[科普中国]-层压金属复合材料

层压金属复合材料是由两层或多层不同金属组成的材料。它们相互紧密地结合在一起，其性能优于单一金属，并可以根据需要选择不同的金属层，使金属层压复合材料具有多种优异的性能，使得在要求抗磨损、抗腐蚀、抗冲击、高的热传导性以及电磁性能和强度、韧性等方面得到了广泛应用。

加工方式层压金属复合材料是由两层或多层不同金属组成的。层与层之间通过轧合、挤压、熔合、爆炸焊接和钎焊等工艺方法相互完好地结合在一起，并获得不同于各组成金属性能的理想性能。1

双层金属复合材料化工设备上采用包钛钢来代替全钛材料制造容器，既发挥钛抗腐蚀、抗磨蚀和抗污垢等性能，又节约钛的用量和降低制造成本，又如温度自动调节器，利用两种金属的不同热膨胀系数，造成可控制的能再现随温度变化而引起的变形，达到控温的目的。我国生产的不锈钢-普通钢复合钢板和合金钢-普通钢复合钢板等，均属于这类双层金属复合材料。三层金属复合材料如黄铜-钢-黄铜材料，被用来制造30毫米口径子弹的夹层弹头外壳，使用性能良好。1

弹性金属层压板的有效弹性模量或比刚度(刚度对密度之比)不仅取决于层压板各金属组分的弹性模量、密度和体积比，述取决于层压板结构的负载方式和排列方式。

在复合材料受单轴负载的情况下，即在平行于层压板的任何方向上，层压金属复合材料的弹性行为和单向纤维增强复合材料在受平行于纤维方向的应力作用寸所表现的弹性行为相类似，根据混合定则很容易进行估算。然而，对多层复合材料来说，只有当层数足够多及模量高低不同的材料在复合材料厚度方向上分布均匀时，横向弯曲或扭转负荷下的混合定则计算值和实际值才是近似的。

屈服强度和塑性在单向拉伸时，如果层压复合材料的某一组分所受的应力超过其屈服强度，则该组分就首先届服。由于每一组分内的应力和复合材料的平均应力不一定相同，所以采用临界屈服应变判据更为方便，这样一来，当层压板的应变超过其中的任一组分的屈服应变时，它就发生屈服。

材料的塑性行为(即超过屈服点的应力-应变曲线的形状)直到某一组分的塑性不稳定点或颈缩点都是可以预测的。业已发现，这种层压板是符合经典的加工硬化方程δ=Ken，而K， n的值或者可以采用等应变的混合定则从组分的应力-应变曲线按图解法综合求出，或者可以采用如下的关系式从各自的加工硬化方程按，解析法综合求出。2

断裂韧性许多试验研究业已证明，结合强度或中间层比复合材料中的主要组分弱的金属层压板，要比单一材料或结合强度高的层压板具有更好的抗裂纹扩展性能。Arnold(1960)曾从改善韧性的观点指出层压钢板的优点，而Bluhm(1961)从双模态断裂模型讨论了这种效果。Embury等人(1967)曾对两种基本机理进行过鉴别。在裂纹抑制型结构中，裂纹的扩展方向是垂直于层压板的。抗断裂能力的改善是由于裂纹扩展前方的界面发生分层，随之裂纹钝化及裂纹顶端的三向拉伸应力被消除而引起的。断裂进一步扩展则需要重新产生裂纹，它所吸收的能量要比原有裂纹继续扩展所吸收的能量大得多。在许多情况下，裂纹不再发生，因为层压板的进一步变形主要是塑性流动而不是断裂。2

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学