纳米复合材料特性分析及界面研究.pdf

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1、万方数据第23卷第6期Vol。23No．6材料科学与工程学报JournalofMaterialsScience&Engineering总第98期Dec．2005文章编号：1673．2812(2005)06．0933．06纳米复合材料特性分析及界面研究许荔。江晓禹(西南交通大学应用力学与工程系。四川成都610031)【摘要】概述了纳米颗粒增强复合材料的特性与制备方法。并对于分析纳米复合材料的主要观测手段SEM，TEM和HREM分别举例进行分析。分析表明，对于增强颗粒与基体之间的界面进行分析是分析纳米颗粒增强复合材料的力学性能的基础和关键。【关键词】纳

2、米颗粒增强；纳米复合材料；界面；SEM；TEM；HREM中图分类号：TB33文献标识码：APropertiesAnalysisandInterfaceResearchofNano·compositesXULi，JIANGXiao-yu(DepartmentofAppliedMechanicsandEngineering，SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu610031，China)【Abstract】Thematerialproperties，preparationmethodsofnano-particlerei

3、nforcedcompositeswereintroducedandanalyzed．AndseveralexamplesonmajorobservationtechniquesSEM，TEMandHREMofnano—compositesweregivenandanalyzedrespectively．Itcanbeconcludedthattheanalysisofinterfacebetweenreinforcingparticlesandmatrixisbasicandcriticalintheanalysisaboutmechanicsp

4、ropertiesofnano—particlereinforcedcomposites．【Keywords】nano—particlereinforcement；咖。一composite；interface；SEM；TEM；HREM引言数百万年前，大自然就已经制造出优异的纳米复合材料，诸如骨骼、珠母贝壳等。但是，直到最近的十年，科学家们才开始认识到纳米材料具有奇特的性能，并努力探索纳米材料在各方面的应用。用纳米材料与其它基体材料(如树脂、橡胶、陶瓷和金属)制成的纳米复合材料具有独特的性能“-3]，现在已经被世界各国有关人员所关注。纳米颗粒增强复合

5、材料的优异性，如质量上的减少，增强的机械性能，特别是高硬度和高强度，高抗腐蚀性和改进的抗磨损性等使其成为研究热点。材料的宏观力学行为是由其微观结构决定的，与其微观力学行为也是密切相关的，然而，目前有关纳米颗粒与基体之间的界面研究的报道很少，所以界面的研究对于纳米颗粒增强复合材料的力学性能的研究极具推动作用。2材料特性纳米颗粒材料添加到其他材料中，根据不同的需要选择适当的材料和添加量可以达到材料改性的目的，应用前景广阔。因为复合材料中增强体的大小尺寸降到纳米数量级，会给复合材料引入新的材料性能。首先，纳米粒子本身具有量子尺寸效应，小尺寸效应，表面界面

6、效应和宏观量子隧道效应等特殊的材料特性，这会给复合材料带来光、电、热、力学等方面的奇异特性；其次，纳米颗粒增强复合材料所具有的特殊结构，高浓度界面，特殊界面结构，巨大的表面能等等必然会大大影响复合材料的宏观性能。2．1良好的力学性质纳米颗粒增强复合材料具有极佳的力学性能¨j，如高强、高硬和良好的塑性等。纳米氧化铝添加到氧化铝陶瓷中，显著地起到增强和增韧作用。A1203基体中含有纳米级SiC晶粒的陶瓷基复合材料，其强度可从单相A120，陶瓷的300～400MPa提高到1500MPa左右，材料的断裂性能提高幅度也在40％以上b1。可见，纳米颗粒对于解决

7、陶瓷材料的脆性问题行之有效哺]，从而为提高陶瓷材料的可靠性、扩大陶瓷材料的应用开辟了一条新的途径。纳米A120，弥散到透明的玻璃中既不影响透明度又提高了高温冲击韧性，加入金属或合金中可以使晶粒细化，改善材料力学性质。纳米陶瓷微粒能显著改善其填充聚醚醚酮(PEEK)的摩擦学性能"“1。纳米颗粒增强金属基复合材料具有高的高温强度‘⋯。收稿日期：2005．01．tO；修订日期：2005-03．16基金项目：教育部优秀青年教师资助计划项目([2002304)和西南交通大学校基金资助项目(20011306)作者简介：许荔(1981一)，女，江西南昌人，博士研

8、究生，目前主要从事复合材料力学及结构分析方面研究。万方数据·934·材料科学与工程学报2005年12月2．2热学性能的改善