一种全新的复合材料增强方式——网络结构增强

与颗粒、晶须和纤维增强金属基复合材料不同,网络结构增强金属基复合材料的主要特征是硬质增强相和韧性金属基体相互缠结和盘绕,相互贯穿,相互渗透,形成了既完整统一又相对独立的一种新型结构材料和功能材料。网络结构增强金属基复合材料中的每一相在各个方向上都是连续的,组织在宏观上具有拓扑均匀性。

和传统的金属基复合材料相比,网络结构增强金属基复合材料表现出许多独特的性能。众所周知,纤维增强的复合材料在平行于纤维方向上的强度和韧性很高,但在垂直于纤维方向则往往很差。而网络结构增强金属基复合材料组织由于具有宏观的均匀性,因而可以将复合材料的各向异性降到最低。如将陶瓷增强相与韧性基体金属相复合成网络互穿的结构,可以极大地降低复合材料的各向异性,从而增强了其抵抗各种破坏的能力。而且,研究还发现高温时网络结构能形成互锁态,从而有助于复合材料高温蠕变性能的提高。

在研究三维网络SiC增强铜基复合材料时发现,由于三维网络SiC在磨损表面形成硬的微凸体并起承载作用,抑制了基体合金的塑性变形和高温软化,减少了摩擦偶件同基体合金的接触,减轻了粘着磨损,有利于氧化膜在磨损表面的留存,使复合材料的耐磨性能随着温度和载荷的增加而明显提高。此外,随着网络结构增强相体积分数的增加,不仅增大了材料的摩擦因数,而且还可以将磨损率保持在较低的水平。另外,研究表明,在相同的陶瓷含量下,网络结构增强金属基复合材料的热膨胀系数要远低于颗粒增强SiC/Al复合材料。