金屬/陶瓷界面
關注創建者：王土根 創建時間：2018-12-21
金屬/陶瓷界面的視頻教程
AUTODYN數值模擬鎢合金破片垂直侵徹陶瓷/金屬復合裝甲（干貨滿滿）
使用ANSYS中的AUTODYN軟件進行鎢合金破片垂直侵徹陶瓷/金屬復合裝甲數值仿真， 1. 陶瓷材料選用SPH算法，鋁合金材料采用拉格朗日算法 2. 賦予鎢合金材料800mm/ms的初始速度，給靶板添加固定邊界條件 3. 模型采用二維軸對稱，單位制為mm,mg,ms 4. 給鎢合金和鋁合金材料賦予失效模型和侵蝕參數
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金屬/陶瓷界面的實例教程
【引言】
金屬/陶瓷界面是一種廣泛應用于各種技術的構建模塊，包括半導體器件（金屬/氧化物）、發動機上的熱障涂層以及全固態電池等領域。器件的性能直接取決于這些金屬/陶瓷界面的完整性，鈍化的金屬薄膜的形態演變通常也由金屬擴散所控制，而沿著擴展晶體缺陷（如表面、位錯、晶界等）的擴散通常快于塊體中的擴散。理想情況下，雙晶體樣品可以被用來直接測量界面擴散系數，即在雙晶體表面沉積一層擴散劑，再將樣品進行退火處理，并測量其組分分布情況，從而確定界面擴散系數。這樣僅對金屬/金屬和金屬/半導體界面進行小規模測量。但并不知金屬/陶瓷界面上金屬擴散系數的直接測量方法，間接證據表明，金屬/陶瓷界面可能是金屬原子的高擴散路徑，可以推測，沿金屬/陶瓷界面的擴散可以與沿其他內部界面的擴散相媲美。但是，金屬-氧鍵（氧化物陶瓷）可能遠高于金屬原子間的鍵，這表明沿著金屬/陶瓷界面的擴散可能受到抑制。盡管如此，相關證據表明沿著連貫（半連貫）金屬/陶瓷界面的擴散是迅速的，這似乎與快速傳輸和低原子密度之間的關系相反。
【成果簡介】
近日，美國賓夕法尼亞大學Aakash Kumar、David J. Srolovitz教授和以色列理工學院Eugen Rabkin教授等人合作報道了沿著Ni/α-Al2O3界面快速擴散的證據。Ni/α- Al2O3襯底上的多晶Ni薄膜的成孔結合連續擴散分析表明沿著Ni/α- Al2O3界面擴散非常快。第一性原理計算表明連貫的Ni/α- Al2O3界面上的Ni空位和遷移能均遠小于塊體Ni，這也就表明沿著連貫的Ni/α- Al2O3界面的擴散活化能可與沿著晶界所產生的活化能相媲美。
展開 近年來，氮化硅(Si3N4)陶瓷因其固有的性能以及高導熱性等性能的改善而引起人們的關注，有望作為下一代高功率電子器件襯底材料。在應用中，陶瓷/金屬復合基片不僅在電路層和散熱器之間提供具有低電阻率和電絕緣的導電路徑，而且還提供散熱器和芯片之間的熱路徑。然而，高功率器件引起的電流快速增加導致了陶瓷/金屬復合基底界面的熱積累。累積的熱量將成為芯片向散熱器傳熱的重要熱屏障，導致設備失效。因此，研究陶瓷/金屬復合基片的制備，特別是異質界面的設計，對于充分發揮高功率器件的優異性能至關重要。
哈爾濱工業大學的研究人員提出了一種新的方法，在陶瓷表面激光輻照輔助下，氮化硅陶瓷與Cu直接鍵合。探討了脈沖激光輻照氮化硅陶瓷表層的分解過程，并結合陶瓷分解組分的變化探討了其鍵合機理。
展開 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 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 金屬JC和陶瓷JH本構模型參數 ￥9.99
整理收集的一些銅，鋁、裝甲鋼、混凝土及陶瓷材料的本構參數
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一鍵算出材料缺陷+3D建模黑科技11個月前
特有的"物質邊界增強算法"，使金屬-陶瓷界面等難識別結構的對比度提升8倍。
u 動態切割系統
支持非平面自由曲面切割，用戶可用NURBS曲線任意剖分樣本，實時生成截面拓撲參數（周長/曲率/孔隙連通度）。
來源 | jmr&t Journal of Materials Research and Technology
01
背景介紹
熱管理對于芯片、發光二極管(LED)、5G通信等電子電氣設備的發展至關重要。電子器件產生的熱量必須迅速運走，從而防止設備運行過程中出現故障
冷拔珠光體鋼絲(PSWs)具有超高的強度和足夠的延性。在實驗室階段，鋼絲的極限抗拉強度甚至接近7GPa。由于其顯著的力學性能，PSW在實際應用中具有不可替代的工程價值。多個學者研究了PSW的微觀結構及其與優異力學性能的關系，全珠光體鋼由納米鐵素體和滲碳體(Fe3C)片層組成，高密度間相邊界作為位錯滑移的障礙，顯著增加了材料的流動應力。隨著變形應變的增加，層間距離減小，冷拉鋼絲的強度進一步提高。在珠
然而，高功率器件引起的電流快速增加導致了陶瓷/金屬復合基底界面的熱積累。累積的熱量將成為芯片向散熱器傳熱的重要熱屏障，導致設備失效。
當韌性金屬 ( 如 Cu 、 Ni 和 Al) 與某些液態金屬 ( 如 Bi 和 Ga) 接觸時，在異常低的應力水平下發生晶間破壞，這種現象被稱為液態金屬致脆 (LME) 。數十年的研究致力于理解潛在的微觀機制，球差校正掃描透射電子顯微鏡 (AC-STEM) 的發展解決了一般晶界 (GBs) 的結構問題，導致在原子尺度上對一些經典的晶間解離系統進行重新評價。 Al-Ga 體系是 LME 晶間結構的
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？
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金屬材料、陶瓷材料與有機高分子材料被稱為現代社會三大固體工程材料。其中金屬材料因其擁有優異的韌性、良好的導電傳熱性，而被廣泛應用在工程機械的關鍵零部件和結構件中，但耐腐性能差、易氧化、高溫強度較低等缺點限制了金屬材料的發展。陶瓷材料的高硬度、高強度及其擁有的極佳的耐磨損、耐腐蝕、耐高溫等特性使其在金屬冶煉、石油化工、航空航天及新能源等領域擁有著極其廣闊的應用前景
金屬鋰擁有高的比容量和最低的還原電勢，鋰金屬負極被認為是最有前途的負極材料之一。然而鋰負極表面固態電解質界面（SEI）層的不穩定性、不可控的枝晶生長和無限的體積變化，阻礙了鋰金屬負極的實際應用。功能化聚合物在電解質工程和界面改性中發揮了重大作用，有望解決電極和電解質之間的界面問題，從而引發了人們的廣泛關注。該綜述旨在提供一個關于功能化聚合物在抑制枝晶生長
論文信息
第一作者： 熊婷
通訊作者： 鄭士建、張瑞豐、Peter K. Liaw、馬秀良
通訊單位： 中國科學院金屬研究所
DOI: 10.1016/j.jmst.2020.04.073
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