金屬復合材料的案例
硅 – 金屬復合材料的發展為高容量的鋰離子可充電電池
一個研究小組在技術，美國喬治亞理工學院直樹Fukata，在日本國際交流中心材料Nanoarchitectonics（MANA），國家材料科學研究所（NIMS），納米半導體材料集團的領導者，一個研究小組的帶領下，通過形成于金屬基板由硅（Si）的納米顆粒 - 金屬復合材料的聯合開發為鋰（Li） - 離子可充電電池的陽極材料。所得的陽極材料具有高的能力幾乎兩倍高常規材料和長的循環壽命。這些結果將導致更高的容量，更長壽命的負極材料的鋰離子充電電池的開發。
目前，基于碳的材料被用作陽極為鋰離子可充電電池，其容量是高達370毫安/克 從理論上講，它們的能力可以提高10倍以上4200毫安/克，提供純硅被用作陽極材料。然而，純硅是高度可擴展的，三 至四次（體積），其中鋰離子被結合到它的過程中。由于這種特性，純硅負極材料是容易產生裂紋作為大量的應力在反復充放電循環被適用于他們，因此批量使用純硅作為陽極材料嚴重縮短電池的循 環壽命。因此，純硅沒有被使用，直到最近。
聯合研究小組形成在金屬基材的一維鍺（Ge）納米線和使用該納米線作為基材層，然后在納米結構的Si-金屬復合材料。所形成的納米結構化材料的特征在于現有的約幾十納米內聚集的納米粒子到幾百納米眾多空腔。也有一些在Si-金屬復合材料和Ge的納米結構（圖1）之間存在較大的空腔。另一個特征是，該材料不僅包括純硅而且金屬原子（主要是鐵），其自發地從襯底經由底層鍺納米結構提供和摻入到生長Si材料，形成硅 - 金屬復合材料。
根據對制成樣品的充放電特性的評價，研究組證實，新陽極材料的容量為當前的陽極材料的大約兩倍的容量，并且其循環壽命也延長比常規材料。
新材料能夠提高鋰離子二次電池陽極的兩個容量和壽命。
展開 【科普系列】金屬與陶瓷“強強聯合”---金屬陶瓷層狀復合材料
圖1 貝殼微觀結構形貌及疊層復合結構簡圖 (a) 珍珠層截面形貌；(b) 表面納米有機蛋白顆粒；(c)，(d) 珍珠層俯視形貌；(e)珍珠層結構簡圖
金屬陶瓷層狀復合材料(laminated metal/ceramics composites，LMCCs)正是在這種契機下應運而生，并在其誕生之后迅速成為復合材料研究領域的熱門課題之一。金屬陶瓷層狀復合材料是由至少一種金屬以片層形式與陶瓷交替排列而成，是將擁有不同化學、物理性能的兩種或多種材料按照不同的層間距、層厚比以及疊層數相互疊層制備的新型材料，通常是由基體材料和增強體復合制備而成，圖2是通過粉末冶金法制備金屬陶瓷層狀復合材料的工藝流程。微疊層復合材料中的強性層一般選用較高強度和彈性模量的結構陶瓷，該層主要起強化的作用，當受外界載荷時能保證材料具有較高的強度。陶瓷層通常選用SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2等材料。韌性層一般選用金屬或有機物質等韌性好的材料，保證材料具有良好的韌性。常見的韌性層材料有Ti、Ni、Fe等金屬材料，非金屬的石墨以及高分子材料的樹脂等。微疊層復合材料每個疊層的厚度通常要求為0.01~100 μm，而其性能是由每一個組分特性、體積分數、結構特點、層間距和各組分之間的互溶度共同決定的。由于材料結構的特殊性，金屬陶瓷層狀復合材料可以改善材料的斷裂韌度、疲勞性能、抗沖擊性能、抗磨損性能、抗腐蝕性能和阻尼性能等。
圖2 粉末冶金制備金屬陶瓷層狀復合材料工藝流程
最常見的金屬陶瓷層狀復合材料主要包括Ti基、Ni基、Al基、Mg基、Fe基、Cr基、耐熱金屬基、金屬間化物基等，其中以Al基、Ti基、Ni基復合材料發展較為成熟。
展開 東南大學張久洋教授團隊在金屬-高分子復合電子材料領域取得系列重要進展
二元金屬-高分子復合材料(BMPC)
圖1.(a) Ga-In二元相圖以及不同相區的微觀結構；(b) BMPC電阻-二元金屬體積分數關系圖；(c) BMPC電阻-溫度關系圖；(d) BMPC導體在相變時內部連接網絡示意圖；(e) 不同變形速率下BMPC的電阻變化；(f) BMPC在100次拉伸循環(應變350%)時的電阻變化；(g) 加熱預拉伸的BMPC導體時電阻-溫度曲線；(h)拉伸的BMPC管模型加熱前后內部連接網絡示意圖；(i) Ga-In二元相圖以及不同相區的微觀結構；(a) BMPC初始、拉伸以及拉伸時加熱狀態下斷層掃描圖像。
金屬高分子復合材料由于結合了有機高分子和金屬的特性在柔性導體、汽車、航空、航天和電子行業等方面有著廣泛的應用。但是在智能設備和機器人等現代技術很少關注金屬高分子復合材料，主要是因為金屬和高分子僅僅只是通過簡單的物理共混，金屬在金屬高分子復合材料中只起到一個導電填料的作用，性能上缺乏變化。針對這些問題，團隊首次將二元金屬引入金屬高分子復合材料，通過二元金屬的相變在金屬高分子復合材料中形成動態導體。聚合物的使用溫度與二元金屬相變溫度非常匹配，從而提供了將金屬相變與聚合物科學聯系起來的機會。他們發現，二元金屬高分子復合材料導體的電學和機械性能與二元金屬的動態固液相平衡密切相關。根據相圖的規則，通過溫度或原子組成可以方便而精確地調節這種平衡。這項工作成功地建立了金屬相與金屬高分子復合材料之間的密切關系，最終形成了動態軟導體。通過不同的金屬相圖，二元金屬高分子復合材料將為下一代柔性導體提供新的方向，從而拓寬其在現代技術中的應用。
展開 光纖應變傳感器用于測量金屬和非金屬復合材料應力應變
管道、儲罐等結構材料在遭受風載荷、地震、滑坡、泥石流等地質災害下會發生大變形或者斷裂破壞，需要借助數值有限單元法對破壞過程進行三維建模、情景還原以及溯源分析，此時要獲取準確有效的結果，金屬材料全程的真應力-真應變是最為基礎和重要的輸入數據。下面工采網小編和大家一起看看如何測量金屬和非金屬復合材料應力應變。
金屬材料測量裝置主要用于各種金屬、非金屬及復合材料進行力學性能指標的測試，精密的自動控制和數據采集系統，實現了數據采集和控制過程的全數字化調整，在拉伸試驗中，檢測材料的最大承載拉力、抗拉強度、伸長變形、延伸率等技術指標；一般在對金屬材料進行應力應變性能測量的過程中，在夾持時金屬材料受力頂部兩側不平衡，使得夾持效果不好，在測量過程中容易移動，導致測量的準確性較差。為了測量的準確性工采網推薦加拿大FISO 光纖應變傳感器 - FOS-N用于金屬和非金屬復合材料應力應變測量。
基于公認的Fabry-Perot干涉技術，FISO的光纖應變傳感器是進行高性能應變測量的好的選擇。FOS-N所基于的產品技術和配套的兼容監控系統，使用戶能在長距離且不影響讀數可靠性的前提下測量應變。它是復合材料工程研究和工業應用，如建筑物、橋梁、隧道襯砌、支承結構、船舶和電源變壓器等結構健康監控的理想產品。具備尺寸小、精度高、不受EMI/RFI干擾、耐腐蝕和耐高溫的特點。
此外FOS-N應變傳感器對任何即將使用的纖維的拉伸和處理都不敏感，若將傳感器嵌入復合材料中，則上述特點可以成為非常有利的優點。可在惡劣的化學環境下正常工作，同時它的結構堅固，使用靈活性高，能夠滿足當前高性能復合材料研究和土建結構監控的要求。
展開 
金屬復合材料是怎樣“貼”到一起的
金屬復合材料，是指兩種或兩種以上不同的金屬通過冶金結合形成的復合材料，常見的有鈦鋼復合、 銅鋼復合、 鈦鋅復合、鈦鎳復合、鎳鋼復合、 銅鋁復合、鎳銅復合等。
由于可以發揮組元材料各自的優勢，實現各組元材料資源的最優配置，節約貴重金屬材料，實現單一金屬不能滿足的性能要求，金屬復合材料在越來越多的領域得到了廣泛的應用。
初次接觸金屬復合材料，一定會有疑惑，不同的金屬，它們是怎樣“貼”到一起的？常見的金屬復合方法有以下幾種，一起來了解。
爆炸復合法
利用炸藥作能源，在炸藥的高速引爆和沖擊作用下將不同金屬大面積焊接在一起。
軋制復合法
在軋機的軋制力作用下，使兩種金屬的待復合表面發生塑性變形，從而導致金屬表層破裂，從破裂處露出的新鮮金屬相互接觸，在壓力作用下使金屬間形成冶金結合。根據軋制時的溫度可將軋制復合法分為熱軋和冷軋。
☆ 熱軋復合法
在一定溫度下，利用軋機的軋制力將待復合的金屬進行軋制，進而形成冶金結合。熱軋復合是生產復合板材的主要方法，具有工藝簡單、生產效率高等優點，且可以充分發揮軋機的軋制能力和材料在高溫下的塑性變形能力，獲得的金屬復合界面的結合強度高。
☆ 冷軋復合法
冷軋復合是在熱軋復合基礎上發展起來的，由于軋制復合溫度低，可避免金屬材料出現不利于結合的相變、顯微組織變化，以及避免脆性金屬間化合物的形成。冷軋生產的復合材料性能穩定，而且可以實現多種材料的軋制復合，但是在軋制過程中基體金屬的變形率高達60%~70%。
爆炸-軋制復合法
爆炸-軋制復合法是指利用爆炸復合技術將需要復合的兩種或兩種以上的金屬板，按一定的厚度配比焊接制成復合板坯，然后在根據不同的條件和要求，熱軋或冷軋成所需厚度規格的復合板。
展開 金屬復合材料是怎樣“貼”到一起的？
金屬復合材料，是指兩種或兩種以上不同的金屬通過冶金結合形成的復合材料，常見的有鈦鋼復合、 銅鋼復合、 鈦鋅復合、鈦鎳復合、鎳鋼復合、 銅鋁復合、鎳銅復合等。
由于可以發揮組元材料各自的優勢，實現各組元材料資源的最優配置，節約貴重金屬材料，實現單一金屬不能滿足的性能要求，金屬復合材料在越來越多的領域得到了廣泛的應用。
初次接觸金屬復合材料，一定會有疑惑，不同的金屬，它們是怎樣“貼”到一起的？常見的金屬復合方法有以下幾種，一起來了解。
爆炸復合法
利用炸藥作能源，在炸藥的高速引爆和沖擊作用下將不同金屬大面積焊接在一起。
軋制復合法
在軋機的軋制力作用下，使兩種金屬的待復合表面發生塑性變形，從而導致金屬表層破裂，從破裂處露出的新鮮金屬相互接觸，在壓力作用下使金屬間形成冶金結合。根據軋制時的溫度可將軋制復合法分為熱軋和冷軋。
☆熱軋復合法
在一定溫度下，利用軋機的軋制力將待復合的金屬進行軋制，進而形成冶金結合。
展開 具有反常壓阻效應的液態金屬柔性導電復合材料
然而，最近由澳大利亞伍倫貢大學李衛華教授和唐詩楊博士領導的研究組與美國北卡羅萊納州立大學Michael Dickey教授組成的聯合研究團隊合成的一種新型復合材料似乎打破了這一規律。與傳統導電材料不同，這種由液態金屬、磁性金屬粉末和高分子彈性基底合成的導電材料在被拉伸時電阻會劇烈減小，在拉伸量僅有10%的情況下其電阻率就能減小到初始阻值的千萬分之一，并且在拉伸量曾加到30%的情況下其電阻率甚至能減小到初始阻值的一億分之一！那么，究竟是什么原因讓這種材料具有了如此神奇的性質呢？且聽筆者一一道來。
要解釋這種材料的原理，就不得不先介紹一下彈性導電復合材料。這一類材料一般由彈性絕緣基底和導電填充材料混合而成，兼具了良好的導電性和彈性體的可變形功能。然而，魚與熊掌不可兼得，傳統的彈性導電復合材料在拉伸時導電性能會有明顯下降：一旦材料被拉伸，其中的導電填充填料就會互相分離，使得其導電能力大打折扣。因此，在機械變形時維持材料的高電導率就成為了目前導電復合材料領域一個至關重要的課題。
傳統復合材料在拉伸時其中的導電顆?；ハ喾蛛x
為了解決這一難題，該研究團隊成員基于他們豐富的關于液態金屬材料研究的相關經驗，創新性地將液態鎵銦合金微液滴和固態金屬微粉末混合加入彈性基底，制作出了這種混合填料復合材料。EGaIn鎵銦合金中的鎵銦比例為3:1，在常溫下即可維持液態，兼具高導電性、可變形性與高表面張力，是導電填料的理想選擇。這種復合材料的制作過程并不復雜，只需將固液兩種填料和液態基底混合攪拌均勻，真空脫氣后在烤箱中固化定型即可。實驗結果表明，一旦材料固化定型，其電阻率在壓縮、拉伸、彎曲和扭轉等任何機械變形下均會劇烈下降。
展開 具備粘結劑噴射技術成型潛力的金屬和非金屬材料超過40種
金屬粘結劑噴射技術對材料、粘結劑以及打印工藝（包括粘結劑的噴射量、粉末中的壓力分布、沉積時間等）、燒結制度、零件設計等有著重要的依賴關系，對用于粘結劑噴射3D打印的新材料進行認定是一項復雜的工作，它涉及上述多種因素的相互匹配。本期，3D打印技術參考主要介紹該領域的材料情況，文章歸屬《粘結劑噴射金屬3D打印專題二》。
至目前，可用于粘結劑噴射成型的金屬材料遠遠不及其他金屬3D打印技術，但前者基于在低成本、批量化制造方面的巨大優勢，獲得了極大關注。HP和Desktop Metal等公司在前幾年備受關注，但截至目前，這兩家公司最初宣傳的高量產解決方案都還未上市，Desktop Metal則是在去年推出了一款中量產的中間版本。
Desktop Metal Shop System
在該技術領域，目前已商業化的打印機品牌還屬Exone以及Digital Metal，前者當屬該領域的領導者。Exone金屬打印機既可成型金屬材料，也可成型陶瓷和復合材料。此前，該公司推出的官方認證材料僅有6種，在過去幾個月中Exone對其客戶打印的材料進行了嚴格評估，新認定14種可打印材料，包括6種金屬合金、6種陶瓷和2種陶瓷-金屬復合材料。加之該公司同期開發的M2工具鋼達到最高合格狀態，其可成型材料總量達到21種。
目前已確定的可用于粘結劑噴射技術的金屬材料種類較少，主要是因為嚴格的企業標準。而實際上用戶所打印的材料要遠多于官方給出的材料種類。在應用終端，只要材料性能達到客戶要求即可稱之為合格，它適用于特定的應用，但可能并不滿足廣泛的商業要求。
展開 非金屬復合材料成型仿真交流
大家好，我目前在做非金屬復合材料成型方面的仿真，主要涉及的軟件包括（PAM-COMPOSITE，ABAQUS，Moldex3D等），希望感興趣的同學加入這個群
921536817，大家共同交流。
『轉貼』復合材料
復合材料
復合材料是由兩種或兩種以上的不同材料組合而成的機械工程材料。各種組成材料在性能上能互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于原組成材料，從而滿足各種不同的要求。
復合材料的組成包括基體和增強材料兩個部分。非金屬基體主要有合成樹脂、碳、石墨、橡膠、陶瓷；金屬基體主要有鋁、鎂、銅和它們的合金；增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維等有機纖維和碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲及硬質細粒等。
復合材料的歷史可追溯很遠，如從古沿用迄今的稻草增強粘土，和已使用上百年的鋼筋混凝土，就是由兩種不同材料復合而成。
20世紀20年代以后發展起來的銅-鎢和銀-鎢電觸頭材料，碳化鎢-鈷基硬質合金，和其他粉末燒結材料，其實質也是復合材料。40年代，因航空工業的需要，發展了玻璃纖維增強塑料(俗稱玻璃鋼)的雷達罩，從此出現了復合材料這一名稱。
50年代以后陸續發展了碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強度、高模量纖維；70年代又出現了芳香族聚酰胺纖維(簡稱芳綸纖維)，如聚對苯甲酰胺纖維和碳化硅纖維。這些高強度、高模量纖維能與合成樹脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體，或鋁、鎂、鈦等金屬基體復合而成各具特點的材料，為了區別于一般玻璃纖維增強材料，這種材料稱為高級復合材料。
復合材料根據其組成可分為金屬與金屬復合材料；金屬與非金屬復合材料；非金屬與非金屬復合材料三種。根據結構特點又可分為纖維復合材料、層疊復合材料、細粒復合材料和骨架復合材料。
展開 中國新型金屬基復合材料可耐3000度高溫，已應用高超音速領域
另據《中國科學報》此前報道稱，自1990年開始，范景蓮教授就一直從事于難熔合金新材料、新技術和基礎理論研究，針對新型空天飛行器、火箭發動機、原子能等領域對難熔金屬材料的重大需求和現有難熔金屬強韌性不足、高溫抗氧化燒蝕差的問題，范景蓮創新性的提出“納米原位復合/微納復合”設計思想，發展了納米/微納復合粉末制備原理與技術，建立了高性能微細結構難熔復合材料燒結理論，開辟“納米/微納復合高性能難熔金屬基復合材料”新領域，取得系列重大突破。
展開 
：層狀結構在Ti-Al金屬層狀復合材料塑性改善中的作用
工作簡介：以典型Ti/Ti3Al層狀復合材料為例，使用原位EBSD、同步輻射斷層掃描技術、數字圖像關聯技術等先進表征手段，系統研究了強界面約束作用下塑/脆多層復合材料的變形機制與斷裂損傷行為，發現了室溫下有序Ti3Al相的錐面滑移及塑性變形行為，從理論和實驗兩個角度提出并驗證了基于平面應力狀態下裂紋尖端塑性區的微觀力學模型，探討了室溫下層狀復合材料微觀應力/應變的傳遞機制。
【2】 Fan Guohua#, Geng Lin, Wu Hao, et al. Improving the tensile ductility of metal matrix composites by laminated structure:A coupled X-ray tomography and digital image correlation study. Scripta Materialia, 2017, 135: 63-67.
工作簡介：該研究工作旨在使用層狀結構設計改善金屬基復合材料脆性大的難題，發現了金屬結構材料的宏觀力學性能是受其微觀應變分布控制的，而層狀異質構型設計能夠顯著地抑制應變的局域化，因此提高了復合材料的微觀損傷容限。該結果為控制微觀應變集中進而改善復合材料力學性能提供了理論依據。
【3】 Wu Hao, Fan Guohua#, Geng Lin et al. Nanoscale origins of the oriented precipitation of Ti3Al in TiAl systems. Scripta Materialia, 2016, 125: 34-38.
展開 中南大學新型金屬基復合材料已應用高超音速領域
另據《中國科學報》此前報道稱，自1990年開始，范景蓮教授就一直從事于難熔合金新材料、新技術和基礎理論研究，針對新型空天飛行器、火箭發動機、原子能等領域對難熔金屬材料的重大需求和現有難熔金屬強韌性不足、高溫抗氧化燒蝕差的問題，范景蓮創新性的提出“納米原位復合/微納復合”設計思想，發展了納米/微納復合粉末制備原理與技術，建立了高性能微細結構難熔復合材料燒結理論，開辟“納米/微納復合高性能難熔金屬基復合材料”新領域，取得系列重大突破。（來源：環球時報）
展開 復合材料的發展歷程
復合材料(Composite materials)，是以一種材料為基體(Matrix)，另一種材料為增強體(reinforcement)組合而成的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于原組成材料而滿足各種不同的要求。復合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質細粒等。
復合材料使用的歷史可以追溯到古代。從古至今沿用的稻草增強粘土和已使用上百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復合而成。20世紀40年代，因航空工業的需要，發展了玻璃纖維增強塑料（俗稱玻璃鋼），從此出現了復合材料這一名稱。50年代以后，陸續發展了碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強度和高模量纖維。70年代出現了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強度、高模量纖維能與合成樹脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體或鋁、鎂、鈦等金屬基體復合，構成各具特色的復合材料。
復合材料按其組成分為金屬與金屬復合材料、非金屬與金屬復合材料、非金屬與非金屬復合材料。按其結構特點又分為：①纖維復合材料。將各種纖維增強體置于基體材料內復合而成。如纖維增強塑料、纖維增強金屬等。②夾層復合材料。由性質不同的表面材料和芯材組合而成。通常面材強度高、??；芯材質輕、強度低，但具有一定剛度和厚度。分為實心夾層和蜂窩夾層兩種。③細粒復合材料。將硬質細粒均勻分布于基體中，如彌散強化合金、金屬陶瓷等。④混雜復合材料。由兩種或兩種以上增強相材料混雜于一種基體相材料中構成。與普通單增強相復合材料比，其沖擊強度、疲勞強度和斷裂韌性顯著提高，并具有特殊的熱膨脹性能。分為層內混雜、層間混雜、夾芯混雜、層內／層間混雜和超混雜復合材料。
展開 哪位大神有做金屬和復合材料的？或者需要這方面材料的？
我們公司是一家第三方檢測機構，主要做航空，核電，軌道交通和汽車等領域的金屬和復合材料力學性能測試，目前和國內外的知名企業合作比較多，比如商飛，伊頓，愛勵，中航商發等，經?？蛻粜枰覀冊谔峁y試支持的同時推薦供應商給他們，有這方面資源的同學可以聯系我，共享資源合作一下，郵箱：luoxiaoxia@samst.net.
