材料新时代的挑战与机遇.pdfVIP

材料新时代的挑战和机遇 Tim Studt** 该文概述 了陶瓷、先进纤维复合材料、聚合物、t超·塑性钢、金属基材 复合材 料 、超导材料等六大材料研究热门领域的现状与展望。 材料科学正进入前所未有的挑战和多产时期。 借助于许多新的技术，如扫描隧道显微镜、原子力显微镜及各种分光学方法，材料科学 家能够比10年前更好地了解和控制材料的结构和特性。 本文将分别阐述材料研究中六个热门领域：1．陶瓷，2．先进的纤维复合 材 料，3．聚合 物，4．超塑性钢，5．金属基材复合材料，6．超导材料。 与1O年前的研究工作不同，现在研究人员很少开发单一成份的材料。研究工作大都集巾 在复合材料、合金和现有材料的混合物。 。 各个门类材料，如金属和陶瓷也常有覆盖交叉。例如，陶瓷研究现在则包括金属复合材 料，反之亦然；聚合物研究包括陶瓷纤维补强材料和各种合金和混合物。 1．陶 瓷 陶瓷研究是材料研究已达到集成化 (integrated)程度的典型。单一 (monolithic)材 料，如氧化铝、碳化硅和氮化硅是 目前使用的最先进的结构陶瓷，但是由于它们的脆性，只 适用于较低应力的用途。 大部分研究工作集中于通过①添加连续纤维，③与其它材料层压或③与金属合金来加强 这些材料。 高温航空航天部件，如国家航天飞机用的发动机是推动陶瓷研究的主要动力。 国家航空航天局 (NASA)Lewis研究中心(设在Cleveland)的研究员StanleyLevine说： “对于这个项 目，我们一直强调把研究工作的重点放在连续纤维陶瓷基材复合材料上，而不 是单一材料和短纤维。” 这项研究工作的 目的是制成能经受住持续曝温2800。F的材料 。Levine说： “我们还没 订 能经受住曝于高温几千小时的材料，得到这样的材料还须进行大量工作。” 最有发展前景的陶瓷材料是氧化铝硅酸钡 (bariuraaluminasilicate)和作为 反应键 合SiN的增强材料用的SiC。但是，当务之急是开发新的先进纤维。 进一步开发的材料是金属陶瓷 (Ccrmets)，这种材料是在铝基材 中含有5O ～80 陶 一 一 一 t —— 一 — — — — — — … — — 一 ， … 马琳译 囟RDMagazliiP~，Nov．1990，PP．56～64，文汉校译 。 ¨RDM gazine期列编辑 。。 ’ l ， 瓷的补强材料 (如碳化硼)，余属陶瓷的抗断裂能力比普通陶瓷高若干倍。 加利福尼亚大学 (LosAngeles)I1hanAskay IDannyHaverson已研制出金 属 陶 瓷， 用于生产军队运载工具用的质量轻、低成木、高耐冲性的装甲材料。企瞬陶瓷的其它应用包 括中子屏蔽、高磨擦力往复式发动机部件及抽机密封。 ， Askay现任华盛顿大学 (Seattic)材料科学和工程教授，他正开发金属陶瓷层压_[艺， 这种层压金属陶瓷将具打更高的耐冲 特 性 。Itaverson现任La、renceLivermore(CA)同家 实验室研究员，他正在研制具有不同金属戏份 (如钛、：镍、钻、镁等)的金属陶瓷。 2．先进 复合材料 先进复合材料，其定义是用高强纤维加强的聚合物型基材。 航空航天方面的需求依旧是推动纤维补强型复合材料研究工作进展的主要动力。汽车方 而，由于应力要求较低 以及成本要求比较严格，因而不会促进这种技术的发展。 现在下大力气研究的三个方面是现有先进复合材料系统的工艺开发、研究新的补强纤维 以及开发热塑性树脂系统。 ， LawrenceLivermore(CA)冈家实验室研究员LeroyChiano正在研制一种模拟复合 材 料系统固化工艺的模型。他说： “我们的模型用于描述固化过程中石墨环氧复合材料 内部的 温度分布。我们 也能模拟改变固化周期和树脂成份的效果。 在