[科普中国]-颗粒强化复合材料

颗粒强化复合材料是新发展出的新型结构材料。虽然采用非连续质点增强的复合材料的强度与刚度比连续纤维增强的材料略低，但由于产品各向同性较好，并可采用粉末冶金、铸造、锻压等一般加工技术制备，颗粒增强复合材料仍得到重视1。

概述复合材料是由两种或两种以上具有不同性能的材料在宏观尺度上组成的材料，一般分为纤维强化复合材料和颗粒强化复合材料。纤维强化复合材料的失效机制有基体歼裂、分层、纤维断裂和界面脱胶等四种。这些机制的组合产生了疲劳损伤，由此造成材料强度和刚度的降低：其损伤的类型和程度取决于材料的性能、铺层排列及其顺序，以及加载方式等1。

性质颗粒强化复合材料是一种新型的结构材料，其特点是用于增强的质点是非连续的，与连续纤维增强材料相比其刚度和强度略低，但材料各向同性较好，加工制备工艺相对简单，所以颗粒强化复合材料仍得到广泛的重视。

其中以SiC质点增强铝合金的复合材料已取得了一些进展。如含有20%SiC颗粒增强的2124高强度铝合金。加入SiC颗粒对第二阶段裂纹扩展速率影响不显著，但提高了材料的疲劳门槛值。对上述材料的裂纹闭合效应也进行了观察，发现闭合应力强度因子Ka，在所施加的K范围内基本上趋于稳定。这些现象将有利于减缓裂纹扩展速率，提高材料的抗疲劳裂纹扩展的性能2。

具体材料颗粒增强的复合材料中，除SiC/A1外尚有以TiC增强Ti（Cerme Ti），以SiC增强Ti-6AI-4V板材，以TiC强化不锈钢、工具钢、铁基合金（Ferro-TiC），高温耐蚀和耐磨材料，以及用W或A120，质点增强铜基合金等电子材料等2。

陶瓷材料的疲劳金属材料的疲劳是在循环载荷作用下的失效断裂，而陶瓷材料疲劳的概念则有所不同，分为静态疲劳、动态疲劳和循环疲劳。静态疲劳是在持久载荷作用下材料发生的失效断裂。这与金属材料的应力腐蚀和高温蠕变相类似。动态疲劳是以恒定载荷速率加载，用于研究材料的失效断裂对加载速率的敏感性，类似于金属材料应力腐蚀研究中的低应变速率拉伸。循环疲劳与金属材料的疲劳概念相同，即在循环应力作用下材料的失效断裂1。

本词条内容贡献者为:

张尉 - 副教授 - 西南大学