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金属基层状复合材料

层状功能复合材料指将两种或两种以上的组元通过界面接合而完成功能转化的一类新型材料。层状功能复合材料与其它功能材料相比,具有成本低、力学性能优良、生产效率高等优点,并且能够实现集特定的电导性、导磁性、光学性能、传热性、热膨胀性、耐蚀性等多种性能为一体的要求,符合当前低碳经济的小型化、多功能化、高经济性的方向,因而越来越受到关注。目前的研究成果已经显现其广阔的应用前景。金属基层状复合材料主要有以下几种。

(1)金属/金属层状复合材料。这是将两种金属材料利用其各自的性能优势进行分层组合所形成的复合材料。采用导电性能良好的材料作表层材料,强度高且成本低的材料为芯材,可以制备传输电线。例如,采用层状铝包钢代替钢缆线应用于高压输配等电力线路;采用铜包铝复合线应用于有线电视传输等,这样既增加了导线的力学强度又提高了输电效率。

(2)金属/陶瓷层状复合材料。这是以金属与陶瓷两种材料为组元的复合材料。通过控制材料的组成和微观结构的梯度分布,可以消除传统的金属/陶瓷复合材料的界面性能不匹配问题,充分发挥金属和陶瓷各自的优异性能。采用等离子溅射等工艺使陶瓷和金属两种材料的相对比例和组织结构呈连续的梯度变化,得到性能相互匹配的界面,使材料的力学、热学和化学性能等呈现连续的梯度变化,可以制备出缓和热应力和耐热隔热等目的新型材料。例如,在承受高温的一侧配置高温陶瓷,在用液氢冷却的另一侧则配置导热性和力学性能较好的金属材料,制备出的复合材料在缓和热应力方面效果良好,可以成为航天飞行的耐热、隔热材料。又如,已有报道开发出由陶瓷与金属构成的复合装甲,其基本形式为较硬的陶瓷作面板、具有良好韧性的金属作背板,不仅利用了陶瓷材料的高硬度、高弹性模量来满足装甲的抗侵入要求,又利用了金属材料的韧性及延展性来满足装甲的抗冲击要求,从而具有较好的防护高速弹丸打击能力,被广泛应用于防弹衣、装甲车辆和需要装甲防护的飞行器上。

(3)金属/高分子层状复合材料。这是由具有强韧性的金属基层与具有弹性、耐蚀、绝缘等特性的高分子材料层复合而成的材料。双面涂塑钢板即为其典型用例,因其兼有金属的强度和刚度,塑料的耐腐蚀性和色彩、图案而被广泛应用。另外,由两层较厚的钢板中间夹一薄层树脂可以制造出夹层减振钢板。其中的钢板可采用冷轧板、酸洗板、镀锌板、着色钢板和不锈钢板;夹层树脂可选用聚丙烯或尼龙,两者可以直接利用夹层树脂粘合。这种复合材料由于其中的树脂层吸收振动能,发生变形并转化为热能失散,因此可以起到减振作用。

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