SiC泡沫/Al双连续相复合材料

新材料已经成为21世纪人类发展的发动机，SiC/Al双连续相复合材料因其独特连续拓扑结构，受到了研究人员的广泛关注。双连续相复合材料中，基体与增强相在三维空间上具有三维连通网络结构，各相能够充分发挥自身的优点，同时彼此又具有良好的协同性，宏观上双连续相复合材料展现出良好的各向同性。这种特殊的拓扑结构，使得它比传统颗粒、纤维复合材料具有更优异的性能。颗粒增强的复合材料性能受颗粒加入量的限制，纤维增强复合材料则具有各向异性，而双连续相复合材料不受物相成分的比例限制，能够实现材料性能的理想调控。
在SiC/Al双连续相复合材料中，低膨胀、高强度、高耐磨增强体不仅能够对基体金属起到良好的约束作用，限制了基体的塑性流动和膨胀，改善了高温下复合材料的服役行为；同时基体铝合金充分发挥了强韧化、高导热等优势，为复合材料的多功能化提供了广阔空间，使该类复合材料在高温耐磨制件领域、航天领域及热管理电子封装材料领域等有广泛的应用前景。
本书是在作者博士论文的基础上，结合研究团队对SiC泡沫/Al双连续相复合材料系统的研究成果，借鉴近期国内外相关研究，综合分析了SiC泡沫/Al双连续相复合材料的研究现状，详细论述了制备工艺、泡沫增强体结构、界面改性优化对复合材料组织结构和力学性能的影响，揭示了双连续相复合材料的凝固结晶机制和独特的热物理性能，并采用模拟实验相结合的方法，分析了双连续相复合材料压缩变形行为，建立了压缩本构方程。本书结构合理，有助于培养具有创新能力的高素质复合型人才；有助于推进双连续相复合材料在电子封装、摩擦制动领域的应用；有助于推动我国电子信息业、载运工具、轨道交通产业的快速发展。
本书由华东交通大学材料科学与工程学院赵龙志著，撰写过程中得到了很多教师和研究生的帮助。本书主要内容为作者在中国科学院金属研究所攻读博士学位期间完成，得到了张劲松老师的悉心指导和材料协同制备课题组的大力帮助，在此向他们表示衷心感谢。本书模拟实验研究得到了江西省教育厅和华东交通大学科研基金的资助，在研究过程中李娜、张小兰研究生作出重大贡献，在成稿出版过程中材料科学与工程学院载运工具先进材料与激光增材制造课题组教师提出了大量中肯的修改意见，同时程梓威、程亚特、关雨萌、江祥等多名研究生对本书的图表加工作了大量工作，在此向他们表示衷心感谢。
由于作者撰写水平有限，书中若存在不当之处，敬请读者批评指正。

作者

本书综合分析了复合材料的研究现状，详细论述了SiC泡沫/Al双连续相复合材料制备工艺、泡沫增强体结构、界面改性优化对复合材料组织结构和力学性能的影响，揭示了双连续相复合材料的凝固结晶机制和独特的热物理性能，并采用与模拟实验相结合的方法，分析了双连续相复合材料压缩变形行为，建立了压缩本构方程。
本书适合作为材料科学与工程、机械工程等相关专业的研究生阅读材料，也可供高校科研院所研究人员、企业技术人员参考借鉴。

第一章 绪论1
1.1复合材料的发展概况1
1.2金属基复合材料2
1.2.1金属基复合材料的应用状况2
1.2.1.1在汽车工业中的应用2
1.2.1.2在航空、航天工业中的应用3
1.2.1.3在电子封装中的应用3
1.2.2金属基复合材料的发展现状3
1.2.3金属基复合材料的分类3
1.3金属基双连续相复合材料4
1.3.1金属基双连续相复合材料的特点5
1.3.2金属基双连续相复合材料的研究进展5
1.3.3金属基双连续相复合材料的潜在应用6
1.3.4多孔陶瓷增强体预制件的制备7
1.3.5金属基双连续相复合材料的制备10
1.3.6金属基双连续相复合材料的性能12
1.4铝基双连续相复合材料12

第二章SiC泡沫/Al双连续相复合材料的制备14
2.1SiC泡沫陶瓷增强体的制备14
2.2SiC泡沫陶瓷增强体的形貌和成分15
2.3基体材料选择16
2.4复合材料成型16
2.4.1浇注顺序18
2.4.2工艺参数19
2.5复合材料中的增强体裂纹21
2.6SiC泡沫/SiCp/Al混杂双连续相复合材料的制备23
2.7本章小结24

第三章SiC泡沫/Al双连贯相复合材料的凝固组织26
3.1实验方法26
3.2工艺参数对复合材料凝固组织的影响26
3.2.1熔体浇注顺序26
3.2.2复合压力27
3.2.3SiC泡沫增强体预热温度28
3.3SiC泡沫陶瓷骨架对复合材料基体凝固组织的影响29
3.3.1SiC泡沫陶瓷骨架对晶粒的影响29
3.3.2SiC泡沫陶瓷骨架孔的尺寸对晶粒的影响30
3.4SiC泡沫骨架中基体合金的凝固机理30
3.5本章小结31

第四章SiC泡沫/Al双连贯相复合材料界面的优化设计33
4.1SiC泡沫增强体的表面改性33
4.2SiC泡沫增强体的表面改性对复合材料压缩性能的影响38
4.3SiC泡沫增强体筋结构的改进40
4.4泡沫筋结构改进对复合材料的影响43
4.4.1筋结构改进对复合材料力学性能的影响43
4.4.2筋结构改进对复合材料断裂行为的影响48
4.5本章小结50

第五章SiC泡沫/Al双连贯复合材料的力学性能51
5.1实验方法51
5.2SiC泡沫/Al双连续相复合材料的力学性能52
5.2.1SiC泡沫对复合材料的力学性能的影响52
5.2.2热处理对复合材料的力学性能的影响56
5.3SiC泡沫/SiCp/Al混杂双连续相复合材料的力学性能63
5.4SiC泡沫/Al双连续相复合材料的压缩断裂机制75
5.5SiC泡沫/Al双连续相复合材料的摩擦学性能77
5.6本章小结79

第六章SiC泡沫/SiCp/Al混杂双连贯相复合材料的热物理性能81
6.1实验方法81
6.2复合材料的热膨胀行为82
6.3复合材料的导热性能85
6.4本章小结88

第七章SiC泡沫/Al双连相复合材料性能的数值模拟89
7.1双连续相复合材料有限元模型的建立89
7.1.1有限元法89
7.1.1.1有限元的程序结构89
7.1.1.2有限元软件的选用90
7.1.2模型建立91
7.1.2.1物理模型建立91
7.1.2.2实体模型建立91
7.1.2.3有限元模型建立96
7.2双连续相复合材料的性能研究101
7.2.1双连续相复合材料的力学行为101
7.2.1.1复合材料的应力分析101
7.2.1.2复合材料的应力-应变关系103
7.2.1.3双连续相复合材料的本构模型105
7.2.1.4界面形貌对复合材料的影响107
7.2.1.5压缩速度的影响111
7.2.2双连续相复合材料的热物理性能113
7.2.2.1传热的基本方式113
7.2.2.2热分析关键问题115
7.2.2.3热-结构耦合分析116
7.3本章小结123

参考文献124