纳米复合材料(49)
纳米复合材料的制备
纳米复合材料的制备纳米复合材料的制备，听起来就像是高深莫测的东西，仿佛是某个科学家在实验室里搞的神秘实验，搞得一脸严肃，黑框眼镜，白大褂。
但实际上，说白了，纳米复合材料其实就是通过把不同的材料融合在一起，得到一种更强、更好用的材料。
比如说，我们平常见到的塑料，可能就通过加入一些特别的物质，变得更耐用、轻便，甚至更抗高温，拿起来不再像纸一样容易破碎。
而这个“特别的物质”就是纳米级的材料，可能你想象不出来，但其实它们的尺寸极小，比我们常说的细胞还要小，甚至比病毒还要小——这真是微观世界的魔法，嘿！没错，正是这种超微小的物质，给了复合材料强大的力量。
纳米复合材料怎么制备呢？说起来吧，过程其实不复杂，但可得讲究点。
材料得选好，这个就像挑菜一样，挑到合适的才好做大餐。
比如说，有些复合材料需要高分子材料做基底，再通过加入一些纳米颗粒，比如纳米碳管、纳米硅、纳米氧化铝这些，慢慢调配，最终形成我们需要的样子。
就像做菜，你要选对主料和配料，再用对调料，才能做出一道色香味俱全的好菜。
嘿，别小看了这些“配料”，它们在材料里可发挥着巨大的作用，起到增强、加固的效果。
你想，原本有些材料就很脆，轻轻一碰就碎了，但加上这些纳米级的小颗粒后，硬度一下子提升，就像原本的纸壳子变成了铁板一样，硬朗又耐用。
再说了，制备的方式也是有很多种的。
最常见的就是物理法和化学法，听起来可能有点头大，但其实就是两种不同的“方式”，一个是靠物理手段，一个是靠化学反应，给纳米颗粒加进材料里。
有时候用物理法就像是在大锅里加热煮东西，纳米颗粒通过高温融入材料，合成一个更加结实的复合材料。
而化学法嘛，稍微复杂一点，就像是调味品一样，加点化学反应，帮助颗粒和基体形成更加紧密的结合。
这两种方法各有千秋，看你要做什么类型的复合材料。
你还得根据不同的材料，调整一下温度、压力，甚至时间，真是需要点技术含量的。
不过，别担心，这一切都可以通过控制条件来实现。
说到这里，你可能会想，这些纳米颗粒真的那么神奇吗？那得看你怎么用啦。
纳米复合材料
纳米粉体的化学制备方法
3.冰冻干燥法 曾用冰冻干燥硝酸盐溶液制备纳米晶 BaTiO3。首先快速冰冻钡和铁的硝酸盐溶液， 随后在低温下挥发容积，得到冰冻干燥的 硝酸盐前驱体，然后热处理得到BaTiO3。经 X 射线放射测定发现，温度在 600 ℃以上， 经10min热处理，得到纯BaTiO3。用TEM可观 察到均匀、粒度为 10nm～15nm 的稳定立方 相纳米晶体。
纳米材料的性质
(3)量子效应 所谓量子尺寸效应是指当粒子尺 寸下降到接近或小于某一值(激子玻尔半径)，费 米能级附近的电子能级由准连续变为分文能级的 现象。纳米微粒存在不连续的被占据的高能级分 子轨道，同时也存在未被占据的最低的分子轨道， 并且高低轨道能级间的间距随纳米微粒的粒径变 小而增大。
纳米材料的性质
(4)宏观量子隧道效应 电子具有粒子性又具有波动性， 具有贯穿势垒的能力，称之为隧道效应。近年来，人们 发现一些宏观物理量，如微颗粒的磁化强度、量子相干 器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观的量 子隧道效应。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是 未来微电子、光电子器件的基础，或者它确立了现存微 电子器件进一步微型化的极限，当微电子器件进一步微 型化时必须要考虑上述的量子效应。例如，在制造半导 体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就 通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作，经典 电路的极限尺寸大约在0.25um。
纳米固体材料的制备
1 直接高压合成γ－A12O3和SiO2纳米材料 为了避免烧结过程中晶粒生长，最近Gallas等采用超高 压技术将纳米陶瓷粉直接压成高密度陶瓷材料，获得坚 硬、无裂纹的透明SiO2凝胶型纳米材料和半透明γ－ A12O3纳米材料。γ－A12O3纳米材料的相对密度大于90%， 而SiO2纳米材料相对密度大于80%。用溶胶—凝胶法生 产的SiO2粉含有较高气孔，经高压压制，其块材体积明 显下降，当用4.5GPa压力时，体积下降达64％，其块体 材料的平均维氏硬度为(42±0.2)GPa。
纳米复合材料的制备及其性能研究
纳米复合材料的制备及其性能研究纳米复合材料是一种新型的材料，由于其独特的性能和广泛的应用前景，在材料科学领域引起了极大的关注。
本文将介绍纳米复合材料的制备方法以及其在不同领域中的性能研究。
一、纳米复合材料的制备方法制备纳米复合材料的方法有很多种，包括溶液法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法等。
其中，溶液法是一种常用且简便的方法。
通过将纳米材料或其前体溶解在溶剂中，然后加入适当的基体材料，并通过搅拌或超声处理使其充分混合，最后通过蒸发溶剂或其他方法得到纳米复合材料。
二、纳米复合材料的性能研究纳米复合材料具有许多优异的性能，如高强度、高韧性、热稳定性等，对于材料的性能研究具有重要意义。
以下将分别从力学性能、电学性能和光学性能方面介绍。
1.力学性能纳米复合材料的力学性能主要包括硬度、强度和断裂韧性等指标。
在纳米尺度下，由于纳米颗粒的存在，可以有效地提高材料的硬度和强度。
此外，纳米材料的增加还可以提高复合材料的断裂韧性，使其在受力时具有更好的抗拉伸和抗屈曲性能。
2.电学性能纳米复合材料在电学性能方面也有独特的优势。
纳米颗粒具有较大的比表面积，可以提高电学导率。
此外，通过控制纳米颗粒的尺寸和形状，还可以调控材料的电阻率和介电性能。
这些特性使纳米复合材料在柔性电子器件、导电材料等方面具有广阔的应用前景。
3.光学性能纳米复合材料在光学性能方面也表现出不同于传统材料的特点。
纳米颗粒在光学中呈现出量子尺寸效应，其光学性质与粒子的尺寸和形状密切相关。
通过调控纳米颗粒的尺寸和形状，可以实现材料的光学增益和频率调制等功能，广泛应用于光电子器件、传感器等领域。
三、纳米复合材料的应用前景纳米复合材料由于其独特的性能，在许多领域具有广阔的应用前景。
以下将介绍几个常见的应用领域。
1.医疗领域纳米复合材料在医疗领域中具有广泛的应用，例如用于制造可降解的植入材料，用于治疗癌症的纳米药物载体等。
纳米颗粒的小尺寸和高比表面积可以提高植入材料的生物相容性和降解性能，同时也可以提高药物的载荷效率和靶向性。
《纳米复合材料》PPT课件
复合材料的组成
基体
Matrix
增强体
Reinforcement
界面 Interface
复合材料分类
1.复合材料按用途 结构纳米复合材料，功能纳米复合材料，智能纳米复 合材料。
2.按基体类型分为 高分子基复合材料RMC（Ploymer Matrix Composite） 金属基复合材料MMC （Metal Matrix Composite） 陶瓷基复合材料CMC （Ceramic Matrix Composite） 3.按增强体的形态与排布方式 颗粒增强复合材料、连续纤维增强复合材料、短纤维或晶 须增强纤维；晶片增强复合材料
晶须增强铝基纳米复合材料的疲劳性能是与晶须增 强纳米复合材料疲劳裂纹的形成和扩展有关。
在晶须增强纳米复合材料中，疲劳裂纹在晶须的端部或 在与基体的界面处形成，当 SiCw分布不均匀时，在SiCw 密集处或是基体中的一些显能力上有显著的差别，因 而在疲劳过程中其界面将产生较大的内应力，就可能导致 界面开裂。
它们与纳米级第二相的界面粘结形式主要有两种：机械粘 结和化学粘结。
（1）陶瓷基纳米复合材料
强的界面粘结往往导致脆性破坏。在断裂过程中，强的界 面结合不产生额外的能量消耗。 当界面结合较弱时，基体中的裂纹扩展至晶须、纤维等处 时，将导致界面脱粘，其后发生裂纹偏转、裂纹搭桥、晶 须及纤维断裂，以致最后拔出。所有这些过程都要吸收能 量，从而提高陶瓷的断裂韧性。
（1）高强度、高韧性
陶瓷基纳米复合材料，特别是氧化物系陶瓷基纳米复合材料力学 性能的明显改善大致可归结如下： (1)纳米级弥散相抑制了氧化物基体晶粒生长和减轻了晶粒的异常长大， 起到细晶强化作用。 (2)在弥散相内或弥散相周围存在高的局部应力，这种应力是基体和弥 散相之间热膨胀失配而产生的，使冷却期间产生位错。纳米级粒子钉 扎或进入位错区使基体晶粒内形成亚晶界，使基体晶粒再细化而起增 强作用。 (3)纳米级粒子周围的局部拉伸应力引起穿晶断裂，并由于硬粒子对裂 纹尖端的反射作用而产生韧化。破坏模式从穿晶和晶间到单纯晶间断 裂，晶界相(通常约10％体积的无定形相)的改变和对高温力学性能影 响的减小，使高温力学性能获得明显改善。 (4)纳米级粒子在高温牵制位错运动，从而也能使高温力学性能获得明 显改善。
纳米复合材料的塑型研究
纳米复合材料的塑型研究一、纳米复合材料概述纳米复合材料是一类具有独特物理、化学和机械性能的新型材料，它们通过将纳米尺寸的填料（如纳米颗粒、纳米线、纳米片等）分散在基体材料中制备而成。
这些纳米填料的加入显著提高了材料的性能，如强度、韧性、导电性、导热性等，使其在航空航天、生物医学、电子信息、能源存储等领域展现出广泛的应用前景。
1.1 纳米复合材料的组成纳米复合材料由两部分组成：基体材料和纳米填料。
基体材料可以是金属、陶瓷、聚合物等，而纳米填料则包括碳纳米管、石墨烯、氧化铁、二氧化钛等。
纳米填料的尺寸通常在1-100纳米范围内，具有极高的比表面积和独特的量子效应。
1.2 纳米复合材料的制备方法纳米复合材料的制备方法多种多样，包括机械混合法、原位聚合法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法等。
这些方法各有优缺点，选择合适的制备方法对于获得高性能的纳米复合材料至关重要。
1.3 纳米复合材料的性能特点纳米复合材料的性能特点主要体现在以下几个方面：- 高强度：由于纳米填料与基体材料之间的界面结合力强，纳米复合材料通常具有比传统材料更高的强度。
- 高韧性：纳米填料的存在可以有效地吸收和分散材料内部的应力，提高材料的韧性。
- 优异的导电性：某些纳米填料如碳纳米管和石墨烯具有优异的导电性，可以显著提高复合材料的电导率。
- 良好的导热性：纳米填料如金属纳米颗粒和碳纳米管具有高的热导率，可以提高复合材料的热传导性能。
二、纳米复合材料的塑型研究塑型是材料加工的重要环节，对于纳米复合材料而言，塑型过程不仅影响材料的微观结构，也直接关系到其宏观性能。
因此，对纳米复合材料的塑型研究具有重要意义。
2.1 纳米复合材料塑型过程中的挑战纳米复合材料在塑型过程中面临诸多挑战，主要包括：- 纳米填料的分散性：纳米填料在基体中的分散不均匀会影响材料的性能。
- 界面结合力：纳米填料与基体材料之间的界面结合力不足可能导致材料性能下降。
- 塑型过程中的热稳定性：纳米复合材料在高温塑型过程中可能会出现热降解现象。
纳米复合材料的结构和性能 ppt课件
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仿生纳米材料
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仿生纳米材料
• 生物体的壳为纳 米结构，有机体 作为结构导向剂， 基本单元为晶态 的CaCO3 和非 晶态的SiO2 组 成。
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趋磁性细菌
• 磁性导航：从富氧水 的环境（对其有毒害） 迁移到富营养的沉积 物中。 • 北半球北极运动 • 南半球南极运动
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超微型纳米阵列激光器
• 纳米阵列激光器是 21 世纪超微型激光器 重要的发展方向．回顾激光器发展的历 史，大致可以分为3个阶段：自从20世纪 60 年代激光被发现以来， 1962 年就制成 了第一个半导体激光器．几十年来，人 们主要围绕三方面问题来不断改进激光 器．一是进一步增加激光强度，二是降 低产生激光的电流密度，三是提高热稳 定性．
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超高灵敏度电探测器和高密度电接线头
• 痕量电荷如何探测一直是人们关心的问 题，纳米结构电极组装体可以把目前电 分析探测极限降低3个数量级，即探测灵 敏度提高了3个数量级．
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纳米结构离子分离器
• 离子分离器在电化学和再生电池等方面 有着重要的作用，提高离子分离效率一 直是人们追求的目标，纳米结构为解决 这个问题提供了新的途径．近年来已有 报道，利用纳米孔洞阵列模板合成 Au 纳 米管阵列，可以作为高效离子分离器 。
• (2)太阳能电池 太阳能的利用是21世纪能 源开发的重点，这不仅是因为太阳能取 之不尽，用之不绝，更重要的是因为它 对环境没有污染，是理想的清洁能源。 世界各国都制订了太阳能应用的规划， 研制高效太阳能电池是太阳能利用的一 个重要方面．纳米材料和纳米结构作为 太阳能转化材料已引起人们高度的重 视． 24 ppt课件
纳米复合材料
报告人：冯志昊
纳米材料是指晶粒尺寸在1～100nm间的单晶体或多晶体,。 它是材料科学的一个分支,人们对纳米材料许多不同寻常
的特性有了进一步研究与了解,逐渐认识到其优异的物理
和化学性质及广阔的应用前景,及对科技进步和社会发展 的突出作用,不断投入人力物力进行纳米材料的开发研究, 许多实验方法和工艺被成功地用于纳米材料的合成及性能 研究中。
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复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能 的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、 体育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力 的部分，如今发展很快，世界发达国家新材料发 展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位 置。
纳米复合材料应用：
生活方面：纳米复合
材料现在只停留在实
验室阶段，颗粒太小 吸附性太强，极易团 聚，代价太高。
纳米复合材料
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纳米复合材料定义
研究方向
纳米复合材料特性 应用领域
什么是纳米复合材料？ 定义： 纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶 瓷等基体为连续相，以纳米尺寸的金属、 半导体和其他无机粒子、纤维等改性剂为 分散相，通过适当的制备方法将改性剂均 匀性地分散于基体材料中，形成一相含有 纳米尺寸材料的复合体系
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碳纳米管是上个世纪九十年代初发现的一种新型
的碳团簇类纤维材料，具有许多特别优秀的性能。
钨铜复合材料具有良好的导电导热性、低的热膨胀系数而
被广泛地用作电接触材料、电子封装和热沉材料。
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医药使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并在 纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特 定功能的药品。 家电用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗 菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用处作电 冰霜、空调外壳里的抗菌除味塑料 电子计算机和电子工业可以从阅读硬盘上读卡机以及 存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已 投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为 环境保护环境科学领域将出现功能独特的纳米膜。这 种膜能够探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能够对 这些制剂进行过滤，从而消除污染
纳米复合材料的制备与性能分析
纳米复合材料的制备与性能分析哎呀，说起纳米复合材料，这可真是个超级有趣又充满挑战的领域！咱们先聊聊啥是纳米复合材料吧。
简单来说，就是把纳米级的材料和其他材料组合在一起，形成一种新的材料。
就好像把各种不同的积木拼在一起，变成一个全新的、超级厉害的大积木。
比如说，有一种纳米复合材料是把纳米级的金属粒子和高分子材料混合起来。
这就像是在一堆棉花糖里撒上了亮晶晶的小糖果，让整个组合变得特别又强大。
那纳米复合材料是咋制备出来的呢？这可有好多方法。
就像做菜一样，有各种各样的“菜谱”。
有个方法叫溶胶凝胶法。
想象一下，就像是在做果冻，把各种原料混合在一起，然后慢慢地变成一种软软的、半固体的状态。
比如说要制备纳米二氧化硅复合材料，就把硅源、溶剂还有一些添加剂放在一起，搅拌搅拌，控制好温度和反应时间，慢慢就形成了我们想要的东西。
还有一种方法叫原位聚合法。
这就有点像在一个大舞台上，让纳米材料和聚合物直接在上面表演“融合秀”。
比如说要制备纳米碳管增强的聚合物复合材料，就把纳米碳管先分散在单体中，然后引发聚合反应，让它们在反应过程中就紧紧地抱在一起。
我记得有一次在实验室里，我们尝试制备一种纳米银粒子增强的聚合物复合材料。
那过程可真是紧张又刺激！我们小心翼翼地按照步骤操作，眼睛一刻都不敢离开仪器。
当看到最终成功制备出那种亮晶晶、均匀分散的复合材料时，那种成就感简直爆棚！那制备好了纳米复合材料，接下来就得看看它们的性能咋样啦。
这就好比新做出来的玩具，得试试好不好玩、耐不耐用。
比如说，我们得看看它们的力学性能。
是不是够结实，能不能承受得住压力和拉伸。
有些纳米复合材料就像超级大力士，轻轻一拉能拉很长也不断，用力压也压不坏。
还有热性能也很重要。
就像夏天怕热冬天怕冷一样，材料也有自己对温度的敏感度。
有些纳米复合材料在高温下依然稳定，不会轻易变形或者分解。
再说说电性能。
有的纳米复合材料就像电线中的超级导体，电流通过得特别顺畅，电阻小得惊人。
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不连续增强相金属基复合材料的制备工艺
铝合金—固态、液态、原位生长、喷射成型法 颗粒 晶须 短纤维 镁合金—液态法 钛合金—固态、液态法、原位生长法 高温合金—原位生长法 金属间化合物—粉末冶金、原位生长法
1. 固相法:粉末冶金法 纳米增强体+基体金属粉
封装 除气 热等静压
冷等静压
烧结
热挤压 机加工
b 晶界型
c 晶内/晶界混合型
d 纳米/纳米型
二、陶瓷基纳米复合材料的制备
热压烧结 反应烧结 微波烧结
浆体法 液态浸渍法 溶胶-凝胶法 聚合物热解法 化学气相沉积（CVD）
固相法
陶瓷基纳米 材料的制备
液相法
气相法 原位复合法
化学气相浸渍法（CVI）
陶瓷基复合材料的力 – 位移曲线
不同金属、陶瓷基体和陶瓷基复合材料的断裂韧性比较
因此，由纤维增强的复合材料均表现出明显的各向
异性特征。
当韧性金属基体用高强度脆性纤维增强时，基体 的屈服和塑性流动是复合材料性能的主要特征，但纤 维对复合材料弹性模量的增强具有相当大的作用。
7.6 聚合物/聚合物纳米复合材料
聚合物/聚合物纳米复合材料由聚合物纤维复合材 料发展而来，是由两种聚合物形成的纳米复合材料。 特点：一种聚合物以刚性棒状分子形式（10nm左右） 分散在另一种柔性的聚合物基体中起拉强增韧作用。 分类：分子复合纳米聚合物材料 原位复合纳米有机材料 聚合物微纤/聚合物纳米复合材料
SiC/Si3N4
2.1.4 液态浸渍法 用此方法制备陶瓷基复合材料，化学反应、熔
ห้องสมุดไป่ตู้
体粘度、熔体对增强材料的浸润性是首要考虑的问
题，这些因素直接影响着材料的性能。陶瓷熔体可 通过毛细作用渗入增强剂预制体的孔隙。施加压力 或抽真空将有利于浸渍过程。
液态浸渍法制备陶瓷基复合材料示意图
2.1.5 直接氧化法 ——熔融金属直接与氧化剂发生氧化反应
处理。包括C、SiC、BN、ZrO2 和SnO2等。纤维表
面涂层处理对纤维还可起到保护作用。纤维表面双 层涂层处理是最常用的方法。其中里面的涂层以达 到键接及滑移的要求，而外部涂层在较高温度下防 止纤维机械性能降解。
四、纳米复合陶瓷的作用机制
1、显微结构
晶粒细化 在微米级陶瓷基体中加入纳米颗粒可以抑制基体晶粒 的长大。
钛比任何其它的结构材料具有更高的比强度。此外， 钛在中温时比铝合金能更好地保持其强度。 对飞机结构来说，当速度从亚音速提高到超音速时， 钛比铝合金显示出了更大的优越性。随着速度的进一步加 快，还需要改变飞机的结构设计，采用更细长的机冀和其 它冀型，为此需要高刚度的材料，而纤维增强钛恰可满足 这种对材料刚度的要求。
b. 陶瓷粉+聚合物先驱体均匀混合模压成型 热解
(2)原位复合法
利用化学反应生成增强组元-晶须或高长径比
晶体来增强陶瓷基体的工艺称为原位复合法。其关 键是在陶瓷基体中均匀加入可生成晶须的元素或化 合物，控制其生长条件使在基体致密化过程中在原 位同时生长出晶须；或控制烧结工艺，在陶瓷液相
烧结时生长高长径比的晶相，最终形成陶瓷基复合
按部件形状制备增强体预制体，将隔板放在其
表面上以阻止基体材料的生长。熔化的金属在氧气 的作用下发生直接氧化反应形成所需的反应产物。 由于在氧化产物中的空隙管道的液吸作用 ，熔化金 属会连续不断地供给到生长前沿。
Al + 空气 Al2O3
Al + 氮气 AlN
直接氧化法制备陶瓷基复合材料示意图
由于薄片增强的强度不如纤维增强相高，因此层状
结构复合材料的强度受到了限制。
然而，在增强平面的各个方向上，薄片增强物对强
度和模量都有增强效果，这与纤维单向增强的复合材料
相比具有明显的优越性。
(3)纤维增强复合材料
金属基复合材料中的纤维根据其长度的不同可分
为长纤维、短纤维和晶须，它们均属于一维增强体。
分子复合纳米聚合物材料 用刚性高分子链式微纤作为增强剂，将其均匀地分散在柔性高分 子基体中，分散程度接近分子水平，得到高模量、高强度的聚合 物/聚合物复合材料。 具有纳米嵌段结构，增强剂以分子分散的形式存在于基体中。 一般使用熔融共混和溶液共混两种原位复合方法。如聚合物/液晶 纳米复合材料。 原位复合纳米有机材料 原位结晶和原位聚合。 聚合物微纤/聚合物纳米复合材料 将纳米级尺寸微孔的聚合物浸入到另一种单体的氧化剂中，是 单体溶胀于纳米微孔中，用一定的引发剂或一定的聚合方法是单 体在微孔中形成微纤或中空的纳米管，从而形成增强的纳米级聚 合物微纤/聚合物复合材料。
2、晶内韧化机理
晶内型结构导致纳米化效应 晶内型纳米相 的韧化机理的 体现 诱发穿晶断裂 纳米粒子使裂纹二次偏转或被钉扎
四、纳米复合陶瓷的作用机制
3、晶间强韧化机理
①主晶界被纳米粒子局部强化
晶间型结构 强韧化机理
②晶界纳米粒子使裂纹二次偏转或被 钉扎
③晶间纳米粒子形成有利的应力分布
随着高技术的不断出现，人们对纳米陶 瓷寄予很大希望 ，纳米陶瓷研究已成为陶 瓷复合材料研究的热点，纳米弥散技术也已 成为改善传统陶瓷材料的室温和高温性能的 一个重要方向。
的复合材料。
(2)溶胶–凝胶法也可以采用浆体浸渍法制备增强相预制体
2.1.7 化学气相沉积法（CVD）
是以气态物质为原料，在高温下发生热分解或 化学反应合成材料的一种方法。 A(g) →B(s)+C(g) 例如：CH3SiCl3(g) →SiO2(s)+3HCl (g) 或： A(g) + B(g) → C(s)＋D(g) 例如：SiCl4(g) ＋O2 (g) → SiO2(s)+Cl2(g)
热等静压、超塑性成型 / 扩散结合、模压。 2）液态法：液态浸渗、真空压铸、反压铸造、 半固态铸造。 3）喷射成型法：等离子喷涂成型、喷射成型。
4）原位生长法。
连续增强相金属基复合材料的制备工艺
铝合金——固态、液态法
碳纤维 镁合金—— 固态、液态法 硼纤维
钛合金—— 固态法
SiC纤维 高温合金——固态法 氧化铝纤维 金属间化合物——固态法
整体陶瓷 材料 Al203 断裂韧性 2.7～4.2 ZrO2/Al203 6.5～15 SiC/ Al203 8～10 铝 33～44 钢 44～66 颗粒增韧 晶须增韧 金 属
2.1 陶瓷基复合材料的制备工艺
2.1.1 粉末冶金法 工艺流程：
原料（陶瓷粉末、增强剂、粘结剂和助烧剂）
均匀混合（球磨、超声等） 冷压成形 （热压）烧结 适用于颗粒、晶须和短纤维增韧陶瓷基复合材料。
微米晶粒的潜在纳米化效应
亚晶界或微裂纹的存在时晶体晶粒处于一种潜在分化 状态，即“纳米化效应”。 纳米颗粒对基体晶粒形状的影响 对某些纳米复合陶瓷，纳米颗粒的存在促使基体晶粒 呈细长的棒状生长，可使裂纹偏转和裂纹桥接机理发挥作 用，增加裂纹路径，吸收更多的能量，从而提高材料韧性。
四、纳米复合陶瓷的作用机制
陶瓷基复合材料的界面一方面应强到足以传递 轴向载荷并具有高的横向强度；另一方面要弱到足 以沿界面发生横向裂纹及裂纹偏转直到纤维的拔出。
2.2.3 界面性能的改善
为了获得最佳界面结合强度，希望避免界面化 学反应或尽量降低界面的化学反应程度和范围。实 际当中除选择增强剂和基体在制备和材料服役期间 能形成热动力学稳定的界面外，就是纤维表面涂层
钛基复合材料中最常用的增强体是硼纤维，这是
由于钛与硼的热膨胀系数比较接近，如下表所示。
基体和增强体的热膨胀系数
2. 按增强体分类
(1)颗粒增强复合材料 (2)层状复合材料 (3)纤维增强复合材料
(1)颗粒增强复合材料
这里的颗粒增强复合材料是指弥散的硬质增强
相的体积超过20％的复合材料，而不包括那种弥散
(2) 层状复合材料
这种复合材料是指在韧性和成型性较好的金属基 体材料中，含有重复排列的高强度、高模量片层状增强 物的复合材料。
层状复合材料的强度和大尺寸增强物的性能比较 接近，而与晶须或纤维类小尺寸增强物的性能差别较 大。 因为增强薄片在二维方向上的尺寸相当于结构件 的大小，因此增强物中的缺陷可以成为长度和构件相 同的裂纹的核心。
1．按基体分类
(1)铝基复合材料（450 ℃ ）
(2)镍基复合树树（1200 ℃ ） (3)钛基复合材料（650 ℃ ）
(1) 铝基复合材料
这是在金属基复合材料中应用得最广的一种。由 于铝的基体为面心立方结构，因此具有良好的塑性和 韧性，再加之它所具有的易加工性、工程可靠性及价
格低廉等优点，为其在工程上应用创造了有利的条件。
用此方法制备陶瓷基复合材料，除基体材料几
乎无收缩外，还具有以下优点： （1）增强剂的体积比可以相当大； （2）陶瓷基体几乎无收缩； （3）大多数陶瓷基复合材料的反应烧结温度低于
陶瓷的烧结温度，因此可避免纤维的损伤。
此方法最大的缺点是高气孔率难以避免。
基 复 合 材 料 工 艺 流 程 图
反 应 烧 结 法 制 备
7.4
金属基纳米复合材料
金属基纳米复合材料是以金属及合金为基体，与 一种或几种金属或非金属纳米级增强体结合的复 合材料，因兼有金属和纳米相而具有独特的结构 特征和物理、化学及力学性能，成为一种新兴的 纳米复合材料和新型金属功能材料。
一、金属基复合材料制备工艺的分类：
1）固态法：粉末冶金法、真空热压扩散结合、
第七章 纳米复合材料
7.1 复合纳米材料的分类
金属基纳米复合材料
按基体种类分
陶瓷基纳米复合材料
高分子基纳米复合材料
晶内型 晶间型
按复合方式分
晶内-晶间混合型 纳米-纳米型
7.3
陶瓷基纳米复合材料
分类:根据弥散相的不同和基体尺寸可分为晶内型、 晶界型、晶内/晶界混合型、纳米/纳米型。