金属基复合材料导论PDF电子书下载

1 总论 1

1.1 MMC的种类及其微观组织的一般特征 1

1.2 历史背景 3

1.3 组分间的交互作用及载荷传递 6

参考文献 10

2 基础复合材料力学 11

2.1 层板模型 11

2.1.1 轴向刚度 11

2.1.2 横向刚度 13

2.1.3 切变模量 14

2.1.4 泊桑收缩 16

2.2 切变延滞模型 18

2.2.1 应力与应变分布 18

2.2.2 跨过纤维端部的正应力传递 22

2.2.3 复合材料力学 23

2.2.4 非弹性行为的开始 26

2.3 连续同轴柱体模型 28

2.4 有限差分与有限元模型 31

2.4.1 数学基础 32

2.4.2 建立网格 33

2.4.3 模型单元的镶嵌 36

参考文献 38

3 模拟复合材料的Eshelby方法 41

3.1 错配应力 42

3.2 错配应变的一个例子——不均匀的热收缩 45

3.3 受载复合材料中的内应力 48

3.4 基体的应力场 51

3.5 非稀薄系统的模拟 54

3.6 复合材料的刚度 58

3.6.1 杨氏模量的实验值 59

3.6.2 粒子系统 61

3.6.3 晶须体系 61

3.7 Eshelby方程的简单描述 63

3.7.1 球粒子体系的弹性性质 63

参考文献 65

4 塑性变形 67

4.1 屈服开始：内应力影响 69

4.1.1 基体流变的屈服判据 70

4.1.2 不均匀热收缩应力 72

4.2 屈服的开始：基体显微组织的影响 79

4.2.1 位错强化 79

4.2.2 晶粒细化强化 80

4.2.3 Orowan及弥散强化 81

4.3 宏观塑性流变的模拟 82

4.3.1 内应力加工硬化的潜力 82

4.3.2 显微组织的加工硬化 87

4.4 内应力松弛 89

4.4.1 能量最小化：松弛的驱动力 89

4.4.2 松弛的微观机制 91

4.5 内应力加工硬化的减小 97

4.6 长纤维及短纤维体系塑性变形的衍射研究 101

4.6.1 长纤维复合材料 101

4.6.2 短纤维复合材料 103

参考文献 106

5 热的作用和高温性能 111

5.1 热应力和热应变 111

5.1.1 不均匀热收缩应力 111

5.1.2 热膨胀 113

5.2 等温蠕变 117

5.2.1 金属的蠕变机制和应变速率的表达式 117

5.2.2 弥散强化金属的蠕变 121

5.2.3 MMC的蠕变 123

5.3 热循环蠕变 134

5.3.1 热循环 134

5.3.2 加载热循环 139

5.3.3 预热循环对性能的影响 148

参考文献 149

6 界面区域 158

6.1 界面粘结强度的重要性 158

6.1.1 界面应力和非弹性过程 159

6.1.2 临界应力值 160

6.1.3 界面断裂韧性 161

6.1.4 复合材料的性能 162

6.2 粘结强度的特征 169

6.2.1 单纤维加载试验 171

6.2.2 其它实验 177

6.3 界面化学 180

6.3.1 界面反应的热力学和动力学 180

6.3.2 反应对力学行为的影响 184

6.3.3 反应的转变应变效应 188

6.4 纤维覆盖层 191

6.4.1 覆盖技术 191

6.4.2 扩散障碍覆盖层 192

6.4.3 促进浸润覆盖层 194

6.4.4 覆盖层的力学 194

参考文献 196

7 断裂过程和失效机制 206

7.1 长纤维MMC中的失效过程 206

7.1.1 层片的失效 206

7.1.2 非轴向加载 213

7.1.3 层叠板的失效 215

7.2 不连续MMC的失效过程 218

7.2.1 显微损伤过程 218

7.2.2 损伤发展和复合物塑性的模型化 221

7.2.3 损伤发展及塑性的实验资料 227

7.3 MMC的断裂韧性和疲劳裂纹长大 227

7.3.1 断裂韧性简介 229

7.3.2 MMC韧性的模型化 232

7.3.3 MMC的疲劳和亚临界裂纹长大 237

7.4 微结构变化的影响 242

7.4.1 普遍的断裂途径的观察 242

7.4.2 增强体形状 243

7.4.3 增强体的尺寸 246

7.4.4 粘结强度 246

7.4.5 增强体分布 247

7.4.6 基体时效 247

7.5 测量变量的影响 249

7.5.1 应变速率 249

7.5.2 温度 250

7.5.3 水静压力 250

参考文献 254

8 传导性能及环境影响 263

8.1 热导与电导性 263

8.1.1 通过电子和声子传热 263

8.1.2 关于MMC中热传导的模型 264

8.1.3 界面热阻与反应层 269

8.1.4 电阻率 274

8.1.5 抗热冲击性 276

8.2 摩擦行为 278

8.2.1 磨损的原理 279

8.2.2 含硬质增强体MMC的磨损 280

8.2.3 含软增强体粒子MMC的磨损 284

8.3 机械阻尼性能 286

8.3.1 阻尼容量的起源及测量 286

8.3.2 MMC的阻尼效应 287

8.4 氧化及抗腐蚀性 291

8.4.1 MMC的高温表面退化 291

8.4.2 MMC的水腐蚀 293

参考文献 295

9 制造工艺 301

9.1 主要的液相工艺 303

9.1.1 压挤铸造与压挤渗透 303

9.1.2 喷雾沉积 303

9.1.3 浆体铸造（复合铸造） 319

9.1.4 反应性工艺（即时复合材料） 323

9.2 主要的固相工艺 325

9.2.1 混粉与压制 325

9.2.2 薄膜的扩展键合 326

9.2.3 物理气相沉积（PVD） 327

9.3 后续加工 328

9.3.1 挤压与拉拔 329

9.3.2 轧、锻及热等静压 331

9.3.3 超塑性及薄板成形工艺 332

9.4 机加工与连接 333

9.4.1 机切削 334

9.4.2 电切割 334

9.4.3 高能光束及液体喷流切割 335

9.4.4 连接方法 335

参考文献 336

10 基体显微组织的变化 348

10.1 位错的结构和行为 348

10.1.1 热应力对位错结构的影响 348

10.1.2 塑性应变对位错结构的影响 352

10.2 析出行为 355

10.2.1 时效动力学的监测 355

10.2.2 在位错上形核的析出 355

10.2.3 与空位相关的析出 357

10.2.4 均匀形核的析出 358

10.2.5 界面析出与无析出区 359

10.3 晶粒结构、织构、回复和再结晶 359

10.3.1 变形诱发的特征 359

10.3.2 再结晶 364

参考文献 369

11 性能表征与检测技术 374

11.1 杨氏模量的测量 374

11.1.1 基本原理和测试能力 374

11.1.2 在MMC中的应用 375

参考文献 380

11.2 塑性应变历史的表征 382

11.2.1 基本原理和能力 382

11.2.2 在MMC中的应用 382

参考文献 391

11.3 衍射法测量内应力 393

11.3.1 基本原理和测试能力 393

11.3.2 在金属基复合材料中的应用 393

参考文献 395

11.4 光弹性法测量内应力 396

11.4.1 基本原理和测试能力 396

11.4.2 在MMC中的应用 399

参考文献 401

11.5 金相试样制备 401

11.5.1 基本原理和测试能力 401

11.5.2 在MMC中的应用 402

参考文献 405

11.6 透射电镜试样制备 405

11.6.1 基本原理及测试能力 405

11.6.2 在MMC中的应用 406

参考文献 408

11.7 强体参数的表征 408

11.7.1 基本原理和测试能力 408

11.7.2 增强体长径比 408

11.7.3 增强体的取向 409

11.7.4 增强体的分布 411

参考文献 413

11.8 阿基米德测密度法 414

11.8.1 基本原理和能力 414

11.8.2 在MMC中的应用 415

参考文献 416

11.9 热导和电导性 417

11.9.1 基本原理与测试能力 417

11.9.2 在MMC中的应用 418

参考文献 419

11.10 高温膨胀仪 420

11.10.1 基本原理和测试能力 420

参考文献 422

11.11 声发射技术对损伤现象的检测 422

11.11.1 基本原理与测试能力 422

11.11.2 在MMC中的应用 423

参考文献 425

12 应用 427

12.1 MMC的工程性能 427

12.1.1 刚度的增强 427

12.1.2 强度的增强 429

12.1.3 抗蠕变能力的增加 429

12.1.4 耐磨性能的增加 429

12.1.5 降低密度 430

12.1.6 热膨胀的控制 430

12.2 实例分析 431

12.2.1 柴油机活塞 432

12.2.2 汽车驱动轴 434

12.2.3 设备架 435

12.2.4 制动器转盘 436

12.2.5 自行车体 437

12.2.6 发动机缸体 438

12.2.7 宇航望远镜 439

12.2.8 微电子器件的基座 440

12.2.9 飞机发动机部件 441

参考文献 442

附录Ⅰ 术语 445

附录Ⅱ 基体和增强体的一些热物理性能 451

附录Ⅲ 基本的EshelbyS张量 454

附录Ⅳ Eshelby计算的程序清单 456