摘要：装备技术的升级换代和转型为材料研发带来了前所未有的挑战,金属基复合材料(MMCs)具有极好的可设计性,可迎接这种挑战。有效地利用不同性质、形态、尺度的无机非金属及碳等材料作为MMCS增强体,可为其获得丰富的性能与功能,这是MMCs的未来发展趋势和机遇。简要介绍了笔者在MMCs设计研究中的几项尝试经验和实例,包括自润滑功能性界面设计、非烧蚀功能性设计、材料高温恒刚度性能设计、地磁屏蔽结构-功能一体化设计和高强韧固溶体界面设计,证明了MMCs性能与功能设计的有效性。

摘要：金刚石/金属复合材料作为新一代热管理材料在航空航天、电子封装等多个领域具有广阔的应用前景。金刚石/金属的界面结合状态对于复合材料优异热物理性能的发挥起到重要作用,金刚石与金属不润湿且具有较大的声学失配,界面改性是提高金刚石/金属复合材料导热性能的有效途径。综述了金刚石/金属界面热阻的理论计算和实验测试方法,简要概述了基于界面热阻的金刚石/金属界面设计。并从增强界面结合强度和引入界面过渡层2个角度总结了通过金刚石/金属界面改性提升复合材料导热性能及力学性能的最新研究进展。最后,分析了金刚石/金属复合材料研究目前存在的问题并提出了未来可能的发展趋势。

摘要：空间技术、信息技术等现代工业技术的发展对材料性能提出了前所未有的挑战。金属基复合材料可以通过选择不同种类、不同形态的增强体和不同力学、化学、物理特性的基体,通过调整二者的分布和结合方式,便可以获得丰富多彩的材料性能和功能。金属基复合材料的可设计性是迎接这种挑战的巨大优势,因此其性能与功能的设计研究会是金属基复合材料研究的大趋势。从研究思路和实际效果等方面简要介绍了近期在金属基复合材料性能设计研究中的几项典型案例,包括高尺寸稳定性设计、自润滑功能设计和高温恒刚度设计等,证明了金属基复合材料性能与功能设计对促进材料研究进步的有效性,相关深入的基础理论分析将在其他研究论文中详述。

摘要：尺寸稳定性是指材料在长期贮存或者服役环境下保持原始尺寸不变的能力。陀螺仪、星敏感器、光学观瞄设备等角度、速度、位置传感器的关键零部件对材料的微变形十分敏感,材料的尺寸不稳定性问题已经成为制约装备精度的"卡脖子"问题。国外自20世纪70年代从金属的热处理、预拉伸变形等组织调控方法入手做了较深入的研究,我国关于材料尺寸稳定性的研究十分薄弱,主要集中于残余应力的影响上,工程效果不明显。本文介绍作者及其团队长期从事材料尺寸稳定性研究的体会与成果,包括长期贮存(无应力)条件下尺寸稳定性的表征新方法,基于该方法发现了铝合金相稳定、组织稳定及其各向异性的基本规律;总结了铝基复合材料尺寸稳定性设计的基本原理和基于增强体弥散度的设计思路;高尺寸稳定性的光学级、仪表级SiC/2024Al复合材料的微观构型特征及其在实际工程中应用的效果。理论和实践表明,仪表精度及其精度稳定性取决于材料的尺寸稳定性,而材料的稳定性首要因素是其内禀变形特性,而残余应力是次要的。本工作也表明,尺寸稳定性原理的应用对于精密轴承一类高精度零件的技术提升也将有启发性。

摘要：阐述了阻尼材料在实际使用中的地位和意义,简单介绍了阻尼材料的阻尼原理、分类和测试方法、阻尼机理等内容。回顾了阻尼材料的发展历史,并详细评述和分析了近年来国内外有关阻尼材料的研究进展,包括高分子阻尼材料、复合阻尼材料和结构阻尼等。笔者认为,综合分析以上几种阻尼材料,考虑实际工程的应用,对复合阻尼材料和结构阻尼的设计和研究十分必要。最后简要展望了阻尼材料的研究前景。

摘要：为了设计和制造出性能更加优越的空间遥感器,对一种新型航天材料—石墨纤维增强铝基复合材料(Gr/Al com-posite)进行了研究。突破了石墨纤维与铝合金的界面反应控制、纤维铺层和缠绕设计等关键技术,成功制备了石墨纤维增强铝基复合材料,材料的密度为2.12×103kg/m3,弹性模量为129 GPa,线膨胀系数为5.0×10-6K-1。针对这种复合材料,摸索出一套完整的加工和后处理工艺,并首次把这种复合材料应用在空间红外遥感器镜筒结构设计中,设计的镜筒较之钛合金镜筒减重31.8%。最后,完成了镜筒组件的加工装配、透镜的装校和随机振动试验。实验结果表明,镜筒组件的一阶谐振频率为284 Hz,高于100 Hz的设计要求,振动试验后光机系统没有发生变化。上述工作表明,石墨纤维增强铝基复合材料在航天遥感领域具有较高的应用价值。

摘要：纳米复合材料受小尺寸效应、量子效应和表界面效应的影响,体现出与传统材料截然不同的理化性质。纳米复合材料中的界面具有表界面含量高、自由能大和反应活性强的特点,因此其对材料服役、失效和断裂的影响更为显著。为了实现对纳米复合材料性能的精确控制,界面结构设计成为研究的重点。纳米复合材料界面主要分为物理结合界面、反应型结合界面以及过渡层结合界面。详细总结了纳米复合材料常见制备方法与界面结构特征,并从微结构交互作用、析出交互作用和载荷传递作用3个方面对界面交互作用进行了深入讨论;进一步结合界面结构特征,对纳米复合材料的强化机制和断裂行为进行了系统的总结与分析,并在此基础上对其未来发展进行展望。

摘要：复合材料的强化机制和强度预报一直是材料学的研究热点 ,因为这涉及到材料的组织设计问题。以往的研究对于金属基复合材料的强化机理有很多种说法 ,而且提出了大量的模型 ,但迄今为止缺乏一个统一而完善的理论。本文总结分析了近年来有关金属基复合材料的强化机制和一些相关的模型 。

摘要：采用XPS、SEM等技术对耗散防热材料静态氧化试验中氧化膜的生成情况及氧化微观形貌进行了研究,并提出了不同温度及不同氧化时间下Al-Mg/C耗散防热材料静态氧化的吸附模型和扩散模型。氧化模型的建立,为研究该材料的耐烧蚀性能,设计冷却剂的成分提供了相应的理论依据。

摘要：采用第一性原理计算和实验相结合的方法,研究了金刚石/铝复合材料的界面性质及界面反应.计算结果表明:金刚石(100)/铝(111)界面粘附功更大,相比金刚石(111)/铝(111)的界面粘附功4.14 J/m^(2)提高了41%.同时,金刚石(100)/铝(111)界面处形成Al-C键合的趋势更强.Al-C键的引入能够促进金刚石(100)/铝(111)界面处C-C键的形成,提高界面粘附功.利用真空气压浸渗法制备金刚石/铝复合材料,并对金刚石/铝复合材料的界面结构进行多尺度表征.在金刚石{100}面观察到界面产物Al_(4)C_(3),且界面脱粘多发生在金刚石{111}面,实验现象与计算结果相一致.湿热实验研究了界面反应对金刚石/铝复合材料的影响,进一步表明抑制Al_(4)C_(3)生成、改善界面选择性结合对于提高金刚石/铝复合材料性能及稳定性具有重要意义.本文的研究为第一性原理计算金刚石/金属的界面性质提供了新的思路,也对金刚石/金属复合材料的设计具有重要的指导意义.