第 2 章 金属基功能复合材料.

1、第第 2 章章 功能复合材料功能复合材料2.1 复合材料具有的功能复合材料具有的功能结构材料结构材料依靠自身原子间的结合依靠自身原子间的结合力支撑来自外界的载荷力支撑来自外界的载荷从功材料从功材料功能材料功能材料对外来刺激十分敏感对外来刺激十分敏感的材料的材料能动反应能动反应将具有各种各样功能的将具有各种各样功能的材料进行复合材料进行复合2.2 电学和电子功能复合材料电学和电子功能复合材料一一. 电接触复合材料电接触复合材料电接触元件电接触元件传递电能和电讯号传递电能和电讯号接通和切断各种电路接通和切断各种电路担负担负电接触元件材料性能电接触元件材料性能影响影响可靠性、稳定性、精度及寿命可靠性

2、、稳定性、精度及寿命仪表、电机和电路仪表、电机和电路发达国家十分发达国家十分重视对此研究重视对此研究1. 滑动电接触复合材料滑动电接触复合材料耐磨、耐电、抗粘结、耐磨、耐电、抗粘结、化学稳定性高、接触电化学稳定性高、接触电阻小等性能阻小等性能满足满足Cf/Cu接触电阻小，避免过热，接触电阻小，避免过热，增加强度及减小过载电流增加强度及减小过载电流电车导电弓架滑块、还作为电刷材料电车导电弓架滑块、还作为电刷材料2. 开关电接触复合材料开关电接触复合材料满足满足断路器、开关继电器中断路器、开关继电器中周期性切断或周期性切断或接通电路触点接通电路触点对各项性能的要求对各项性能的要求SiC/Ag利用利

3、用Ag导电导热性好、化学稳定性高导电导热性好、化学稳定性高通过添加材料改善通过添加材料改善Ag的耐磨、抗蚀的耐磨、抗蚀和抗电弧侵蚀能力和抗电弧侵蚀能力 优良的耐磨性及润滑性优良的耐磨性及润滑性二二. 导电复合材料导电复合材料1. 屏蔽复合材料屏蔽复合材料导电率大导电率大有效衰减电磁干扰有效衰减电磁干扰电磁干扰电磁干扰由电压迅速变化引起的由电压迅速变化引起的电子污染（噪声）电子污染（噪声）屏蔽效应屏蔽效应反射能和内部反射能和内部吸收能总和吸收能总和2. 静电损耗复合材料静电损耗复合材料导电性强导电性强迅速将表面聚集的静迅速将表面聚集的静电荷耗散到空气中电荷耗散到空气中防止静电高防止静电高压放电压

4、放电应用应用印刷板框架、集成印刷板框架、集成电路块托架等电路块托架等雷击保护装置雷击保护装置静电的产生静电的产生既屏蔽入射干扰，也可容纳内部产生的电磁干扰既屏蔽入射干扰，也可容纳内部产生的电磁干扰通过自身导电或表面涂覆导电物质通过自身导电或表面涂覆导电物质3. 压电复合材料压电复合材料压电材料压电材料具有应力电压具有应力电压转换能力的材料转换能力的材料电声换能电声换能滤波滤波实现实现钛酸钡、锆钛钛酸钡、锆钛酸铅压电陶瓷酸铅压电陶瓷应用应用水声、超声、电声、生物医学水声、超声、电声、生物医学工程及超声诊断工程及超声诊断无机压电陶瓷无机压电陶瓷有机压电陶瓷有机压电陶瓷柔软、易成型、可制成膜状材料柔

5、软、易成型、可制成膜状材料在电声领域首先应用在电声领域首先应用声纳声纳声导航和定位声导航和定位声波接收器声波接收器4. 超导复合材料超导复合材料超导技术的核心超导技术的核心Cf/Sn复合材料复合材料包覆超导体包覆超导体C纤维承担全部拉伸载荷纤维承担全部拉伸载荷应用应用导弹、航天器跟踪、制导、导弹、航天器跟踪、制导、通信与防御以及激光武器通信与防御以及激光武器电源上具有广泛的应用前电源上具有广泛的应用前景景制造制造高性能高速计算机、远高性能高速计算机、远红外探测器、成像雷达红外探测器、成像雷达以及卫星天线以及卫星天线超导材料超导材料临界磁场临界磁场临界温度临界温度临界密度临界密度输送电流不耗费电

6、力输送电流不耗费电力普通发动机普通发动机20吨吨Cu超导几百克超导几百克储电装置储电装置强磁体强磁体2.3 吸声和吸波功能复合材料吸声和吸波功能复合材料一一. 吸声复合材料吸声复合材料吸声材料吸声材料玻璃纤维、矿物纤维、陶瓷纤玻璃纤维、矿物纤维、陶瓷纤维泡沫玻璃、泡沫陶瓷维泡沫玻璃、泡沫陶瓷二二. 吸波复合材料吸波复合材料隐身材料隐身材料抗雷达探测材料抗雷达探测材料声能转换成热能声能转换成热能应用应用军事、工业、建筑军事、工业、建筑凡与雷达探测原理相同的探测器凡与雷达探测原理相同的探测器都可用吸波材料达到隐身都可用吸波材料达到隐身雷达波吸波材料雷达波吸波材料涂覆型涂覆型结构型结构型F-19A隐

7、身战斗机隐身战斗机ABT隐身轰炸机隐身轰炸机F-17飞机飞机薄层铁氧体涂料薄层铁氧体涂料应用应用AMS-1空对舰导弹尾翼空对舰导弹尾翼(B、C纤维纤维)EFA主力战斗机主力战斗机 C纤维纤维涂料与复合材涂料与复合材料经合理设计料经合理设计构成吸波材料构成吸波材料承载做结构件，承载做结构件，吸收电磁波吸收电磁波F-117轰炸机上涂满了吸收电轰炸机上涂满了吸收电磁波的材料磁波的材料 电磁波辐射到介质表面时遵循能量守恒定律电磁波辐射到介质表面时遵循能量守恒定律2.4 光学功能复合材料光学功能复合材料一一. 红外隐身复合材料红外隐身复合材料当代军事技术的三大革命当代军事技术的三大革命激光武器激光武器巡

8、航导弹巡航导弹红外隐身红外隐身作用作用反声纳探测反声纳探测反雷达探测反雷达探测反红外探测反红外探测反光学探测反光学探测对抗探测器对抗探测器探测探测跟踪跟踪隐身技术隐身技术探测器发展探测器发展隐身材料隐身材料结构隐身结构隐身材料隐身材料隐身抗干扰抗干扰探测器种类增多探测器种类增多工作频率加宽工作频率加宽探测技术立体化发展探测技术立体化发展隐身技术隐身技术宽带化、宽带化、兼容性兼容性要求材料科学材料科学高难领域高难领域探测器原理不同探测器原理不同对材料本征参数的要求不同对材料本征参数的要求不同新型探测器相继问世新型探测器相继问世光电对抗光电对抗红外涂层材料红外涂层材料吸收红外能量，红外辐射向长波长

9、转移，吸收红外能量，红外辐射向长波长转移，处于探测系统的效应波段外处于探测系统的效应波段外通过材料本身的结构与工艺使吸收的能通过材料本身的结构与工艺使吸收的能量在涂层内部消耗和转换，不引起温升量在涂层内部消耗和转换，不引起温升隐身技术存在隐身技术存在的问题与不足的问题与不足新课题新课题主被动隐身技术的主被动隐身技术的兼容性和兼顾性兼容性和兼顾性半导体及导电材料半导体及导电材料具有良好的微波吸具有良好的微波吸收特性收特性 复合材料复合材料 宽频兼容宽频兼容 隐身材料隐身材料制成获得二二. 导光及透光复合材料导光及透光复合材料减小反射途径减小反射途径增加吸收或透射，引进光的传输特性增加吸收或透射，

10、引进光的传输特性纳米材料光学特性纳米材料光学特性Ag 50nm以下，银白色浅粉色以下，银白色浅粉色Au 50nm以下，金黄色桃红色以下，金黄色桃红色铁红、铁黑铁红、铁黑150nm时透明染料时透明染料纳米材料的透射纳米材料的透射特性异常特性异常导光、透光材料导光、透光材料问世基础问世基础奠定奠定美国日本已相继研究出透光材料美国日本已相继研究出透光材料2.5 热学和力学功能复合材料热学和力学功能复合材料一一. 绝热复合材料绝热复合材料SiO2纤维、硼硅纤维、硼硅酸铝纤维和少量酸铝纤维和少量SiC粉末粉末利用低热导率延缓热量向内部利用低热导率延缓热量向内部传导达到防热目的传导达到防热目的SiC复合材

11、料面板复合材料面板与泡沫材料复合与泡沫材料复合防热系统的物理力学和防热系统的物理力学和热性能均满足要求热性能均满足要求应用应用导弹、航天器外表面或内部以导弹、航天器外表面或内部以及发动机、推进机储箱的隔热及发动机、推进机储箱的隔热二二. 热强性和耐磨性复合材料热强性和耐磨性复合材料SiCp/Al-LiAl-Li合金强韧性合金强韧性Li改善润湿性改善润湿性各种性能优于铝基各种性能优于铝基喷射沉积喷射沉积粉末冶金粉末冶金航天、航空及航天、航空及精密仪表精密仪表应用比强度、比刚度、抗热冲击能力、微屈服强度和压缩微蠕变抗力优比强度、比刚度、抗热冲击能力、微屈服强度和压缩微蠕变抗力优于铝基复合材料于铝基

12、复合材料日本、美国、加拿大、新加坡开展了此项研究日本、美国、加拿大、新加坡开展了此项研究三三. 特殊热膨胀性能复合材料特殊热膨胀性能复合材料Cf/Cu复合材料做功率复合材料做功率半导体装置支撑电极半导体装置支撑电极在支撑电极平面内导电性及热胀在支撑电极平面内导电性及热胀性要有等向性；相对电极中心要性要有等向性；相对电极中心要具有对称性和均匀性具有对称性和均匀性 选择选择C纤维含量纤维含量种类和配比种类和配比调节调节Cf/Cu复合材料热胀系数与复合材料热胀系数与Si相匹配相匹配镁基复合材料热胀系数可调镁基复合材料热胀系数可调负零正负零正汽车及航空领域应用汽车及航空领域应用电子用半导体元件电子用半

13、导体元件 Si片上下装片上下装W、Mo电极电极 导电导热性导电导热性能相差较大能相差较大2.6 纳米复合材料纳米复合材料一一. 纳米复合涂层材料纳米复合涂层材料纳米涂层材料纳米涂层材料高强、高韧、高硬度高强、高韧、高硬度材料表面防护材料表面防护磁控溅射法磁控溅射法MOSi2/SiC硬度硬度20.8GPa二二. 高力学性能材料高力学性能材料热等静压法制备纳热等静压法制备纳米结构的米结构的SiC块体块体多相溶胶凝胶法制备多相溶胶凝胶法制备非晶晶化法制备非晶晶化法制备高强、高延展性高强、高延展性纳米复合材料纳米复合材料三三. 光学材料光学材料中国科技大学材中国科技大学材料系与中科院物料系与中科院物理

14、所合作发现理所合作发现纳米级纳米级Al2O3及及Fe2O3混混合一起，在可见光范围兰合一起，在可见光范围兰绿光波段出现较宽的光致绿光波段出现较宽的光致发光带发光带四四. 仿生材料仿生材料人类健康对新材料需求人类健康对新材料需求仿生仿生自然界生物的某些器官是自然界生物的某些器官是一种天然的复合材料一种天然的复合材料五五. 高分子基纳米材料高分子基纳米材料树脂基纳米氧化物树脂基纳米氧化物静电屏蔽性能好静电屏蔽性能好纳米氧化铝与橡胶纳米氧化铝与橡胶耐磨及介电常数提高耐磨及介电常数提高TiO2纳米与有机物纳米与有机物吸收紫外光吸收紫外光美国研制成功美国研制成功德国瑞士正在研制德国瑞士正在研制日本松下电器公司研制成功日本松下电器公司研制成功通过压电材料合通过压电材料合成的单根纳米线成的单根纳米线将机械能转化为电能将机械能转化为电能氧化锌纳米线在单晶氮化镓衬底上竖起生长氧化锌纳米线在单晶氮化镓衬底上竖起生长用聚合物将四周固定用聚合物将四周固定超声波驱动的直流纳米电动机超声波驱动的直流纳米电动机金属基复合材料的发展金属基复合材料的发展宇航工业宇航工业质量轻、刚度高、尺寸稳定、耐高温质量轻、刚度高、尺寸稳定、耐高温关键问题关键问题平方立方平方立方美国美国F5A战斗机战斗机质量减轻质量减轻15滑跑距离缩短滑跑距离缩短15航程增加航程增加20有效载荷增加有效载荷增加30C