界面表征3、PMC的界面作用机理4、PMC的界面设计六、纤维增强聚合物复合材料的力学性能1、静态力学性能2、疲劳性能3、冲击和韧性七、铺层设计1、层合板设计的一般原则2、等代设计法3、层合板排序设计法4、层合板的层间问题八、结构设计1、明确设计条件2、材料设计3、结构设计第九章金属基复合材料（MMC）一、金属基复合材料概述1、金属基复合材料的分类2、金属基复合材料的研究特点二、金属基复合材料的制备工艺1、金属基复合材料的制备工艺概述2、先驱（预制）丝（带、板）的制备3、固态法（连续增强相金属基复合材料的制备工艺）4、液态法（非连续增强相金属基复合材料的制备工艺）5、粉末冶金法（非连续增强相金属基复合材料的制备工艺）6、原位（in situ）生长（复合法）三、金属基复合材料的界面和界面设计1、金属基复合材料的界面2、金属基复合材料的界面结合3、金属基复合材料的界面残余应力四、金属基复合材料的的性能1、金属基复合材料的的一般性能特点2、纤维增强金属基复合材料的的性能3、颗粒、晶须增强金属基复合材料的的性能第十章陶瓷基复合材料（CMC）一、陶瓷基复合材料概述二、陶瓷基复合材料的制备工艺1、粉末冶金法2、浆体法3、反应烧结法4、液态浸渍法5、直接氧化法6、胶-凝胶（Sol-Gel）法7、化学气相浸渍8、其它方法三、陶瓷基复合材料的界面和界面设计1、界面的粘结形式2、界面的作用3、界面的改善四、陶瓷基复合材料的的性能1、室温力学性能2、高温力学性能五、陶瓷基复合材料的的增韧机制1、颗粒增韧2、纤维、晶须增韧第十一章碳碳复合材料（C/C）一、碳碳复合材料概述二、碳碳复合材料的制备工艺1、碳碳复合材料的预成型和基体碳2、碳碳复合材料的制备工艺三、碳碳复合材料的界面1、碳碳复合材料的界面和结构2、碳碳复合材料的显微组织四、碳碳复合材料的抗氧化1、碳碳复合材料的氧化2、碳碳复合材料的氧化保护原理3、碳碳复合材料的抗氧化保护第十二章水泥复合材料一、水泥1、水泥的定义和分类2、水泥的制造方法和主要成分3、水泥的强度和硬化二、水泥复合材料1、混凝土2、纤维增强水泥复合材料3、聚合物改性混凝土三、水泥复合材料的成型工艺1、混凝土的配合比设计及成型工艺控制2、钢筋混凝土的成型工艺3、纤维增强水泥复合材料的成型工艺4、聚合物改性混凝土的成型工艺四、（钢筋混凝土）纤维/基体的界面第十三章混杂复合材料一、混杂复合材料概述二、混杂复合材料混杂方式1、单向混杂纤维复合材料2、单向预浸料角度铺层混杂3、混杂织物混杂4、超级混杂复合材料5、三向编织物混浊6、复合夹层结构三、混杂复合材料的几个概念1、混杂效应2、混杂复合材料的界面和界面数3、混杂比4、分数度5、铺层形式6、临界含量四、混杂复合材料的力学性能1、弹性模量2、横向弹性模量3、单向混杂复合材料沿纤维主向的强度4、纤维的临界含量第十四章纳米及分子复合材料一、纳米粉体的合成1、纳米粉体的物理制备方法2、纳米粉体的的化学制备方法二、先进纳米增强剂的制备1、碳化硅纳米晶须2、碳纳米管3、纳米碳纤维三、陶瓷基纳米复合材料的制备1、纳米-纳米复合材料2、纳米-微米复合材料四、聚合物有机-无机纳米复合材料的制备方法1、溶胶-凝胶（Sol-Gel）法2、层间插入法3、共混法4、原位聚合法5、分子的自组装和组装6、辐射合成法五、聚合物有机-无机纳米复合材料的应用现状六、应用前景展望第十五章复合材料的应用和发展一、复合材料的应用1、聚合物基复合材料的应用2、金属基复合材料的应用3、陶瓷基复合材料的应用4、碳碳复合材料二、复合材料的发展1、复合材料的性能对比2、复合材料的发展趋势第一章前言一、材料的发展与人类社会的进步材料是人类社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。

Cu-YBaCuO粉末复合材料组织与性能的研究 Properties and Stability of Cu-YBaCuO Composites Elaborated by Extrusion of Elemental Powder Mixture 高　飞　宋宝韫　Dupeyrat Ph+　Grosbras M+　徐有容△(大连铁道学院材料系,大连,116028)(+法国国家科学院物理冶金实验室)(△上海大学,上海,201800)Gao Fei　Song Baoyun　Dupey rat Ph+　Grosbras M+　Xu Yourong△(Dalian Railw ay Institute,D alian,116028,China)(+L abor ato ir e de M et allurg ie P hy sique-U RA131,Fr ance)(△Shang hai U niver sity,Shang hai,201800,China)摘　要　预期得到一种具有较高强度而又不降低导电率的铜基粉末复合材料,选用超导陶瓷粉末Y BaCuO为强化相,以冷等静压、热挤压等粉末冶金方法研制了两种(Cu-5%YBaCuO和Cu-20% Y BaCuO)粉末复合材料。

在常温和液氮温度下测试了这两种复合材料的力学性能与导电性能。

研究表明,该复合材料低温(77K)时的力学性能优于室温,但导电率并没有改善。

其原因在于所加入的四方超导相Y Ba2Cu3O7-x不稳定而失去超导性能。

即使提高Cu2O的含量也没改善这一状况。

关键词　复合材料　高温超导　Y Ba CuO ABSTRACT　T o pr oduce mechanical r einfo rcement of a copper matr ix without any loss of conductiv ity for lo w temper ature applications,it is pro po sed to r e-place classical alumina par ticles by super conducting particles.T his paper descr ibes a fir st a ttempt t o sy n-thesise co pper composit es co nt aining5wt%YBaCuO or20w t%Y BaCuO by using a po wder pro cessing ro ute.T he r esulting mechanical and electr ical pro p-erties ar e measur ed at t he temper ature77K and 300K.lt show s that it is difficult t o clear up the de-co mposition pr ocess o f the o r thor ho mbic Y Ba2Cu3O7-x superco nduct ing phase o ccur ring during the elabor atio n.A ddit ion o f an in-situ ox y gen do nor,such as Cu2O ox ides in t he initial pow der mix tur e appear s to be insufficient to stabilise the ox y gen sto ichiom etry o f the superco nduct ing par ti-cles.KEY WORDS　composite material,H.T.T.super-conductor,YBaC uO1　引　言高温超导材料如Y Ba2Cu3O7-x允许在液氮温度以上使用,这大大开阔了超导材料的使用范围。