金屬陶瓷層狀復合材料的案例
【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 ：層狀結構在Ti-Al金屬層狀復合材料塑性改善中的作用
【引言】
高強度和高塑性對于金屬結構材料是至關重要的，但它們通常是倒置的。材料的組織很大程度上決定了材料具有的性能，研究人員發現，可以通過改善材料中的微觀結構和分布實現對材料的增強和增韌，如層狀金屬復合材料（LMC）。目前，已有許多變形機制能夠很好解釋LMC塑性變形行為，但是層狀結構設計對整個變形過程的影響并不清楚。層狀結構對于LMC變形過程的局域應變（應力）的演化行為研究尚不系統，然而，這對實現復合材料的強韌化調控是關鍵性的。本文將從局域應變研究入手，通過中子衍射測量LMC拉伸下的晶格應變，并引入X射線斷層掃描及數字圖像相關（DIC）直接觀測局域應變及裂紋分布，構建局域應變（應力）分布與層狀結構的關聯規律。
【成果簡介】
近日，哈爾濱工業大學耿林教授、范國華副教授（通訊作者）及共同指導的博士生黃猛等與大連理工大學、上海光源、哈爾濱理工大學、德國赫姆霍茲研究中心、魯汶大學等單位合作在Acta Materialia上發表題為“Role of layered structure in ductility improvement of layered Ti-Al metal composite”的文章。研究團隊通過中子衍射，X射線斷層掃描及數字圖像相關（DIC）等原位手段表征了在拉伸變形過程中LMC的應力/應變狀態和斷裂行為，深刻地解釋了層狀結構對LMC變形行為的影響：層狀結構改變了其形變過程中的應力狀態，使得LMC形變可明顯分為三個階段：彈性階段、彈塑性階段以及塑性階段。此外，在LMC形變過程中，層狀結構對其微觀組織，局域應變分布以及斷裂行為存在明顯的影響，使得LMC能克服強度—塑性的倒置關系，進而達到良好的性能兼容性。
【圖文導讀】
圖1.LMC的微觀組織及取向分析
a. Ti-Al層狀金屬復合材料的掃描電鏡圖。
b.沿法線方向的反極圖。
展開 中科院金屬所Nature Materials：高性能柔性層狀結構的熱電材料
要獲得熱源表面和任意形狀之間的緊密接觸，良好的柔性是必不可少的；無支撐薄膜熱電材料由于可以容易地轉移到任何襯底上，通過減少熱能損失而顯著提高效率，通常是獲得最優器件配置的首選材料。
無機硫屬化合物（如Bi2Te3）是一種傳統的熱電材料，其可在寬的運行溫度下實現最優異的性能，但這種材料的脆性和剛性限制了它們在柔性熱電領域的應用。聚合物熱電材料雖然具有柔性好、重量輕以及易加工等優點，但由于其熱穩定性差、效率低以及接觸電阻高等缺點，因此嚴重阻礙其在熱電材料中的應用。碳納米管（CNTs）具有獨特的電、熱性能和優異的柔韌性，理論預測和實驗都表明CNTs是一種極具前景的柔性熱電材料。由于CNTs基復合材料中的碳納米管分布不均、弱的界面相互作用、雜質較多以及結構混亂等缺點，因而這種材料的熱電性能遠低于最新的無機硫屬化合物。因此，設計和制備具有優異綜合性能的柔性熱電材料仍然是一個巨大的挑戰。
【成果簡介】
近日，中科院金屬所邰凱平研究員、劉暢研究員和中科院近代物理所高寧研究員（共同通訊作者）等人合作利用磁控濺射技術在CNT支架上組裝層狀結構的Bi2Te3用于制造柔性熱電器件。該材料的功率因數在室溫下為~1600 μWm-1K-2，而在溫度為473 K時下降為1100 μWm-1K-2。其平面晶格熱導率為0.26±0.03 Wm-1K-1，室溫下最高的熱電品質因數可達0.89，這種性能主要來源于一種強的聲子散射效應。Bi2Te3-SWCNT材料優異的柔性與熱電性能主要來源于晶體取向、界面和納米孔結構，該研究結果為設計和制備高性能柔性熱電材料提供了新的思路。
展開 《Adv Mater》液態金屬合成超薄層狀材料！用于高性能光電探測器
石墨烯等二維材料一直是眾多科學發現的主要關注點。然而，過渡金屬單硫屬元素化物（如IV族單硫屬元素化物（MX，M = Sn，Ge，Pb等，X = S，Se））的巨大潛力仍相對未開發。這些材料的理論研究已經揭示了其量子極限的特殊電子和光電性能，但由于無法獲得大的長寬比，因此尚未受到實驗性推力。而原子層面的輕薄材料盡管具有引人入勝的性能，但仍面臨著不斷的挑戰。單硫化錫（SnS）是一種低成本，自然豐富的層狀材料，其帶隙可調，在原子厚度下顯示出優異的載流子遷移率和大吸收系數的特性，因此其對電子和光電子學具有非常大吸引力。然而，
缺乏成功的合成技術來制備大面積和原子層面盡可能薄的SnSS層，主要是由于強的層間相互作用阻礙了這些特性在通用應用中的探索。
為此，來自皇家墨爾本理工大學的Vaishnavi Krishnamurthi等人在《Advanced Materials》上發表題為“適用于高性能寬帶光電探測器的液態金屬合成超薄SnS層”的文章。在本文中，SnS層的印刷厚度從單個單位晶胞（0.8 nm）到由金屬液態錫合成的多個堆疊單位晶胞（≈1.8nm）不等，其橫向尺寸為毫米級。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adma.202004247
結果表明，這些大面積的SnS層具有較寬的光譜響應，具有從深紫外（UV）到近紅外（NIR）波長（即280-850nm）的范圍，并具有快速的光電檢測功能。對于單個單元厚的分層SnS結構而言，其在660 nm的室溫工作波長下，光電探測器的響應度（927 A W-1）比商用光電探測器高出三個數量級。
這項研究為合成用于寬帶、高性能光電探測器的大橫向可復制納米片開辟了一條新途徑。
展開 
彈丸侵徹碳化硅陶瓷/纖維復合材料靶板，對稱模型、復合材料鋪層、材料方向、粘結接觸、無反射邊界設置 ￥9.9
重慶大學《JMST》：累積疊軋層狀鋁合金復合材料的彎曲斷裂行為！
，包括纖維增強復合材料、顆粒增強復合材料和層狀復合材料(LMCs)。
陶瓷/金屬/聚合物多材料3D打印在一起：CeraFab Multi
南極熊導讀：多材料3D打印正在成為科技前沿的熱點，但絕大部分的多材料3D打印是同類型材料的復合，比如不同的金屬材料嫁接打印，不同高分子材料的混合打印。如果有一種技術能將陶瓷與金屬或聚合物3D打印在一起，會發揮出什么樣的價值呢？
增材制造技術如今在諸如醫療、電子和航空航天等領域正日益發揮出引領創新的作用，尤其是在現有應用方案無法更進一步而需要突破某些瓶頸的時候。其中，復合材料3D打印受到了格外廣泛的關注，因為它能夠為制造特定具有改進性能的功能部件提供額外的可能性。
Lithoz 作為陶瓷增材制造的全球市場引領者和技術先驅 ，一直在開發突破性的多材料3D打印技術。如今借助Lithoz全新推出的多材料3D打印機，增材制造不再局限于單項材料。CeraFab Multi 2M30充分利用了增材制造的全部潛力，可在單個組件中對陶瓷、金屬和聚合物等不同材料及其特性進行組合處理。
△CeraFab Multi 2M30 復合材料3D打印設備
通過將設計空間擴展到不同的材料，復合材料的一體打印成型將使得3D打印零件的顛覆性設計成為可能，通過多種材料的復合成型，組件中的一部分到另一部分即可實現材料成分與結構的改變，從而達到某種屬性或功能的對應變化。這樣具有不同成分和/或微觀結構的特殊類型高級復合材料，也被稱為功能梯度材料（FGM）和功能梯度結構（FGS）。無需進行后道的連接或組裝，即可實現高度復雜的形狀與不同材料相結合的結構，非常適用于替換傳統分體式設計的組裝部件。
△CeraFab Multi 可以實現的復合材料的潛在結構設計組合
CeraFab Multi 2M30的成型艙由兩個料盤系統組成。兩個獨立的料盤系統意味著陶瓷可以與其他陶瓷、聚合物或金屬結合。
展開 3D打印鈦基復合材料與陶瓷
雖然增材制造已經被美國宇航局等組織在幕后使用了幾十年，但由于它已經成為主流，金屬3D打印已經廣泛而迅速地發展，不僅在為海軍戰艦制造零件方面發揮作用，而且還在使用不同的材料和金屬粉末。
[來源/圖片：通過硫酸鋁熱分解增強陶瓷增強鈦基復合材料的新方法]
在X方向上前后移動使粉末床變平
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 熱管理用高導熱碳化硅陶瓷基復合材料研究進展
因此，常見的碳化硅陶瓷基復合材料導熱性能較差。
對于非金屬晶體，提高材料導熱性能的關鍵在于增大聲子平均自由程(phonon mean free path)，減少由晶格振動引起的聲子散射，從而提高材料熱輸運效率。目前，提高碳化硅陶瓷基復合材料導熱性能的手段主要有：1)引入高導熱相，提高碳化硅陶瓷基復合材料熱導率；2)優化復合材料基體與增強體之間的界面，減少界面熱阻；3)高溫熱處理促進碳化硅晶粒長大，獲得結晶度更高的導熱相；4)設計導熱通路構筑有效的熱輸運網絡；使制備的碳化硅陶瓷基復合材料具備優異的熱物理性能，成為潛在的新一代結構-功能一體化先進復合材料。
本文總結了熱管理(Thermal Management, TM)用高導熱碳化硅陶瓷基復合材料的制備工藝及其熱物理性能相關研究工作，結合目前研究現狀，展望了后續高性能碳化硅陶瓷基復合材料的發展方向。
展開 先進結構陶瓷納入國家重點研發計劃“先進結構與復合材料”重點專項
為落實“十四五”期間國家科技創新有關部署安排，國家重點研發計劃啟動實施“先進結構與復合材料”重點專項。根據本重點專項實施方案的部署，科技部近日發布了2021年度項目申報指南。該指南重點圍繞先進結構陶瓷與陶瓷基復合材料、高溫與特種金屬結構材料、先進工程結構材料、結構材料制備加工與評價新技術等7個技術方向。
本重點專項總體目標是：面向制造強國、交通強國、航天強國建設等國家重大需求部署先進結構與復合材料研發任務，形成國產材料體系化自主研制和保障能力，實現航空發動機、重載火箭、國產大飛機、核電工程裝備、深海油氣資源開采等
國家大型工程等急需的關鍵結構與復合材料的國內自主供給。
先進結構陶瓷與陶瓷基復合材料
高端合金制造及鋼鐵冶金用關鍵結構陶瓷材料開發及應用（示范應用）
研究內容：
面向冶金產業提升的發展需求，研究高端合金制造及鋼鐵新技術領域用關鍵結構陶瓷材料組分設計與制備技術，開發高品質高溫合金制備用結構陶瓷材料、冶金領域用
高效節能
硼化鋯陶瓷電極、薄帶連鑄用結構功能一體化陶瓷材料
的規模化生產工藝，開展應用評價技術研究，建立規模化生產線，研制關鍵生產設備，制定制備及檢測標準。
展開 
【會議通知】關于舉辦陶瓷基復合材料應用技術峰會的通知（第一輪）
復合材料各相關單位及從業人員：
先進陶瓷基復合材料因其具有高比強度、高比模量、可設計性強、耐腐蝕、抗疲勞、易于整體成型等優異的綜合性能，在航空、航天以及民用領域獲得廣泛應用。為提升陶瓷基復合材料的經濟和戰略地位和在未來的陶瓷基復合材料研究和產業發展中搶占先機，并促進陶瓷基復合材料技術的提升與交流，中國復合材料學會擬于2021年6月在廣東省廣州市舉辦陶瓷基復合材料應用技術峰會。
【會議通知】關于舉辦陶瓷基復合材料應用技術峰會的通知（第一輪）
復合材料各相關單位及從業人員：
先進陶瓷基復合材料因其具有高比強度、高比模量、可設計性強、耐腐蝕、抗疲勞、易于整體成型等優異的綜合性能，在航空、航天以及民用領域獲得廣泛應用。為提升陶瓷基復合材料的經濟和戰略地位和在未來的陶瓷基復合材料研究和產業發展中搶占先機，并促進陶瓷基復合材料技術的提升與交流，中國復合材料學會擬于2021年6月在廣東省廣州市舉辦陶瓷基復合材料應用技術峰會。
具體情況如下：
一、會議基本情況
會議名稱：陶瓷基復合材料應用技術峰會
會議時間：2021年6月
會議地點：廣東·廣州
主辦單位：中國復合材料學會
承辦單位：華南理工大學材料科學與工程學院（待增）
支持單位：廣州市科學技術協會
贊助單位：面向行業征集（待增）
峰會主席：成來飛教授
分論壇主席（按姓氏筆畫排序）：
張宗波副研究員、梅輝教授、褚衍輝研究員
會議規模：300人左右
會議會期：3天
二、會議主要內容
1.開幕式暨主會場
主題報告邀請國內8-10位知名院士及行業專家，主要圍繞陶瓷基復合材料學科與產業發展動態，陶瓷基復合材料的制造技術和制造工藝進行研討交流，促進廣州市陶瓷基復合材料產業的創新發展。
2.學術交流分會場
峰會設置三個學術交流分會場，圍繞陶瓷材料理論與創新方法、結構與功能陶瓷材料、陶瓷基復合材料應用技術等三大方面展開。
分會場一.陶瓷材料理論與創新方法
從陶瓷材料的理論和創新方法等角度展開研討，探索陶瓷材料技術與理論相結合的發展方向，推動陶瓷基復合材料創新發展。
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，經常客戶需要我們在提供測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.
復合材料防雷金屬網的應用
通常由鋁制成的金屬飛機可安全使用數十年，因為金屬飛機的自身的導電性足以保護飛機免受雷擊。但當雷擊或雷電流通過復合材料結構時，會造成此復材結構脆化，分層或斷裂。而且復合材料結構件損傷最嚴重的部位通常是能量密度最高的雷電流入點或出點。目前國內外航空工業研究的重點是如何加強復合材料部件的防雷擊保護（LSP），從而減少或消除雷電流損害。
復合材料飛機主要使用碳纖維復合材料（CFRP）和玻璃纖維復合材料（GFRP），碳纖維復合材料主要用于飛機蒙皮、機翼、副翼、垂尾、平尾、發動機短艙、燃油箱、直升機葉片等承力結構，玻璃纖維復合材料主要用于雷達罩、天線罩等需要透波的結構。兩種復合材料的導電性能差異很大，因此其雷電防護方法也有很大不同，玻璃纖維復合材料主要采用金屬導流條和片段式導流條進行雷電流防護，碳纖維復合材料主要采用火焰或等離子噴涂鋁、防雷金屬網進行雷電流防護。由于防雷金屬網具有重量輕、柔韌性好，可在復合曲率表面鋪貼以及優異的防雷效果等優點，防雷金屬網已經成為碳纖維復合材料結構件雷電流防護的主要方法。但是國內外對防雷金屬網選型及應用工藝研究的比較少。本文將介紹防雷金屬網的結構和，選擇依據，使用方法以及防雷金屬網防護效果的判斷方法和標準，以便在碳纖維復合材料上更好地進行防雷金屬網的應用。
1. 雷電防護原則和目標
飛機在起飛，著陸或穿過云團時都可能會遭遇到雷擊。雷電放電可能發生在云地之間、云云之間、地云之間或者云內，而飛機遭遇的大多都是云內閃電。
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