（材料学专业论文）生态陶瓷金属网络互穿结构复合材料的制备及性能研究.pdf

圭查奎堡查芏堡圭兰壁坚! i _ 叁 摘要 i 经济的发展带给人们方便和舒适的生活，但同时造成了许多严重的问题，如 资源过度开采、大量的生活和工业垃圾以及环境污染等。因此。材料的设计、开 发与应用应同时追求材料高性能与材料环境协调性。面对地球环境的日益恶化， 环境材料相关领域已成为研究的热点。生态陶瓷是新近开发的一种环境材料。该 材料由木质废弃物经过特殊处理制备而成，是一种海绵状多孔碳材料，具有低密 度，优异的耐磨、减磨性，优良的电磁屏蔽效应和远红外线放射特性等特点，并 有望应用于一些工业和民用领域。但是，与其它多孔陶瓷一样，其力学、热学等 性能较差，这些阻碍了该材料在更广泛的领域中的应用。、) 针对生态陶瓷性能的上述瓶颈，本文提出利用材料复合技术解决上述问题， 在发挥生态陶瓷现有优异性能的同时，提高其综合等性能。基本思想是利用生态 陶瓷独特的三维开孔结构特征，往其中浸渍入导热导电高塑性好的金属及其合 金，制备出网络互穿结构的新型环境复合材料，并期望这种材料同时具有生态陶 瓷和金属材料的综合优良性能。本文采用真空压力浸渍工艺制备了生态陶瓷舢 ( e c m s a 1 ) 、生态陶瓷a i s i ( e c m s ，m s i ) 和生态陶瓷m b l 5 ( e c m s m b l 5 ) 三种复合材料，并利用复合材料的可设计性，针对合金和生态陶瓷的不同性能特 点，有针对性地在上述三种复合材料中选择研究对象进行性能研究和分析。 通过对生态陶瓷的形貌和组织分析，发现生态陶瓷的组织存在一定的方向 性，由非晶碳组成，并可根据孔的大小及形成过程，将生态陶瓷内的孔隙分为宏 观孔、微观孔和纳米孔( 坑) 三种if 压汞仪测试结果表明生态陶瓷孔径随着烧结 温度的升高而增加。e c m s 金属复合材料的组织均匀致密且网络互穿结构明显。 金相法和密度法对同一复合体系测得的浸渍率非常接近，充分说明e c m s 金属复 合材料的网络互穿结构具有三维特征。复合材料中金属未浸溃区域来源主要有三 个：生态陶瓷自身闭孔、气体阻隅以及金属缩孔。e c m s a 1 复合材料少量局部界 面有反应物产生，而e c m s m b l 5 复合材料界面光滑，没有反应物生成。文 通过浸溃金属来提高生态陶瓷的力学性能是可行的。f 力学性能分析表明， e c m s 金属复合材料的弯曲强度、压缩强度、弹性模量以及布氏硬度在生态陶瓷 的基础都有大幅度的提高。生态陶瓷的断口具有典型的脆性断裂特征。e c m s 金属复合材料具有混合断口特征，包括生态陶瓷的脆断和浸渍金属的韧断。e c m s 金属复合材料的失效模式为生态陶瓷的裂断，其裂纹大多起源于生态陶瓷内部或 复合材料组成相界面处，以t 形裂纹为主。e c m s 金属复合材料的力学性能通过 韧性相桥接、裂纹偏转和组成相互锁方式得到改善和提高。i 7 - - 上海交通大学博士学位论文 摘要 复合材料许多应用领域要求其具有合适的热膨胀性能。研究发现，生念陶瓷 表现出较低的热膨胀系数和稳定的热循环性能。e c m s 金, i 复合材料的热膨胀系 数大于混合法则预测值。这类复合材料的热循环曲线的升温阶段位于i j 筚温阶段的 下部，并且加热阶段曲线上出现拐点，这些与加热过程中基体发生塑性变形有关。 循环次数增加，试样伸长量减小，封闭性提高，拐点消失，这些现象与基体得到 应交强化有关。e c m s 金属复合材料热膨胀性能的各向异性因材料微观结构的各 向异性而产生。生态陶瓷内部的闭孔对复合材料的热物理性能影响不大，而界面 闭孔有助于减小热膨胀量和热膨胀系数。e c m s 金属网络互穿结构复合材料的热 膨胀行为可用试样表面金属挤入挤出机理解释。士 噪声和振动成为越来越严重的另类污染，减振降噪、改善人机工作环境逐渐 成为一个急需解决的问题。【研究表明，生态陶瓷因其多孔特征而表现出较好的阻 尼性能，其阻尼随振幅和频率的升高而增加，随烧结温度和测试温度的升高而下 降。e c m 舳1 5 复合材料室温阻尼和高温阻尼大于e c m 毗蛆复合材料，它们具 有相似的阻尼一振幅曲线只是阻尼一频率曲线稍有不同。它们的高温阻尼随着温度 的升高而增加，随振动频率的增加而减小。生态陶瓷不同区域的微孔和微裂纹对 其阻尼性能的影响不一样。e c m s ，金属复合材料的室温阻尼以组成相阻尼和位错 阻尼为主；高温时基体中位错密度降低使位错阻尼降低，同时界面结合力减小， 界面阻尼因界面滑移量的增加而增加，e c m s 金属复合材料高温阻尼以界面摩擦 滑动阻尼为主。 既然无定型碳是由石墨分子碎片互相大致平行地无序堆积而成，在摩擦过程 中它可用作固体润滑剂，玻璃碳具有很高的硬度和强度，它们都有助于降低摩擦 系数并提高耐磨性。同时，a l - s i 合金作为摩擦件用材已经得到广泛应用，但其 抗咬合性能有待改善，通过对不同滑动速度和载荷下生态陶瓷a l s i 复合材料的 干摩擦行为的研究发现，基于生态陶瓷制备a i s i 合金复合材料具有很好的摩擦 磨损性能。e c m s a i s i 复合材料的摩擦系数随载荷和滑动速度的增加而增加，其 磨损率随载荷和滑动速度的增加而增加。与a i s i 合金比较，e c m s a 1 s i 复合材 料的摩擦系数减小，摩擦过程中稳定性增加，磨损率明显下降，磨面粗糙度、波 度和形状偏差均降低，摩擦表面塑性变形减小，没有脱落和物质聚集现象， e c m s a i s i 复合材料的磨屑以块状和片状为主，磨屑表面发生物质转移和部分物 质氧化。上述的试验结果表明，低载荷时，a l s i 合金以粘着磨损和剥层磨损为主， e c m s a i s i 复合材料以磨粒磨损和粘着磨损为主，高载荷时，基体合金以剥层磨 损为主，e c m s a i s i 复合材料以粘着磨损为主。 本研究从理论和工艺实践的角度分析验证了生态陶瓷金属复合材料的制备 可行性、性能改善提高的微观机制，并探索性地研究了生态陶瓷金属网络互穿 上海交通大学博士学位论文 摘要 结构复合材料在热膨胀、阻尼行为等方面的特点。这些研究为以后制备高性能的 环境适应性复合材料和拓展生态陶瓷的应用领域打下了坚实的基础。 关键词 生态陶瓷? 金属复合材料；真空压力浸渍i 微观组织，力学性能，、热膨胀性能； 阻尼性能，摩擦磨损 l l i 圭塑奎望查兰煎主兰堡垒墨 壁壁! ! 生 a b s t r a c t e c o n o m i cd e v e l o p m e n th a sb r o u g h t u sac o m f o r t a b l ea n dc o n v e n i e n t l i f e h o w e v c f , t h eo v e rc o n 吼m 蹿【d o no f n a n l r a lt 他s o u l c e sa sw e l la st h eh u g ea m o u n to f w a s t e p r o d u c e d , c a u s e s a s e v e r ep o l l u t i o no no u re n v i r o n m e n t t h u s m a t e r i a l s c i e n t i s t sa r er e a r c h i n gh o w t od e s i g n , p r o d u c e ，u s e ，d i s p o s ea n dr e c y c l em a t e r i a l s w i t hm i n i m a li m p a c t0 1 1e n v i r o n m e n t d u et ot h ei n c r e a s i n g l yw o r s e n i n gg l o b a l e n v i r o n m e n t , m o r ea n dm o a t t e n t i o nw a sp a i d 0 1 1e c o m a t e r i a la n di t sr e l a t e df i e l d s e c o c e r a m i c s , a si 增wk i n do f p o r o u sc a r b o nm a t e r i a l s ，c a nb ef a b r i c a t e df r o mw o o d y w a s t em a t e r i a l s a n da g er e c o g n i z e da se n v i r o n m e n tc o n s c i o u sm a t e r i a l sd e s i g n e d f o r m m m u z m gt h ee n v i r o n m e n t a li m p a c t s e c o c e r a m i c s h a ss u p e r i o rw e a rp r o p e r t i e s ， e l e c t r i cp r o p e r t i e sa n de l e c t r o m a g n e t i cs h i e l d i n gp r o p e r t i e sa n dc a nb eu s e di ns e v e r a l k i n d so fi n d u s t r i a lf i e l d s h o w e v e r , a sak i n do fc e r a m i c 。e c o c e r a m i c si sn o td u c t i l e a n di t s 蟠区i i n u mb e n d i n g s t r e n g t hi sr a t h e rl o w b e c a u s eo f i t sp o r o u ss t r u c t u r e ，w h i c h i ss t i ui n s u f f i c i e n t 硝t h es t m c t m a l f u n c t i o n a lm a t e r i a lc o m p a r e dw i t ho t h e ri n d u s t r i a l m a t e r i a l ss u c ha sm e t a l sa n dc a r b o n c a r b o nc o m p o s i t e s d u et oa b o v e - m e n t i o n e d p r o p e r t i e ss h o r t a g eo fe c o c e r a m i c s ，i ti sp m f o r w a r df o r t h ef i r s tt i m et h a tt h o s ep r o b l e m sc a nb es o l v e dt h r o u g hc o m p o s i t et e c h n o l o g y , e x e r t i n gt h ee x c e l l e n tp r o p e r t i e so f e c o c e r a m i c sa n dm e t a la l l o ys i m u l t a n e o u s l y t h e b a s i ci d e ai st h a tm e t a l so rt h e i ra l l o y sw i t hh i g ht h e r m a lc o n d u c t i v i t ya n de l e c t r i c c o n d u c t i v i t ya r ci m p r e g n a t e di n t oe c o c e r a m i c ss i n c ee c o c e r a m i c sh a sa3 - dp o r o u s s t r u c t u r e i n p r e s e n td i s s e r t a t i o n , e c o c e m m i c s a 1 ( e c m s ：d ) ，e c o c e r a m i c s a i s i r e c m s a l s i ) a n de c o c e r a m i c s m b l 5 ( e c m s m b l 5 ) c o m p o s i t e sw e 豫f a b r i c a t e d u s i n g av a c u u l n h i g h - p r e s s m e i n f i l t r a t i o nt e c h n o l o g y i no r d e rt oe x p a n de c o c e r a m j c s a p p l i c a t i o nf i e l d sa n ds e a r c hf o rt h ea p p l i c a t i o np o t e n t i a lo f e c m s m e t a lc o m p o s i t e ， w i t l lt h ee x c e l l e n t d e s i g n a b i l i t y o fc o m p o s i t em a t e r i a l s t h es e l e c t e d c o m p o s i t e m a t e r i a l si na b o v et h r e ec o m p o s i t em a t e r i a l sw e r ei n v e s t i g a t e da b o u tt h e i rv a r i o u s p r o p o r t i e s t h em i c r o s t r u c t u r ea n dp o r o s i t yc h a r a c t e r i s t i c so f e c o c o r a m i c s ，i n f i l t r a t i n gr a t e a n dm i c r o s m 圮t m eo fe c m s a 1 e c m s a i s ia n de c m s 停i b l 5 c o m p o s i t e s a r e i n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o w t h a te c o c e r a m i c si sc o m p o s e d o f n o n c r y s t a l l i n ec a r b o n o nt h eb a s i so f p o r o s i t ys i z ea n df o r m a t i o nm e c h a n i s m , p o r o s i t yi ne e o c e r a m i c sc a n b ed i v i d e di n t ot h r e e t y p 龉：m a c r o p o r e s ，m i c r o p o r e s a n dn a n o p o r e s ，i nw h i c h m a c r o p o r e sm - et h em a i nc h a n n e l sf o rl i q u i dm e t a li n f i l t r a t i o n p o r ed i a m e t e ro f e c o c e m m i c si n c r e a s e sw i t hi n c r e a s i n gs i n t e r i n gt e m p e r a t u r e 珏em i c r o s t r u c t u r eo f e c m s m e t a lc o m p o s i t e sh a sa no b v i o u sc h a r a c t e ro f i n t e r p e n e t r a t i n gn e t w o r k , a n d t h e i r p h a s ec o m p o n e n t sd i s t r i b u t et o p o l o g i c a l l yu n i f o r m l y u n i n f i l t r a t e da l a s i n e c m s m e t a lc o m p o s i t em a i n l yc o m ef r o m ：i n i t i a lc l o s e dp o r ei ne c o c e r a m i c s ，s o m e 圭查奎墨垄苎苎主堂堡垒查 一尘堕翌! l e n 心a p p e dg a sa n ds h r i n k a g eh o l ei nm e t a l e c m “越c o m p o s i t e h a ss o m er e a c t i o n p r o d u c t si nt h es h a p eo f r o da ti n t e r f a c e ，b u tt h ei n t e r f a c eo f e c m s m b l 5c o m p o s i t e i sv e r yc l e a n , w i t h o u ta n yr c a c t i o l lp r o d u c t i ti s p r a c t i c a b l e o fi n f i l t r a t i n gm e t a l i n t o p o r o u s e c o c e r a m i c sw i t hs i m p l e t e c h n i q u et oi m p r o v et h e i r m e c h a n i c a lp l o p e i t i e s e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t , c o m p a r e dw i t he c o c a a m i c s b e n d i n gs t r e n g t h ，c o m p r e s s i v es t r e n g t h , e l a s t i c m o d u l u s a n db r i n e l lh a r d n e s so fe c m s m e t a lc o m p o s i t e si n c r e a s er a p i d l y f r a c t u r es u r f a c eo f e c o c e r a m i c sh a st h e t y p i c a l c h a r a c t e ro fb r i t t l ef r a c t u r e ，w h i l ee c m s m e t a l c o m p o s i t e sh a v em i x t u r e f r a c t u r em o d e ，i n c l u d i n gd u c t i l ef r a c t u r eo f i n f i l t r a t e dm e t a l a n db r i t t l ef r a c t u r eo fe c o r a m i c s t h ef a i l u r em o d eo fe c m s m e t a lc o m p o s i t ei s e c o c c r a m i c sa l l i s o no nf r a c t u r es u r f a c e c r a c k si ne c m s m e t a lc o m p o s i t ea l w a y s o r i g i n a t e i n t e r i o ro fe c o c e r a m i c so r c o m p o s i t e i n t e r f a c e t h e t o u g h e n i n g a n d s t r e n g t h e n i n gw a y so f e c m s m e t a lc o m p o s i t e si n c l u d eb r i d g i n gf r o md u c t i l ep h a s e ， c r a c kd e f l e c t i o na n d c o m p o n e n t sp h a s ei n t e r l o c k i n g t h e r m a lp r o p e r t yo fm a t e r i a l si sad o m i n a n tf a c t o ri ns o m ea p p l y i n gf i e l d s e x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o wt h a te c o c e r a m i c se x h i b i t sl o w e rt h e r m a l e x p a n s i o n c o e f f i c i e n ta n ds t a b l et h e r m a lc y c l ep r o p e r t y t h e r m a lp r o p e r t yo ft h ee c m s m e t a l c o m p o s i t ew i t hi n t e r p e n e t r a t i n gn e t w o r ki s m u c hd i f f e r e n tf r o mo t h e rc o m p o s i t e s ， t h e i rc o e f f i c i e n t so ft h e r m a le x p a n s i o n ( c t e ) b e i n gh i g h e rt h a nr o m p r e d i c t e d v a l u e s w i t hc y c l i n gt i m ei n c r e a s i n g ，s a m p l ee l o n g a t i o no fc o m p o s i t ed e c 舱a s e s ， c l o s u r ed e g r e ei n c r e a s e sa n d p o i n t so f i n f l e c t i o nd i s a p p e a r t h et e a s o nf o rd i s c l o s u r e a n ds a m p l ed o n g a t i o n , p l a s t i cd e f o r m a t i o n , h a st a k e np l a c ei nm a t r i xa l l o yd u r i n g t h e r m a lc y c l i n g u n i n f i l m 叫= dh o l e si ne c o c 翻狮i c sh a v el i t t l ei n f l u e n c eo nt h e r m a l p r o p e r t yo fc o m p o s i t ea n d t h o s ea ti n t e r f a c eh a v em u c he f f e c to nt h e r m a lb e h a v i o r , d e c r e a s i n g t h e r m a le x p a n s i o na n dc t e t h e r m 丑lb e h a v i o rf o re c m s m e t a l c o m p o s i t e w i t hi n t e r p e n e a = i n gn e t w o r kc a nb ee x p l a i n e dw i t hs u r f a c em e t a le x t r u d i n ga n d i n m a l i n g m e c h a n i s m n o i s ea n dv i b r a t i o na r ea n o t h e rt y p eo f p o l l u f i o r , t h u si ti s 觚u r g e n t p r o b l e m t o b es o l v e do f d e c r e a s i n gn o i s e ，他d u c i n gv i b r a t i o na n di m p r o v i n gm a n - a n d - m a c h i n e w o r k i n ge n v i r o n m e n t e x p e r i m e n t e lr e s u l t ss h o wt h a t , e c o 涮c se x h i b i tg o o d d a m p i n g b e h a s d o rd u et oi t sp o r o u ss t r u c t u r e ，a n di t sd a m p i n g p r o p e r t yi m p r o v e sw i t h i n c r e a s i n ga m p l i t u d ea n df i e q u e n c y , d e c r e a s i n gw i t hi n c r e a s i n gs i n t e r i n ga n dt e s t i n g t e m p e r a t u r e d a m p i n g v a l u e so f e c m s l 2 0 0 m b l 5c o m p o s 妇眦h i g h e rt h a nt h o s eo f e c m s l 2 0 0 a ic o m p o s i t eo b t a i n e da tt h es a m ec o n d i t i o n , a n dt h e yh a v et h es a m e d a m p i n g - s t r a i na m p f i t u d c c 埘f v c sb u td i f f c t c n t d a m p i n g - f i e q u e n c y c u r y c s t h e i r e l e v a t e d - t e m p e r a n n ed a m p i n gi n c r e a s e sw i t hi n c r e a s i n gt e m p e r a t u r e ，d e c r e a s i n gw i t h i n c r e a s i n gf 咒q u e n c y d i f f e r e n tp o r e si ne c o c e r a m i c sh a v ed i f f e r e n tc o n t r i b u t i o nt oi t s d a m p m gp r o p e r t y a t i o o m t e m p e r a t u r e ，d a m p i n g b e h a v i o ro fe c m s m e t a l v 上海交通大学博士学位论文 a b s t r a c t c o m p o s i t e s i n c l u d ec o m p o n e n t sd a m p i n ga n dd i s l o c a t i o nd a m p i n g a te l e v a t e d t e m p e r a t u r e ，d i s l o c a t i o nd a m p i n g d e c r e a s e sd u et oi t s d e c r e a s i n gd e n s i t y , a n d i n t e r f a c e d a m p 吨i n c r e a s e s 、 ，i m i n t e r r a c i a l s l i d i n g d i s t a n c e i n c r e a s i n g d u et o i n t e r f a c eb i n d i n gf o r c e ，a sar e s u l t ，e l e v a t e d - t e m p e r a t u r ed a m p i n go fe c m s m e t a l c o m p o s i t e i si n t e r f a c ed a m p i n g s i n c ea m o r p h o u sc a r b o ni ne c o c e r a m i c si sc o m p o s e do fg r a p h i t em o l e c u l ea n d c a l lb eu s e da ss o l i dl u b r i c a n t , g l a s s yc a r b o nh a s h i g hs t r e n g t ha n dh a r d n e s s t h e yb o t i l a r es u p p o s e dt oi m p r o v e m a t e r i a l s t r i b o l o g yp r o p e r t y a tt h es a l i l et i m e ，a l s ia l l o y s h a v eb e e nu s e dw i d e l ya sf r i c t i o nm a t e r i a l ，b u tt h e i ra n t i - $ e i z l 1 1 ep r o p e r t yi sr e q u i r e d t ob ei m p r o v e d e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a te c m s a i s ic o m p o s i t eh a se x c e l l e n t t r i b o l o g yp r o p e r t y , i t sf r i c t i o nc o e f f i c i e n ta n dw e a r r a t ei n c r e a s ew i t h a p p l i e d1 0 a da n d s l i d i n gv e l o c i t y c o m p a r e dw i t ha 1 s ia l l o y , f r i c t i o nc o e f f i c i e n t o fe c m s a 1 s i c o m p o s i t ed e c r e a s e s ，i t sf r i c t i o ns t a b i l i t yd u r i n gf r i c t i o np r o c e s si n c r e a s e s ，i t sw e a r r a t er e d u c e s r e m a r k a b l y , a n dp l a s t i c d e f o r m a t i o no nw o r ns u r f a c ed e c r e a s e s m o r e o v e r , t h ew o r ns g l f a c er o u g h n e s s ，w a v i n e s sa n ds h a p ed e v i a t i o no fe c m s a i s i c o m p o s i t ed e c r e a s e ，w i t h o u tf a l l i n go f f a n d g a t h e r i n gp h e n o m e n a w i t ha p p l i e dl o a d a n d s l i d i n gv e l o c i t yi n c r e a s i n g , t r i b o l o g yp r o p e r t yo fe c m s ，a i s ic o m p o s i t ed e c r e a s e s a b r a s i v ed u s tm o r p h o l o g i e so fe c m 姒l s ic o m p o s i t ea r em a i n l yb l o c ka n df l a k e m a s st r a n s p o r t a t i o na n dp a r t i a lm a s so x i d a t i o nt a k ep l a c eo nt h es u r f a c eo f a b r a s i v e d u s tb a s e do ne d s i n v e s t i g a t i o n a l la b o v er e s u l t ss h o wt h a t , t h ew e a rm e c h a n i s m so f e c m s ，a l s ic o m p o s i t ea n di t sm a t r i xa l l o yv a r yw i t ha p p l i e dl o a d f o ra l s im a t r i x a l l o y , w c r rm e c h a n i s mv a r i e sf r o mm i l da d h e s i v ew e a rt os e v e r eo n e ；f o re c m c a i s i c o m p o s i t e , i tv l t r i e sf r o mac o m b i n a t i o no fa b r a s i v ew e a ra n da d h e s i v ew e a rt o a d h e s i v ew e a r i n p r e s e n td i s s e r t a t i o n , t h ef a b r i c a t i o n f e a s i b i l i t y a n dp r o p e r t i e s i m p r o v i n g m e c h a n i s m so f e c m s m e t a l c o m p o s i t e s a r ca n a l y s e d t h e o r e t i c a l l ya n dp r a c t i c a l l y , a n d i n v e s t i g a t e de x p l o m t o r i l yt h e r m a lp r o p e r t ya n dd a m p i n gb e h a v i o ro fe c m s m e t a l c o m p o s i t ew i t hi n t e r p e n e t r a t i n gn e t w o r k a l lt h e s er e s e a r c hr e s u l t sm i g h tp r o v i d ea f i n n g r o u n d w o r kf o r m a n u f a c t u r i n ge c o m a t e r i a l s w i t he x c e l l e n t p r o p e r t i e s a n d e x p a n d i n ga p p l i c a t i o nf i e l d so f e c o c e r a m i c s k e yw o r d s e c o c e r a r n l c s m e t a l c o m p o s i t e ，v a c u u m h i g h - p r e s s u r e i n f i l t r a t i o n t e c h n o l o g y , m i c r o s t r u c t u r c ，m e c h a n i c a lp r o p e r t y , t h e r m a le x p a n s i o n p r o p e r t y , d a m p i n gb e h a v i o r , w e a ra n df r i c t i o n v i 附件五 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口。在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保| 密匾 ( 请在以上方框内打“ ，”) 学位论文作者签名：诹嵯f 青 1 日期：凇年夕月罗日 ，| 指导教师签名：f 叛 曰期：啦年矿月o 日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在- 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密哦 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：帮嘤f 丢 指导教师签名： 日期：”j 年歹月f 7 日 日期：沙，工年【月7 日 圭查壅垩垄兰堡主堂堡垒查 苎二烹笪鱼 第一章绪论 1 1 前言 材料及材料科学技术构成2 l 世纪人类社会发展的基础，纵观过去，历史上 的每一次重大突破都是和材料的重要进程相关。如今新材料的发展更是对科学技 术发展和社会进步有着重大影响，它是高新技术发展的物质基础。 先进复合材料和一系列新型材料的发展为空间技术的开发奠定了基础，因而 受到各国政府的高度重视，成为新材料研究的重点和方向。目前人们所研究的复 合材料一般是由基体与增强体复合而成。复合材料集多种材料优点于一身，具有 可设计、可统计优化、高比强度、高比模量、低密度等一系列优点。尤其是金属 陶瓷复合材料，由于融合了金属与陶瓷的特性，因此既具有优异的力学性能， 又具有导电、导热、耐磨损等一系列功能特性。 在通常的金属陶瓷复合材料中，陶瓷相通常分为长纤维、短纤维、晶须以 及颗粒。组织形貌上是一个连续相( 基体) 和一种或多种离散相的组合体。近年 来，一种新型的网络互穿结构复合材料引起了人们的注意【l 】。网络互穿结构复合 材料的产生和发展符合提高复合材料中第二相粒子的体积分数以及材料发展的 结构功能一体化的趋势。网络互穿结构复合材料的组织结构及性能具有拓扑均匀 性，与传统的复合材料相比，显示出网络互穿结构潜在的优势。互穿结构“复合 材料”在生物圈中比较常见，例如，哺乳动物的骨骼，以及植物的树干和树枝， 但合成材料领域却不多。 人类生活的周围环境和地球环境日益恶化，这就要求材料工作者在材料的设 计、开发与应用时，应同时追求材料高性能与材料环境协调性【2 卅，为了有效地 利用生产生活中本质废弃物，国外研究机构将木质废料经过特殊处理和含浸、炭 化烧结等工艺，开发出一种新型环境材料，日本科学家称之为木质陶瓷 ( w o o d r e r a m i c s ) ，而美国科学家称之为生态陶瓷( e c o c e r a m i c s ) 。目前，国际上 人们逐渐关注这种新型环境材料且有关生态陶瓷的研究已经起步。该材料可以由 单一的废弃木屑、废纸及果渣或它们的混合物经树脂的特殊含浸工艺和炭化工艺 制备而成。该材料主要由碳组成，其结构主要随制备温度和树脂含浸量而定。烧 结后形成许多连续的开孔系，是一种海绵状多孔材料1 7 】o 研究者发现o 】，生态 陶瓷具有非常优异的耐磨、减磨性，优良的电磁屏蔽效应以及远红外线放射特性。 同时它还具有低密度和低热膨胀系数，并期待作为耐磨、加热和电磁屏蔽等部件 而在高科技领域广泛应用。 但是，作为一种多孔陶瓷材料，生态陶瓷的导热、导电及力学性能较差，这 上海交通大学博士学位论文 第一章绪论 些阻碍了该材料在更为广阔的工业及生活中的应用 1 l l o 利用材料复合技术可以解 决上述问题，在发挥生态陶瓷现有优异性能的同时，提高生态陶瓷的导热导电性 能，增加其抗拉、抗弯强度、刚度以及韧性。其基本思想是利用生态陶瓷独特的 微观结构和现有的大量的三维开孔系，往其中浸渍入导热导电高塑性好的a l 、 c u 等金属及其合金，制备出网络互穿结构的新型环境复合材料